●■h-、一¨0一_I 国外高温高湿地 优选机械通风冷却塔 高坤华 (山东电力工程咨询院有限公司,山东 济南250013) 摘要:为做好涉外工程,本文以印尼南苏4×60OMw坑口电站为例,介绍本工程循环水系统的优化,通过技术经 济比较,推荐用机械通风冷却塔代替自然通风冷却塔的循环水系统,在此类高温高湿地区是经济的和合理的,为 以后工程提供设计经验。 关键词:机械通风冷却塔;涉外工程;高温高湿地区;优化设计。 中图分类号:TM621 文献标志码:B文章编号:1671—9913(2010)06—0048—05 Optimization Design on the Cooling Tower Type Selection Elevated Temperature and High Humidity Area in Overseas GAO Kun-hua (ShanDong Electirc Power Engineering Consulting Institute,Jinan 250013,China) Abstract:he article take the project of South Sumava 4x600MW mine mouth power plant as sample,introduced the optimization of the circulating water system of the project in order to exploit the intenrational market and do the foreign project beaer.Compared with technique nad economy,it is economical and reasonable after using machanical_draft water- cooling water instead of natural draft cooling water ni hte elevated temperature nad hilgh humidity area.The project provide hte design experience for hte similer condition raea. Key WOrds:elevatedtemperatureandhighhumidityarea;circulatingwater system;coolingtower;lecottype;op ̄numdesign. 随着我国电力行业的迅猛发展,国内火力 南约4.3 km处。厂址地形较平坦,呈浅丘状,自 发电项目速度趋缓,电力勘测设计市场的竞争日 然地面标高绝大部分在100.0 m~110.0 m之间,电 益激烈,越来越多的电力勘测设计单位开始向国 厂水源为Lematang河水,取水管线长约30.0 km。 外市场拓展生存空间,最近我院完成了印度、印 厂址地震烈度为8度。 尼涉外工程的设计。由于此类地区气温及湿度都 厂址所在区域属干湿季明显的热带气候 较高,在循环水系统设计上与国内有一定区别。 区。干季始于5或6月,持续约6个月到10或l1月结 本文以印尼南苏4×600 MW坑口电站为例,介绍 束,其余为湿季。多年年平均降水量为3226 lrllTl, 本工程循环水系统的优化,通过技术经济比较, 多年年平均降水日数为202天。工程区域多年逐 推荐用机械通风冷却塔代替自然通风冷却塔的循 月气温的变化范围为2l℃~33℃,均值为27 ̄C。 环水系统,在高温高湿地区是经济的和合理的, 相对湿度变化范围为30% ̄90%,最小相对湿度 为以后工程提供设计经验。 常发生在12月,而最大相对湿度常发生在5月。 1工程概况 2循环水系统 印尼南苏4×600 Mw坑口电站在印度尼西 方案一:循环水系统采用带有自然通风冷 亚南苏门答腊省MUARA ENIM县,Darmo镇东 却塔的单元制再循环供水系统。方案二:循环 }收稿日期:2010—10—30 作者简介:NJ# ̄(1965一),女,高级工程师,主要从事电厂设计工作。 48-2010:I ̄E12N第6期 水系统采用带有机械通风冷却塔的单元制再循 环供水系统。 每台机组配2台各占50%夏季循环水量循 环水泵,1座冷却塔。循环水泵房靠近冷却塔布 置。从冷却塔水池出水至循环水泵房为引水明 渠及前池,从循环水泵房至汽机房凝汽器的进 水管和由凝汽器至冷却塔的出水管均为各自独 立的压力管道。 3循环水系统优化 循环水系统优化设计的计算方法 循环水系统优化计算,采用年总费用最小 法 ,即将投资按规定的回收率分摊至每一年 中,再加上上一年的水泵耗电费、微增出力引 起的补偿电量的电费为年总费用,其值最小的 方案为最优。