600MW直接空冷机组冷端夏季优化运行经济性分析

第54卷第5期2012年L0月汽轮机技术TURBINETECHNOL0GYVO154NO50CL20L2600MW直接空冷机组冷端夏季优化运行经济性分析叶学民，童家麟，吴杰，王晶晶。，沈雷，王忠平1华北电力大学能源动力与机械工程学院，保定071003；2华电宁夏灵武发电有限公司，银川750400；3华北电力大学自动化系，保定071003摘要直接空冷机组由于夏季运行背压较高且变化幅度大，一定程度上制约了其经济运行和安全运行。喷水降温方式初投资小、适应范围广、降低背压效果明显，因而得到了广泛应用。以国内某亚临界直接空冷机组为研究对象，用等效焓降法定量研究了该运行方式带来的经济性。结果表明，该运行方式带来的经济性非常明显，在50THA工况下达到了930元时，并对该运行方式带来的风险作出了合理的评价。关键词直接空冷；喷水降温背压；经济性；风险分类号TK22326文献标识码A文章编号10015884201205037203ECONOMICANALYSISOFOPTIMIZATIONOPERATIONOFTHECOLDENDINSUMMERFOR600MWDIRECTAIRCOOLINGUNITSYEXUEMIN，TONGJIALIN，WUJIE，WANGJINGJING，SHENLEI，WANGZHONGPING1SCHOOLOFENERGYPOWERANDMECHANICALENGINEERING，NOAHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY，BAODING071003，CHINA；2HUADIANLINGWUPOWERGENERATIONCORPORATIONLIMIT，YINCHUAN750400，CHINA；3DEPARTMENTOFAUTOMATION，NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY，BAODING071003，CHINAABSTRACTITISOFGREATSIGNIFICANCETOIMPROVETHEECONOMYANDSAFETYFORDIRECTAIRCOOLINGUNITSINSUMMEROWINGTOHIGHERANDWIDEVARIATIONOFBACKPRESSURESPRAYCOOLINGISWIDELYUSEDWITHSTRONGPOINTS，INCLUDINGLOWERINVESTMENT，WIDEADAPTIONANDOBVIOUSEFFECTOFREDUCINGBACKPRESSUREFORASUBCRITICALUNITWITHDIRECTAIRCOOLING，THEECONOMICSOFSPRAYCOOLINGISINVESTIGATEDBASEDONTHEENTHALPYDROPMETHODINVESTIGATIONSHOWSTHATTHEENERGYSAVINGISREMARKABLEWITHPRESENTOPERATINGMODE，ANDREACH930YUARTHUNDERTHECASEOF50THATHERISKINDUCEDBYTHESUGGESTEDOPERATIONISGIVENWITHAREASONABLEASSESSMENTKEYWORDSDIRECTAIRCOOLING；SPRAYCOOLING；BACKPRESSURE；ECONOMY；RICK0前言我国西北煤矿地区的特点是多煤少水，大容量湿冷机组在该地区并不适用。直接空冷机组是一种节水、环保的技术，可实现对水资源的循环利用，因此在坑口电站中得到了广泛的应用。某电厂一期为亚临界600MW直接空冷机组，与同容量亚临界湿冷机组相比较，该机组节水80，年节水量可达1300万T一1500万T，节水效果显著。但直接空冷机组由于其自身的特点，尤其在冷端控制方面还存在不少问题。