火力發(fā)電廠一機(jī)雙塔運(yùn)行改造經(jīng)濟(jì)性分析

郭晶晶，龐 啟

(1.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200063；2.江蘇闞山發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221000)

0 引言

近年來(lái)受電源結(jié)構(gòu)調(diào)整政策影響，我國(guó)火電燃煤機(jī)組利用小時(shí)數(shù)逐年下降[1]，在此背景下，降低火電廠的煤耗、促進(jìn)節(jié)能減排顯得尤為重要[2]。江蘇某電廠2 臺(tái)600 MW 級(jí)超超臨界燃煤機(jī)組分別于2007 年10 月和2008 年1 月建成投產(chǎn)。2017—2019 年，電廠夏季長(zhǎng)期處于1 臺(tái)機(jī)組停備狀態(tài)，為充分利用冷卻塔的冷卻面積，降低發(fā)電機(jī)組能耗，電廠進(jìn)行了一機(jī)雙塔(1 臺(tái)機(jī)組循環(huán)水通過(guò)2 座冷卻塔冷卻)運(yùn)行系統(tǒng)優(yōu)化改造。

1 一機(jī)雙塔改造方案

1.1 依托工程概況

電廠循環(huán)水采用帶雙曲線逆流式自然通風(fēng)冷卻塔的擴(kuò)大單元制循環(huán)水系統(tǒng)，2 臺(tái)600 MW機(jī)組共選用4 臺(tái)循環(huán)水泵。循環(huán)水泵流量為9.09 m3/s，揚(yáng)程27.4 m,水泵效率85%～88%；電動(dòng)機(jī)功率為3 150 kW，電壓6 kV。

冷卻塔為9 000 m2雙曲線逆流式自然通風(fēng)冷卻塔，塔高150.6 m，進(jìn)風(fēng)口高9.8 m，喉部高度119.84 m，塔底部集水池內(nèi)徑121.66 m。冷卻塔采用一個(gè)中央豎井，主水槽呈正交布置，管式配水。夏季日平均濕球溫度為26.6 ℃，相應(yīng)的干球溫度為29.8 ℃，相對(duì)濕度為77%，大氣壓力為1 001.7 hPa，風(fēng)速為2.6 m/s，冷卻塔的冷卻水量為65 448 t/h，平均淋水密度為7.27 m3/m2h。

電廠汽輪機(jī)組額定運(yùn)行工況見(jiàn)表1 所列。

表1 汽輪機(jī)額定運(yùn)行工況

電廠2017 年和2018 年夏季運(yùn)行小時(shí)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2 所列。

表2 2017年和2018年夏季運(yùn)行小時(shí)數(shù)

1.2 循環(huán)水回水母管改造

原設(shè)計(jì)已在兩臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水泵出水管之間和兩座冷卻塔的回水溝之間設(shè)有聯(lián)通設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)循環(huán)水泵運(yùn)行的擴(kuò)大單元。要實(shí)現(xiàn)一臺(tái)機(jī)組利用兩座冷卻塔運(yùn)行，還需在兩臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水回水管之間加設(shè)聯(lián)絡(luò)管道。根據(jù)#1 機(jī)和#2 機(jī)的循環(huán)水排水母管布置位置，選擇從#2 機(jī)冷卻塔附近#1 機(jī)循環(huán)水回水母管(DN3000 鋼管)上接出一根聯(lián)通管，連接至#2 機(jī)組循環(huán)水回水母管上。聯(lián)通管直徑從DN2200、DN2400、DN2600、DN2800、DN3000 共5 種管徑中選擇。根據(jù)冷卻塔噴頭數(shù)量、現(xiàn)場(chǎng)布置對(duì)冷卻塔豎井水位差和沿程損失疊加計(jì)算后，流量分配具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3 所列。

表3 不同管徑流量分配

從表3 可知，DN2600 管徑的聯(lián)通管投資適中。如果增加管徑，配水不均性改善效果并不明顯，因此綜合考慮最終選擇DN2600 的聯(lián)通管徑，此水損造成兩座冷卻塔的配水不均性約為1∶1.5。

