循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化專題

閻俊超

提 ?要：本專題對(duì)綏中發(fā)電廠2x1000MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行了合理的配置，并采用年費(fèi)用最小法，確定了經(jīng)濟(jì)合理的汽輪機(jī)冷端主要設(shè)備和構(gòu)筑物的技術(shù)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：冷端設(shè)備、設(shè)計(jì)參數(shù)、年費(fèi)用、循環(huán)水量、冷卻倍率

1 工程概況

現(xiàn)有工程于2000年投入生產(chǎn)發(fā)電，本工程按規(guī)劃擴(kuò)建2×1000MW。電廠循環(huán)水系統(tǒng)冷卻水源采用渤海遼東灣海水，采用直流供水系統(tǒng)，電廠主機(jī)組凝汽器和輔機(jī)的閉式冷卻器的開式冷卻水采用渤海遼東灣海水，電廠和生活區(qū)的淡水水源取自大風(fēng)口水庫。

2 循環(huán)水系統(tǒng)組成

電廠工程規(guī)模為2×1000MW超超臨界燃煤機(jī)組，汽輪機(jī)凝汽器冷卻水采用海水直流供水系統(tǒng)，輔機(jī)和工業(yè)冷卻水采用除鹽水閉式循環(huán)系統(tǒng)，并利用水-水熱交換器，由海水供水系統(tǒng)供冷卻水。兩臺(tái)機(jī)組合建一座海水循環(huán)水泵房，每臺(tái)機(jī)組配置三臺(tái)循環(huán)水泵，夏季運(yùn)行三臺(tái)水泵，春秋季運(yùn)行二臺(tái)水泵，冬季及負(fù)荷小時(shí)運(yùn)行一臺(tái)水泵。

3 取水海域的海洋水文要素

3.1 潮汐類型及特征值

3.1.1 高潮位（以黃海平均海水面為起算點(diǎn)）

百年-遇高潮位（P=1%）： ? ? ? ?1.71m

五十年-遇高潮位（P=2%）： ? ? 1.64m

3.1.2 低潮位

百年-遇低潮位（P=1%）： ? ? ? -2.88m

三十三年-遇低潮位（P=3%）： ? -2.58m

3.1.3 有關(guān)潮位、潮差值

平均海面： ? ? ? ? -0.017m

平均高潮位： ? ? ? 0.51m

平均低潮位： ? ? ? -0.45m

3.1.4 累積頻率潮位

P=10%高潮位： ? ?0.9m

P=90%低潮位： ? -0.05m

3.2 波浪

電廠所在海域的強(qiáng)浪向?yàn)椋篠E，常浪向?yàn)椋篠SW。2m水深SE浪向100年一遇3.1m，2m水深SSW浪向100年一遇3.1m。

3.3 海水水溫

最炎熱月份7、8、9月的海水水溫：1960-1983年的7、8、9 月日平均水溫累積頻率P=10%的水溫為：28.1℃。

3.4 冰情

電廠取水海域每年都有不同程度的結(jié)冰現(xiàn)象。最長冰期日數(shù)為147天。計(jì)算50年和100年-遇的最大冰厚分別為：泵房前68.5cm和73.2cm;泵房前5m等深線處30.8cm和33.0cm。

3.5 泥沙

廠區(qū)附近海底泥沙動(dòng)態(tài)總趨勢(shì)，沒有大沖大淤過程，季節(jié)性的沖淤明顯，總的來說沖略大于淤。

3.6 海生物

采取措施防止海生物的附著。

4 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的目的

循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化的目的就是結(jié)合具體的廠址自然條件，煤，水，電價(jià)和汽輪機(jī)冷端設(shè)備主要價(jià)格，供排水系統(tǒng)主要構(gòu)筑物的造價(jià)和相關(guān)的年運(yùn)行費(fèi)，進(jìn)行多方案經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，尋求冷端設(shè)備和供水系統(tǒng)主要構(gòu)筑物最經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)，即選擇凝汽器面積、冷卻水量、循環(huán)水泵、循環(huán)水管溝、冷卻設(shè)備等最經(jīng)濟(jì)的配套組合方案。對(duì)于如本工程2×1000MW這樣大容量的電廠，尤其應(yīng)通過冷端優(yōu)化來確定汽輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)和選擇經(jīng)濟(jì)冷卻倍率及供水構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)參數(shù)，以達(dá)到投資和運(yùn)行費(fèi)的綜合經(jīng)濟(jì)性。

參與冷端優(yōu)化的因素較多，因素之間相互制約。影響優(yōu)化結(jié)果經(jīng)濟(jì)性較敏感的因素有循環(huán)水冷卻倍率，凝汽器熱交換的面積，循環(huán)水管溝尺寸以及各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

在直流供水系統(tǒng)中，增大凝汽器的冷卻水量或降低水溫，可以降低汽輪機(jī)的背壓，降低熱耗，但是需增大循環(huán)水泵功率或增加凝汽器的面積，從而增大工程的造價(jià)，反之亦然。因此冷卻倍率的選擇應(yīng)對(duì)凝汽器冷卻面積、冷卻水、循環(huán)水管溝尺寸進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，通過循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化，方可取得有關(guān)變量最合理的配置，從而達(dá)到投資和運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)的目的。