汽轮机背压是影响机组经济性和安全运行的重要参数，机组负荷和环境温度的变化都会给机组背压带来较为明显的波动4J，这对直接空冷机组的影响尤为明显。直接空冷机组在夏季气温较长时间维持在30。以上的环境温度中，造成空冷冷却能力急剧降低，再加上季风的影响，背压常出现快速上升并维持在较高水平，给机组安全运行和经济运行造成较太的隐患，甚至丑能会昱致空冷机组因背压过高而造成收稿日期2012127保护动作停机。研究在夏季有效降低空冷机组背压的措施意义重大。常用降低空冷机组背压的措施有设计专用的空冷汽轮机、适当降低负荷运行、喷水增湿降温等J。使用专用的空冷汽轮机适合于新建的空冷电厂，夏季低负荷运行不利于空冷电厂的经济运行，只有采取向空冷气流中喷水降温或向散热器翅片表面喷水增湿促其蒸发冷却较适合于已建直接空冷机组。但国内文献大多只定性分析了该方法在夏季降低空冷机组背压的优越性，定量分析降低背压的热经济性还较少。本文以某亚临界直接空冷机组为研究对象，用等效焓降法定量研究了降低背压给直接空冷机组带来的经济收益，以期为今后分析类似问题提供借鉴和参考。1背压变化对机组经济性的影响11凝汽器压力对机组热经济性的影响机组背压变化直接引起凝汽器真空变化，图1为湿冷机组背压变化局部热力系统图。凝汽器压力对机组热经济性作者简介叶学民1973，男，博士，副教授，主要从事流体动力学理论及应用、流体机械和强化传热传质技术研究。第5期叶学民等600MW直接空冷机组冷端夏季优化运行经济性分析373末级低加轴加图L背压变化局部热力系统图的影响可以从以下几个方面来考虑1由于排汽焓H的变化而引起机组有效焓降的变化。这对机组热经济性的变化起着主要作用。2因凝结水温度的变化，引起末级低压加热器抽汽系数A的变化，从而引起凝汽系数的变化。当轴加及末级加热器疏水进入凝汽器热井时，同样会引起凝结水温度的变化，进而影响相邻加热器抽汽量的变化。对于空冷机组喷水降温降低背压提高热经济性的问题，由于降低背压幅度不大，相应的凝结水温降不大，故该项对机组热经济性变化起次要作用。3大容量湿冷机组的给水泵通常是用小汽机来驱动的，一般小机排汽也进入凝汽器，主机背压变化还会引起小机排汽压力及排汽焓H的变化。为保证小机输出功率一定，需调整小机进汽的流量系数以补偿背压变化对其输出功率的影响。小机流量系数变化了AAOT。背压变化后，小机的进汽流量系数为OLXQL1式中，。为小机进汽焓；为小机排汽焓。对于大容量直接空冷机组，其给水泵的驱动方式一般为厂用电驱动，故小汽机进汽量改变对热经济性变化的影响对直接空冷机组并不存在。4对于进入轴封加热器的轴封漏汽等辅助蒸汽，当轴加疏水管路接到凝汽器热井时，由于凝结水焓H的变化，改变了辅助汽水在热力系统中的放热量，进而影响了与其相邻的末级加热器的抽汽量。因辅助汽水量较小，故该项对机组的热经济性改变也不起主要作用。综上所述，对于该直接空冷机组凝汽器真空变化对机组热经济性的影响主要受主汽轮机排汽焓变化的影响。因此，本文基于上述分析，用等效焓降法计算了由于主汽轮机排汽焓变化引起的机组热经济性变化。12计算方法根据等效焓降法的理论，机组的循环吸热量为QH0。O一H2式中，H。为主蒸汽焓；CT为相对于1KG主蒸汽的再热汽份额，为1KG再热汽在再热器中的吸热量；H为省煤器进口给水焓。额定工况下新蒸汽的等效焓降H为HQR3式中，为机组绝对热效率。汽轮机背压变化对机组做功的影响主要为排汽焓变化引起的机组有效焓降发生变化，其焓降变化为TH01H一H4式中，日为由于背压变化引起的机组有效焓降的变化值；OT为相对LKG主蒸汽的汽轮机排汽份额；为背压变化时的汽轮机排汽焓；为背压未变化时的汽轮机排汽焓。由此可得机组绝对热效率的相对变化值为却5机组相应的发电标准煤耗变化值为ABBB6卵6式中，B为对应工况下机组的发电标准煤耗。机组每小时发电标煤变化值为AB66M7式中，表示机组每小时的发电量。