2 一機(jī)雙塔改造經(jīng)濟(jì)性分析

本文針對(duì)電廠不同運(yùn)行負(fù)荷情況下的一機(jī)雙塔運(yùn)行進(jìn)行討論，主要分為100%、80%、70%、60%四種負(fù)荷工況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。

2.1 100%負(fù)荷一機(jī)雙塔運(yùn)行

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)計(jì)算，夏季單臺(tái)機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷、一機(jī)雙塔運(yùn)行，沿程水損略有減少，對(duì)應(yīng)約18.3 m3/s 的循環(huán)水流量送至兩座冷卻塔，冷卻塔流量分別為7.32 m3/s 和10.98 m3/s，兩座冷卻塔的出塔水溫不同，采用二維熱力計(jì)算模式[3]，根據(jù)加權(quán)平均得到綜合的出塔水溫，改造前后水溫、背壓及煤耗等參數(shù)見(jiàn)表4 所列。

表4 100%負(fù)荷一機(jī)雙塔運(yùn)行改造前后對(duì)比表

根據(jù)表4 可知，如果6～9 月所有運(yùn)行時(shí)間都按600 MW 機(jī)組100%滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，可以節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約169.49 萬(wàn)元。

2.2 80%負(fù)荷一機(jī)雙塔運(yùn)行

2.2.1 一機(jī)兩泵高速運(yùn)行

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)計(jì)算，夏季單臺(tái)機(jī)組80%負(fù)荷、一機(jī)雙塔運(yùn)行，循環(huán)水量分配與100%負(fù)荷相同，改造前后對(duì)比見(jiàn)表5 所列。

表5 80%負(fù)荷一機(jī)兩泵高速運(yùn)行改造前后對(duì)比表

根據(jù)表5 可知，如果6～9 月所有運(yùn)行時(shí)間都按600 MW 機(jī)組80%負(fù)荷、一機(jī)兩泵高速運(yùn)行，可以節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約118.08 萬(wàn)元。

2.2.2 一機(jī)兩泵低速運(yùn)行

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)計(jì)算，夏季單臺(tái)機(jī)組80%負(fù)荷、一機(jī)雙塔運(yùn)行，如按照一機(jī)兩泵低速運(yùn)行工況考慮(廠內(nèi)已經(jīng)改造了2 臺(tái)循環(huán)水泵，低速時(shí)對(duì)應(yīng)流量約為27 000 m3/h)，約有15 m3/s的循環(huán)水量送至兩座冷卻塔，每座冷卻塔流量約為5.925 m3/s 和9.075 m3/s，改造前后對(duì)比見(jiàn)表6 所列。

表6 80%負(fù)荷一機(jī)兩泵低速運(yùn)行改造前后對(duì)比表

根據(jù)表6 可知，如果6～9 月所有運(yùn)行時(shí)間都按600 MW 機(jī)組80%負(fù)荷、一機(jī)兩泵低速運(yùn)行，可以節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約82.21 萬(wàn)元。

循環(huán)水泵高速運(yùn)行軸功率為2 875 kW，低速運(yùn)行軸功率為2 055 kW，2018 年6～9 月份單臺(tái)機(jī)組發(fā)電小時(shí)數(shù)約為1 560 h，兩臺(tái)低速運(yùn)行相對(duì)于高速運(yùn)行節(jié)約的6～9 月份循環(huán)水泵電動(dòng)機(jī)功率約為127.92 萬(wàn)kWh，按照0.33 元/kWh的電價(jià)計(jì)算，每年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約42.21 萬(wàn)元。

2.2.3 兩種運(yùn)行工況對(duì)比

根據(jù)80%負(fù)荷，一機(jī)兩泵高速運(yùn)行和一機(jī)兩泵低速運(yùn)行結(jié)果，兩種工況費(fèi)用對(duì)比見(jiàn)表7所列。

表7 80%負(fù)荷一機(jī)兩泵高低速運(yùn)行工況費(fèi)用對(duì)比

從表7 可以看出，一機(jī)兩泵低速運(yùn)行，每年可以節(jié)約6.34 萬(wàn)元的運(yùn)行費(fèi)用，故推薦80%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)采用一機(jī)兩泵低速運(yùn)行方式。