5 優(yōu)化的方法

按照《火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》NDGJ5-88，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算采用年費(fèi)用最小法年費(fèi)用NF將投資成本按規(guī)定的回收率分?jǐn)偟矫恳荒曛?，再加上一年的水泵耗電費(fèi)，微增出力引起的補(bǔ)償電量的電費(fèi)以及折舊、大修費(fèi)等為年費(fèi)用，其值最小時(shí)，說明此方案最為經(jīng)濟(jì)。

6 循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化原則

本期2x1000MW超超臨界凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組按TMCR工況進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算。擬定凝汽器冷卻面積：選擇38000m2、40000m2、42000m2、44000m2、46000m2、48000m2、六種方案。凝汽器采用鈦管，清潔系數(shù)0.85，綜合造價(jià)按1800元/m2。

冷卻倍率按夏季、春秋、冬季變倍率運(yùn)行選擇52/39/21、54/41/22、55/41/22、56/42/22、58/44/23、60/45/24六種方案。

優(yōu)化過程中采用的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下：

（1） 發(fā)電成本為0.17元/千瓦·時(shí)。

（2） 投資年分?jǐn)偣潭ㄙM(fèi)率為16%，包括投資回收率11%，稅率5%。年維修費(fèi)率1.4%。

（3） 燃料費(fèi)用：0.144元/千瓦·時(shí)。

（4） 電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行年限為25年，機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)為5500小時(shí)，分夏季，春秋和冬季。其中冬季包括12、1、2月共3個(gè)月，按1375小時(shí)計(jì)，平均取水水溫2.69℃;春秋季包括3、4、11月共3個(gè)月，按1375小時(shí)計(jì)，平均取水水溫11.23℃;冬季包括5、6、7、8、9、10月共6個(gè)月，按2750小時(shí)計(jì)，平均取水水溫27.09℃

（5） 在夏季頻率為10%水溫條件下，冷卻水溫裕度為3℃的運(yùn)行背壓應(yīng)能滿足機(jī)組滿發(fā)的最高允許背壓要求（即小于10.8kPa）。

（6） 凝汽器端差不小于2.8℃。

（7） 循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行方式：夏季運(yùn)行3臺(tái)泵;春秋運(yùn)行2臺(tái)泵;冬季運(yùn)行1臺(tái)泵。

（8） 循環(huán)水管徑：按干管采用DN3800及DN3600預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管PCCP二種方案。支管采用DN2600鋼管。

（9） 循環(huán)水溝：按3.0m×3.5m。

7 優(yōu)化計(jì)算結(jié)果及分析

根據(jù)上述原則，共組成72個(gè)方案。按照計(jì)算結(jié)果，凝汽器冷卻水管采用鈦管，冷卻面積42000m2、冷卻倍率55/41/22倍、循環(huán)水母管為DN3600、支管為DN2600、年總費(fèi)用2686.65萬元的組合列第一位?？紤]到凝汽器單位面積蒸汽負(fù)荷分配的不均勻性以及凝汽器冷卻水管泄漏、機(jī)組老化等因素，凝汽器面積應(yīng)適當(dāng)考慮一些裕量，因此，本工程推薦凝汽器冷卻面積45700m2、冷卻倍率夏季55倍、春秋季41倍、冬季22倍，循環(huán)水母管為DN3600預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管PCCP、支管為DN2600鋼管的循環(huán)水系統(tǒng)組合。

按照推薦方案計(jì)算所得到的汽輪機(jī)冷端參數(shù)：年微增電量-4668 （萬千瓦·時(shí)），年微增電費(fèi) 672.26（萬元），凝汽器冷卻管根數(shù)23371 （根），凝汽器冷卻管長度21.9 （m），凝汽器造價(jià) 7560（萬元），溝造價(jià) 553（萬元），管造價(jià)982.75 （萬元），投資修正量 0.00（萬元），總投資費(fèi)用9095.75 （萬元），年維修費(fèi)用 127.34（萬元），水泵耗電費(fèi)用431.73 （萬元），年總費(fèi)用2686.65 （萬元）。

8 結(jié)論

經(jīng)優(yōu)化論證，二期工程循環(huán)水系統(tǒng)采用凝汽器冷卻水管鈦管，冷卻面積45700m2、冷卻倍率為55/41/22倍、單臺(tái)機(jī)組設(shè)三臺(tái)循環(huán)水泵，對(duì)應(yīng)配一條母管為DN3600、支管為DN2600的循環(huán)水壓力管和一條3.0mx3.5m循環(huán)水排水溝的系統(tǒng)組合。

按本推薦方案，在年平均冷卻水溫為17℃時(shí)，汽輪機(jī)在TMCR工況條件下，年平均運(yùn)行背壓為4.52kPa;在P=10%冷卻水溫為30.6℃時(shí)，汽輪機(jī)運(yùn)行背壓為9.2 kPa，低于夏季能力工況汽輪機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行最高允許背壓（10.8 kPa），并留有一定的富裕量。