计算结果中年总费用值,不是各 方案的实际年总费用值,而是各方案比较的相 对值。如各方案中泵房、循环水沟的长度及规 格相同,其投资也相同,对比较结果无影响, 该部分投资未列入计算结果中。 。2原始数据 (1)汽轮机主要热力数据见表1。 表1汽轮机主要热力数据 主机排汽量t/h l112.0l l151.7l 丰机排汽焓kJ/kg 2363.3 24l5 6 小机排汽量t/h 88.11 95.27 小机排汽焓kJ/kg 2465 2507.5 凝结水焓kJ/kg l65.6 205.5 凝汽量t/.h 1200.12 l246.98 焓差kJ/kg 527.55 530.4l 背压kPa 7.2 l1馏 (2)气象条件:逐月气象条件见表2。 频率为1 0%的日平均干球温度假定 为3 0.6。C,相对湿度假定84%,平均气压 998.6 hPa。 3.3循环水系统优化设计中有关参数的取值 3 3 l计算取值 循环水泵耗电电费单价采用0.196 ̄Vr_/kW‘h。 表2气象条件 ■■_j■I ●■_ ■谨 鬻 { ■● 鄹爵 ; ■_—忍嗣 曩用;l=墨l 1 26.2 87 1011.5 2 26.9 86 l0l1.5 3 26.7 86 l0l1.1 4 27.1 86 lOlO.8 5 27.4 85 101l 6 27.8 84 l0l1.1 7 26.8 82 829.6 8 26.9 80 10l2.4 9 27 8l 1012.1 l0 27.1 82 l0l1.6 11 27 84 10l1.1 12 23.9 78 809.2 全年平均 26.7 83.4 979.4 微增出力引起的补偿电量电价的折减系数 取0.85。 本工程投资回收率为8%,10年固定费用分 摊率为17.4%,20年固定费用分摊率为12.7%, 30年固定费用分摊率为11.4%,年维修费用为 2.5%。 电厂经济运行年限30年。 机组年利用小时数:7008,各月平均分 配。 3.3.2 令却塔 (1)方案一:配置自然通风冷却塔的设计输 入取值。 ①冷却塔面积:9000 II】2;9500 ;I(1030 rn2: 105001TI :11000m 。 ②冷却塔单位面积造价:6100元/m 。 (2)方案二:配置机械通风冷却塔的循环水 系统优化设计。 ①风机选配电机功率160 KW,风机直径 08530 mm,机力塔单位造价,80万元/段。 风机选配电机功率200 KW,风机直径 09750 mm,机力塔单位造价,105万元/段。 3.3.3凝汽器 凝汽器面积:37000 ITI ;38000 ITI ;39000 m。; ‘ 竞双4背100压0,m2单;流42程00,0 m冷2。却管材选用 不锈钢(304)管,清洁系数为0.85。 2o10年12月第6期.49 凝汽器单位面积造价:750元/m 凝汽器凝汽器的端差不得小于2.8 ̄C。 若计 算出的端差小于2.8℃,取端差为2.8 ̄C c 。 3.3.4优化计算的方案组合 根据其它工程的经验,结合本工程的实际 情况,拟定了优化计算的方案组合 冷却塔面积(m ):9000;9500;10000; 10500:11000。 凝汽器面积(m ):37000;38000;39000; 40000;41000;42000。 冷却倍率:55;60;66;70;72。 循环水总管管径:DN3200;DN3000。 循环水支管管径:DN2400;DN2200。 3.4循环水系统优化设计结果 3.4.1方案一:配置自然通风 拿却塔的循 环水系统优化设计 (1)配置自然通风冷却塔的循环水系统优化 设计计算结果 根据以上参数,系统组成400个方案进行优 化计算,计算结果前15位方案排序见表3。 表3循环水系统优化结果 嘲l阁_ -黼_闭- ■ 【1 55 42000.OO 1 l000.0O 3.2/2.4 3271皇0 l 2 55 4l000.0O l1000.00 3.2/2.4 3293.64 f 3 55 42000.OO 10000.O0 3 2/2.4 3305 96 l 4 55 40000 00 l1000.O0 3.2/2.4 331837 I 5 55 41000.O0 10000.OO 3.2/2 4 3332 20 I 6 60 42000 O0 l1000 00 3 2/2.4 333332 7 55 39000.O0 1 1000.O0 3.2/2 4 3346 28 }8 60 42000 0O l1000 00 3 0/2.2 3346.73 9 55 39000.00 11000.O0 3.0,2.2 3348.7l 1O 60 4l000.OO l1000 00 3 2/2.4 3355.22 11 55 40000.00 10000.00 3-2/2.4 335918 12 55 42000.00 9500.O0 3.2/2.4 336015 l 13 55 40000.00 10000.O0 3.O/2.2 3361.60 l 14 55 42000.00 9500.00 3.0/2.2 3362 57 }15 60 41000.OO l】000.OO 3.o/2.2 3368.63 (2)配置自然通风冷却塔的循环水系统优化 设计结果分析 根据循环水系统优化设计结果,对冷却塔 50-2010 ̄-12,E]第6期 面积、凝汽器面积、冷却倍率及背压的取值进 行了分析。 