13机组的主要性能参数采用上述方法，对600MW亚临界空冷机组在100THA，75THA、50THA3个工况下背压对汽轮机热耗值的影响进行研究。在夏季时主汽轮机的背压大致为36KPA，通常在喷淋装置投入后背压会有所下降，在3个工况下背压分别下降至32KPA、25KPA、20KPA。机组在3个工况下的额定性能参数如表1所示。14计算结果与分析在3种工况下考虑到降低背压后机组排汽焓有所降低，故机组的热经济性较原工况有所提高。但在空冷岛各个风机上喷淋除盐水后，机组运行成本上升。因此应在考虑当前市场的标煤价格和除盐水的成本价格后做出电厂的实际收益比较。表2为机组的综合收益比较。由表2可知，机组在3个负荷下，煤耗均有所降低，且由于降低煤耗带来的燃煤收益均大于喷射除盐水带来的成本增加，因此适当降低背压可以有效地改善机组的经济性。空冷机组由于夏季背压普遍偏高，未喷水前，机组很难满负荷运行，喷水后，机组可以满负荷运行，这对电厂的经济收益和电网的稳定都是有利的。负荷不同时，喷水降温引起的背压变化对机组经济性影响也是不同的，在低负荷时的综合收益高于高负荷时的综合收益。这是因为，在低负荷下由于喷水降温引起的背压变化幅度高于在高负荷时的变化幅度。由文献9可知，排汽焓为HCE蛆P087XHEE8式中，HEL为汽轮机膨胀线终点焓；为排汽干度；HEL为排汽损失焓。排汽焓主要由汽轮机膨胀线终点焓和排汽损失焓两部分组成。背压变化对汽轮机膨胀线终点焓和排汽损失焓的影响均较大。在负荷从100THA下降至50THA过程中喷射等量除盐水，背压降低值逐渐变大，故在低负荷时降低排汽焓幅度较大，机组煤耗降低幅度也较大，机组综合收益更为显著。374汽轮机技术第54卷注由文献8可知，对于凝汽式汽轮机，其排汽状态往往处于湿蒸汽区，其湿蒸汽焓难以准确测量，且当背压值相同时，在低负荷时排汽焓与额定负荷时相差并不大，故在低负荷时的排汽焓可以近似用等背压额定负荷时的排汽焓代替。表2机组实际综合收益比较注除盐水价格按5FR_,T，标准煤价按600元T，上网电价按025元KWH计。上述分析是基于标煤价格为600元T计算的，这个价格论比较符合目前市场的燃煤价格。随着市场煤价的不断升高，1空冷机组在夏季使用喷水降温带来的经济性收益非这种方式所带来的收益随之更为显著。按喷水泵在机组常明显，在低负荷时，由于背压变化引起的排汽损失焓变化LOOTHA负荷夏季运行500H年计算，收益达到了5万幅度更大，经济性尤其显著。随着煤价的升高，这种方式所年。按每台机喷水泵初投资8万元计算，发电企业1年2带来的收益也随之更为显著。年即可收回成本，经济效益巨大。2喷水降温作为一种新的运行方式，也对机组的安全运行带来了新的挑战，但通过现场实践经验的不断总结，这2喷水降温方式的风险种风险是可以避免的。虽然空冷机组夏季喷水降温的经济性非常巨大，但该运行方式带来的风险仍不容忽视。这表现在，一是末级叶片的蒸汽湿度随着背压的降低而增大，叶片受到的冲蚀磨损也会随之增加；二是若运行过程中背压过低，低压缸在大气压力的作用下会变形，可能会导致转子和轴承间产生动静摩擦；三是蒸汽在末级叶片中的比焓降增大，叶片过负荷运行，会加速叶片疲劳磨损；四是因为除盐水耗费量增加，化学制水负荷增加，因而在运行时应适当考虑化学制水能力的安全裕度；五是机组夏天通常每天的喷淋时间段是在中午12点至下午4点，环境温度较高，机组在原工况时背压通常大于30KPA，突然使用喷淋装置，会使机组背压在较大范围内变化，增加了运行人员的调节难度。3结论针对国内某亚临界直接空冷机组，采用等效焓降法对该机组夏季喷水降温运行方式进行了经济性评价，得出以下结参考文献1白建云，邵加晓，侯鹏飞600MW直接空冷机组背压控制策略的设计及优化J电站系统工程，2011，27，239422雷平和600MW超临界直接空冷机组背压选取探讨J电力勘测设计，2007，443473李海涛，宁国睿背压变化对国产600MW汽轮机组经济性与安全性的影