超 - 超 - 临界空冷机组冷端优化技术探讨

超(超)临界空冷机组冷端优化技术探讨

胡鹏飞,谢诞梅,熊扬恒

武汉大学动力与机械学院,湖北武汉??430072

[摘??????要]??汽轮机冷端系统是火电厂重要辅助系统,需从节能和节水方面对其进行优化。通过对

某电厂超临界600MW空冷机组冷端优化的实例计算,表明超临界600MW空冷机组最佳运行工况在净发电量最大的4号工况点附近。据此,提出了超超临界1000MW空冷机组冷端优化的方案。

[关??键??词]??超临界;超超临界;600MW空冷机组;1000MW空冷机组;汽轮机;冷端系统;冷端优化

[中图分类号]??TK26[文献标识码]??A

[文章编号]??1002??3364(2011)06??0025??04

[DOI编号]??10.3969/j.issn.1002??3364.2011.06.025

ANAPPROACHTOCOLDENDOPTIMIZATIONTECHNOLOGYFORSUPERCRITICALANDULTRA??SUPERCRITICALAIR??COOLEDUNITS

HUPengfei,XIEDanmei,XIONGYangheng

WuhanUniversity,Wuhan430072,HubeiProvince,PRC

Abstract:Thecoldendsystemofsteamturbineisanimportantauxiliarysysteminthermalpowerplants,itisnecessarytooptimizethesaidsysteminaspectsofenergy??savingandwater??saving.Throughpracticalexampleofcalculationforcoldendoptimizationofasupercritical600MWair??cooledunitinonepowerplant,itshowsthattheoptimaloperatingconditionofsaid600MWair??cooledunitislocatednearbytheoperatingconditionpointno.4withmaximumnetelectricitygeneration,andbasedonthis,aschemeofcoldendoptimizationforultra??supercritical1000MWair??cooledunithasbeenputforward.

Keywords:supercritcial;ultra??supercritical;600MWair??cooledunit;1000MWair??cooledunit;coldendsystemofsteamturbine;coldendoptimization

1??机组特性及冷端参数选择

汽)、哈尔滨汽轮机厂(哈汽)生产的1000MW空冷机组的高、中压缸均采用1000MW湿冷机组的母型机,1.1??1000MW空冷机组特性

其低压缸因蒸汽参数与600MW空冷机组基本相同

目前,东方汽轮机厂(东汽)、上海汽轮机厂(上

则采用多个600MW空冷汽轮机低压缸模块组合而

作者简介:??胡鹏飞(1986??),男,湖北咸宁人,武汉大学动力与机械学院在读硕士研究生,研读方向为热能工程。

??25

成。表1为1000MW空冷机组参数及配置特性。

表1??1000MW空冷机组参数及配置

项目

锅炉机组

主蒸汽压力/MPa主蒸汽温度/??主蒸汽流量/t h-高、中压缸低压缸排汽压力/kPa冷端系统

散热器面积/万m2主排汽/分配管径风机群布置

配置

1000MW湿冷机组配套锅炉设备超超临界、一次再热、单轴、三/四缸四排

汽、三高三低一除氧25~26.56003100

1000MW机组汽轮机高、中压缸模块改进的600MW机组汽轮机低压缸模块10~15

直接空冷(ACC)系统方式240~280

2!d8000mm/12!d3000mm

空冷平台高45~50m,变频轴流式风机d9.14m,共10!8/9!9/12!8台

1

图1??空冷机组影响参数分析

图1为二叉树型解析图。由图1可见,凝汽器压力和环境因素(温度、风向、风速、污垢热阻等)是冷端优化的核心参数。因此,1000MW空冷机组冷端优化技术的研究最终简化为解决凝汽器最佳背压的问题。

由于1000MW机组比600MW机组的蒸汽流量大,故要求增加低压缸通流面积。表2对比了1000MW和600MW空冷机组低压缸的主要参数

[1]

2??冷端优化模型

2.1??优化原理

1000MW等级空冷机组具有进口参数高、排汽流量大、以及凝汽器背压随环境温度变化幅度大的特点,在凝汽器的热力设计和机组冷端设备运行中,都要求凝汽器背压达到最佳值。空冷机组最佳背压与机组功率、风机耗功和排汽流量之间的关系如图2所示。