2.3 70%負(fù)荷一機(jī)雙塔運(yùn)行

根據(jù)單臺(tái)機(jī)組夏季單機(jī)80%負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，單臺(tái)機(jī)組夏季單機(jī)70%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，按照一機(jī)兩泵低速運(yùn)行工況考慮，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8所列。

表8 70%負(fù)荷一機(jī)雙塔運(yùn)行改造前后對(duì)比

根據(jù)表8 可知，如果6～9 月所有運(yùn)行時(shí)間都按600 MW 機(jī)組70%負(fù)荷運(yùn)行，可以節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約80 萬(wàn)元。

2.4 60%負(fù)荷一機(jī)雙塔運(yùn)行

單臺(tái)機(jī)組夏季單機(jī)60%負(fù)荷時(shí)，按照一機(jī)一泵運(yùn)行，對(duì)應(yīng)約有11.05 m3/s 的循環(huán)水量送至兩座冷卻塔，每座冷卻塔流量約為4.337 m3/s 和6.713 m3/s，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表9 所列。

表9 60%負(fù)荷一機(jī)雙塔運(yùn)行改造前后對(duì)比

根據(jù)表9 可知，如果6～9 月所有運(yùn)行時(shí)間都按600 MW 機(jī)組60%負(fù)荷運(yùn)行，可以節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約32.18 萬(wàn)元。

2.5 不同負(fù)荷下一機(jī)雙塔運(yùn)行降低煤耗收益表

前述不同負(fù)荷情況下的收益見(jiàn)表10 所列。

表10 不同負(fù)荷下一機(jī)雙塔運(yùn)行收益表

根據(jù)表10 可知，從單臺(tái)機(jī)組70%～100%負(fù)荷工況下，一機(jī)雙塔運(yùn)行的收益較為顯著，當(dāng)單臺(tái)機(jī)組60%負(fù)荷工況情況下，一機(jī)雙塔運(yùn)行的收益較小。

對(duì)2018 年6～9 月單機(jī)時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行核算，按照2018 年機(jī)組實(shí)際76.1%負(fù)荷率，收益見(jiàn)表11 所列。

表11 2018年6-9月一機(jī)雙塔運(yùn)行收益

根據(jù)表11 可知，改造后一機(jī)雙塔收益約81.55 萬(wàn)元，工程總投資253 萬(wàn)元，回收期估算約3.1 a。

3 一機(jī)雙塔實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

電廠改造后，在2020 年運(yùn)行效果較好，并于當(dāng)年進(jìn)行了改造性能試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)報(bào)告，電廠在550 MW 工況點(diǎn)，循環(huán)水泵一臺(tái)高速、一臺(tái)低速運(yùn)行，結(jié)果見(jiàn)表12 所列。

表12 一機(jī)雙塔實(shí)際運(yùn)行結(jié)果對(duì)比

通過(guò)單、雙塔切換后，記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，在環(huán)境溫度保持不變，雙塔模式下，凝汽器真空下降0.6 kPa，根據(jù)電廠2019 年排汽背壓與煤耗變化關(guān)系試驗(yàn)數(shù)據(jù)和微增功率曲線折算，可得出供電煤耗綜合下降約1.5 g/kWh。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)循環(huán)水回水管徑的配水計(jì)算分析，選定DN2600 管徑作為聯(lián)通管道，電廠一機(jī)雙塔改造靜態(tài)總投資253 萬(wàn)元，對(duì)單臺(tái)機(jī)組100%負(fù)荷、80%負(fù)荷、70%負(fù)荷和60%負(fù)荷分別進(jìn)行分析討論，70%～100%負(fù)荷下一機(jī)雙塔運(yùn)行的收益較為顯著，60%負(fù)荷下一機(jī)雙塔運(yùn)行的收益較小。按照2018年6～9月單機(jī)時(shí)間和負(fù)荷率計(jì)算，改造后年運(yùn)行收益約81.55 萬(wàn)元，回收期約3.1 a，根據(jù)2020 年實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，整體收益基本接近原改造計(jì)算數(shù)據(jù)，每年夏季單機(jī)運(yùn)行可節(jié)省能耗，有較好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。