电价上调对推荐采用较大冷却塔面积的方 案有利,且冷却塔面积增大时,冷却塔出水温 度较低,冷效好。前11名方案均为i1000 m 冷却 塔,所以选择11000 m 冷却塔方案较为合适。 对37000 ̄42000 m 凝汽器进行优化,结果 表明:凝汽器面积增大时,初期投资较低,年 费用较低,所以选择42000 1TI 凝汽器方案较为 合适。 前15名的冷却倍率均为55, ̄60,而且冷却 倍率增大时,年费用成增大趋势,当, ̄_42000 m2凝 汽器,11000 1TI 冷却塔,冷却倍率为60倍时, 在年平均气象条件下,比冷却倍率为5o,D65 时,背压较小,微增电费最小,机组热效较 高,所以冷却倍率推荐采用60。 本工程拟采用的汽轮机额定工况对应的背 压为7.2 kPa,根据出力对热耗的修正曲线,当 凝汽器背压高于此压力时,汽轮机出力将随之 减少,为达到这一目标,因此采用较大的冷却 水量、较大冷却塔面积和较大的凝汽器面积有 利,本设计将充分考虑这个特点。 总上所述,推荐优化结果排名第六的 42000 m 凝汽器,11000 m 冷却塔,冷却倍率 为60倍的方案。 (3)配置自然通风冷却塔的循环水系统优化 设计结果 通过循环水系统的优化计算,推荐循环水 系统参数如下: 循环水系统采用单元制供水系统,每台机 组配2台循环水泵,冷却塔面积11000 m ,设计 冷却倍数60倍,凝汽器面积42000m ,循环水 总管管径DN3200,循环水支管管径DN2400。 在频率10%气象条件下,冷却塔出水温度 为3 1.75。C,平均背压为8.94 kPa,不超过汽轮机 满负荷运行时的最高允许背压11.80 kPa。在年 平均气象条件下,计算冷却塔出水温度(凝汽器 进水温度1为28.74。C,平均背压约为7.50 kPa。 3.4 2方繁二:配置机械通风冷却塔的循 环水系统优化设计 机械通风冷却塔配置方案的优化:设计工 况凝汽量为1200 t/h,辅机冷却水量为2230 t/h, 机力塔不同段数对应的单塔水量见表4。 表4机力塔不同段数对应的单塔水量单位:m /h 根据以上参数资料,系统组成30个方案进 行优化计算,冷却塔的热力计算采用焓差法[3_。 计算结果前2位方案,在年平均气象条件下,根 据不同组合的机力塔段数和倍率计算出各自的 年费用(不包含循管、凝汽器),机力塔前3名组 合方案见表5。 表5机力塔前3名组合方案 根据对循环水系统优化计算结果的分析比 较,为节约初投资,考虑到机组的实际情况, 本工程推荐循环水供水系统方案组合为: 机力塔风机电机配置功率~=200 kW,塔 段数 =1 5,循环水倍率/7=66、凝汽器面积 42000/'11 、循环水管DN3200。该方案组合在年 平均气象条件下,在年平均气象条件下,计算 冷却塔出水温度(凝汽器进水温度)为28.8。C,平 均背压约为7.50 kPa。在夏季l0%气象条件下, 计算冷却塔 水温度(凝汽器进水温度1为32oC, 平均背压约为9.0 kPa。 0 种商寨隧较 适.}_{=j条件及仇缺点 循环水系统配自然通风冷却塔及机械通风 甘m碉Ⅱ:八_.|- 冷却塔适用条件及优缺点见表6。 表6适用条件及优缺点对照表 霸啊霸 ■●■-,l ~…・■一 1.冷效高且稳定 1.冷效稳定,.风吹损失少 优点 2.布置紧凑,可设 在建筑物附近 2.受场地建筑面积影响小 3造价较自然塔低 3维护简单,管理费少 1.经常运行费用高 1般资高,施工技术较复杂 缺点 2杂.机械设备维护复 2.冬季维护复杂 ,故障多  l i1.冷却水量较大 1.气温、湿度较高地区 I适用 2高温、高湿、低 2.对冷却后水温及稳定性要求,严 l条件 气压地区 格的工艺  ;3时不宜采用 .水温差要求较小 3.建筑场地狭窄,通风条件不良处 4 2年赘用比较 循环水系统配置自然通风冷却塔的方案为 冷却塔淋水面积1 1000 m ,冷却倍率为60倍;机 力塔方案为机力塔风机电机配置功 ̄N=200 KW, 风机直径09750 1Tim,塔段数 =15,冷却倍率 17=66。