。

表2??1000MW和600MW低压缸参数对比

制造厂东汽上汽哈汽

容量

/MW100060010006001000600

排汽口/个424242

叶片高度/mm770863798910780940

末叶根径/mm190517371880

排汽环形面积/m26.3807.5106.3507.5686.5208.320

1.2??冷端参数选择

DL/T5339?2006#火力发电厂水工设计规范?列举了湿冷机组冷端优化设计时需要考虑的可变参数,将其应用到1000MW空冷机组冷端优化设计时需要考虑:汽轮机背压、温度,设计起始温差IDT,凝汽器换热面积、管子材质、管径、壁厚、根数和长度,风机台数、直径、迎风面风速、冷却风量等。这些参数之间相互耦合、交叉影响,如果全部组合在一起,会使冷端优化异常复杂,计算工作量庞大。因此,借鉴文献[2]中提出的空冷系统经济性评价时划阶数指标体系的思想,针对1000MW空冷机组列出冷端优化时各变量内部间的层次关系(图1),对各个可变参数进行分析,最终确定所采用的优化参数。

图2??最佳背压与各变量的关系

运行中保持汽轮机的主蒸汽温度、流量为常数不变,随着风机风量的增加,同样条件下凝汽器压力降低,机组发电功率增加??Pe,同时风机群耗功增加??Pu,则机组发电功率净增加量??Pnet为??Pe-??Pu。如图2所示,??Pnet到a点时达到最大,与其对应的b点即为最佳凝汽器背压pc,op及最佳风机风量Df,op。

??26

2.2??优化模型

端优化计算,机组的主要参数见表3,该机组的优化计(1)先通过空冷机组微增出力试验,得出空冷机算结果如表4和图3所示。

组在不同负荷下微增出力与背压的关系:

??NT=f1(N,Pk)

(1)

表3??机组参数及配置

式中:??NT为机组微增出力,kW;N为机组负荷,kW;项目

参数及配置

Pk为机组背压,MPa。

,机机组

超临界、一次中间再热、单轴、三缸(2)由试验得出在不同的风机运行工况条件下四排汽、三高三低一除氧(滑压)组不同负荷时凝汽器背压与风机风量的关系:

主蒸汽压力/Pa24.2(主汽阀前)P(2)

主蒸汽温度/??566

k=f2(N,t,Q)

再热蒸汽压力/Pa4.088(再热联合汽阀前)式中:t为冷风温度,??;Q为风机风量,m3

/s。再热蒸汽温度/??566(3)通过改变风机运行方式,得出风机风量与耗额定背压/kPa16.0功的关系:

转速/r min-1

3000??N保证热耗/kJ (kW h)-17992.0P=f3(Q)

(3)

环境温度/??

25

式中Np为风机功耗,kW。

最佳运行真空是以机组功率、冷风温度和风机风注:稳定运行工况下,直接传动效率1.0,电机效率0.9,机械效率0.98,空气流道局部阻力0.08kPa,其它阻力损失范围80~90kPa。

量为变量的目标函数,其值为机组功率的增量与风机耗功增量之差,即:

表4??空冷机组THA工况计算结果

F(N,t,Q)=??NT-??NP(4)

工况

校核值风机耗功净出力耗电率编号/MW/MW/MW/%????在数学意义上,当??F(N??Q,t,Q)=0时即为最佳风

1567.7435.474562.2690.96机风量,其对应的机组背压为最佳背压,即:

2576.0336.004570.0291.04??f2(N,Pk)3586.4266.902579.5241.18??P ??Pk

Q=??????Q

Nk??(5)

4597.8638.098589.7651.37????(4)采用 ??NTU法,由蒸汽、空气的能量平衡方程5

611.576

28.933

583.643

4.73

以及空冷凝汽器的传热方程,得出空冷凝汽器内的凝结水温度:

ts=

QnGa!cp!11-e-kA+tal)

Ga!c(6p

式中:Qn为空冷凝汽器热负荷,W;Ga为风机风量,kg/s;cp为空气定压比热容,kJ/(kg ??);k为空冷凝汽器传热系数,W/(m2

??);A为空冷凝汽器的总传热面积,m2;tal为空气入口温度,??。根据凝汽器压力与凝结水温度的关系式求得此工况下的最佳背压值为:

图3??空冷机组净发电量特性曲线

p0.00981!(ts

k=+100)7.46

57.66

(7)

计算表明,该600MW空冷机组最佳运行工况是在净发电量最大的4号工况点附近。

3??超临界600MW空冷机组优化计算

表5对亚临界600MW、超临界600MW和超超结果

临界1000MW空冷机组的各项经济指标进行了比较。

以某火电厂600MW直接空冷机组为例进行冷

??27

表5??经济性指标比较

项目

汽轮机保证热耗/kJ (kW h)-1厂用电率/%汽轮机绝对效率/%发电厂热效率/%

设计发电标煤耗/g (kW h)-1年耗煤量(标煤)/t每1000MW年煤耗/t

亚临界600MW机组

8200643.9040.0307(基准)221.04!1043.684(基准)!104

超临界600MW机组

7970645.1741.17298(-9)214.56!104

3.576(-0.108)!104

超超临界1000MW机组

76755.956.9042.75288(-19)345.60!104

3.456(-0.228)!104

4??超超临界1000MW空冷机组冷端

优化方案

借鉴超临界600MW空冷机组冷端优化的思路、方法和模型,提出超超临界1000MW空冷机组的冷端优化方案:

(1)通过空冷机组的现场运行试验得出机组微增出力与凝汽器背压的关系式??NT=f1(Pk)及风机风量与风机群耗功的关系式??NP=f3(Q)。

(2)根据风机群运行时的耗功与风量之间的关系式Pk=f2(Q),以机组净发电量??Nnet=??NT-??NP最大为目标值,计算最佳风机风量。

(3)利用凝汽器传热过程中的风机风量与凝汽器压力之间的关系,计算出该空冷机组运行时的最佳背压值。

[参??考??文??献]

[1]??李润森,张昌斌.1000MW等级空冷机组可行性研究

[J].电力勘测设计,2008(2):43??50.

[2]??李秀云,严俊杰,林万超.冷端系统运行经济性诊断方法

的理论研究[J].西安交通大学学报,2001,35(5):480??355.

[3]??YuFW,ChanKT.Modellingofimprovedenergyperform??

anceofair??cooledchillerswithmistpre??cooling[J].InternationalJournalofThermalSciences.2009,48(4):825??836.

[4]??史进渊,杨宇,孙庆,等.超临界和超超临界空冷汽轮机的

技术方案及设计准则[J].动力工程,2007,27(6):825??830,855.

[5]??石磊,石诚,黄湘,等.直接空冷凝汽器单元样机流动和传

热性能研究[J].热能动力工程,2009,24(1):73??76.[6]??赵洪滨,曹岭.直接空冷凝汽器理论最佳背压的研究[J].

工程热物理学报,2009,30(11):1834??1836.

(上接第12页)

[20]??ShekhawatD,LuebkeDR,PennlineHW.Areviewof

carbondioxideselectivemembranes??Atopicalreport[R].NationalEnergyTechnologyLaboratory,UnitedStatesDepartmentofEnergy,2003.

[21]??PowellCE,QiaoGG.PolymericCO2/N2gasseparation

membranesforthecaptureofcarbondioxidefrompowerplantfluegases[J].JournalofMembraneScience,2006,279:1??49.

[22]??岳明波,朱建华.从介孔分子筛原粉研制高效吸附二氧化

碳的有机胺??介孔复合材料[J].催化学报,2008,29(10):1051??1057.

[23]??FeronPHM,HendriksCA.CO2captureprocessprinci??

plesandcosts[J].OilandGasScienceandTechnology??Rev,IFP,2005,60(3):451??459.

[24]??ChristopherRMcLarnon,JoannaLDuncan.Testingof

AmmoniaBasedCO2CapturewithMulti??PollutantCon??trolTechnology[J].EnergyProcedia,2009,1(1):1027??1034.

??28