根据自然塔和机力塔各自的推荐组合方 案,将各自的费用列入表7。 表7自然塔与机力塔年费用比较 1 方案组合 11000mz l5段 设备基建投资/TJ元 700 1575 土建基建投资/万元 6OlO l455 3 循环水管沟增加费用 O l1O0 4 风机耗电费/万元/a 0 412 5 循泵耗电费/万元,a 808 658 6 微增功率收益/万元/a (一18o) (一187) 7 大修理费/万元/a 23 76 8 固定费用均摊年费用/万元 765 291 9 填料除水器10年后第1次更换 l22 O 费用(现值1/万元 l0 塑料除水器2O年后第2次更换 89 75 费用f现值)/Tf元 } l1 年费用/万元 1626 1325 3Ol 由表7看出,循环水系统配置自然通风冷却 塔的方案比配置机力塔方案年费用多301万元。 5 结论 从上表的经济比较结果可以看出,由于电 201o年12月第6期.51 厂当地的气温及湿度都较高,选择自然塔的淋 冷却倍率刀一66、凝汽器面积42000 in ,循环 水面积会相对较大,造价相对较高,冷却塔出 水温度亦相对较高,导致在各自优化组合的方 案配置上,自然塔年费用大大高于机力塔。同 水管DN3200。该方案组合在年平均气象条件 下,在年平均气象条件下,计算冷却塔出水温 度(凝汽器进水温度)为28.8。C,平均背压约为 7.50 kPa。在频率10%的气象条件下,计算冷 却塔出水温度(凝汽器进水温度)为32。C,平均 背压约为9.0 kPa。 时,自然塔的施工周期较长,结合印尼当地的 施工水平,对于11000 ITI 的大型自然塔的施工 难度会比较大。因此,综合上述几点原因,推 荐循环水系统配置带机械通风冷却塔的方案更 为适合本工程的实际条件。推荐的循环水系统 配置方案为:机力塔风机电机配置功率^,l_200 kW, 风机直径09750 mm,塔段数 =1 5,循环水 、 一 参考文献: [1】DL/T5339—2006,火力发电厂水工设计规范[S]. 【2]GB/T50102—2003,,工业循环水冷却设计规范[S】 、 、、 、 ¨ 一 V 一^。。 一 。 。 j—■■——■■■—●——■—鼹 豳潮——■■●——■■■—■■j (2)在计算厂用电率时,除了计算选择设 备所规定的最大工况(VWO、BMCR、TB)对 核厂用电率,就可计算出同一工况下的供电j 标准煤耗率,这种供电标准煤耗率才对电厂 应的设备轴功率以外,还应计算出对应汽轮 机TMCRI况或THA工况及锅炉对应此工况蒸 发量下各主要辅机的轴功率,前者可称之为 ;设计厂用电率,后者可称为考核厂用电率。 的运行考核具有现实意义。 参考文 : [1]IEC 60045—1:1991,汽轮机第1部分:规范【S】. [2】GBFF 5578.2007,固定式发电用汽轮机规范is].  一 l l_ … × 。 科小 ’ 、 (3)通过同一工况的发电标准煤耗率和考 … 一  l一 I j——■■■■■■■——●—■ 轴流式风机,引风机和增压风机均采用了静 叶调节轴流式风机,其结构简单、耐磨性 {好、可靠性高、维修方便、制造和维护成本 :低。但其缺点是调节性能不如动叶调节轴流 弱暖——————————■I运行后的技改投资。  j 新投产机组的指标先进,减少机组投入商业 参鸯变 : [1]王丽英,张微,丁杰康.空气预热器的漏风改造及; 其节能分析叨.实用节能技术,2002,(3). [2]曲跃伦.锅炉风机节能降噪技术的应用[J].机 械工程与自动化,2004,(3). [3】清华大学热能工程系热能工程教研室.锅炉原理; 及计算【M].科学出版社,1985. 【4]李恩辰.锅炉燃烧原理与燃烧设备[M].电力出 版社,1995. 5 刘家钰,肖兴和.火电厂主要辅机节能技术的研≮ 宄『J1.中国电力,2004,29(9). ? 式风机,低负荷时运行效率较低。因此提高 引风机和增压风在低负荷期间的运行效率, 是本厂风机节能的一条有效途径。 (4)脱硫烟道加装均流装置,尽可能降低 !风机的流量和系统阻力。 7结论 火力发电厂的节能减排工作是一个系统工 ≥程,燃煤火电厂建设、运营是消耗巨大能源 和污染物排放的特殊过程,在工程规划、设 ;计、施工、生产全过程都应充分考虑节能降 耗。要摒弃以往注重投运后对标挖潜、技术 :改造,轻节能规划、节能设计的现象。在规 [6]高洪峰,张敦力.变频器在锅炉控制系统中的应用j 与节能效果分析叨.节能环保,2005,(3). ; [7]林万超.火力发电J 热力系统节能分析【『M].水; 划设计初期,重视投资产出比,加大节能投 :入,促进节能减排新成果的应用,确保华能 利电力出版社,1987. ≯ [8]林万超.火电厂热系统节能原理[M].西安:西 安交通大学出版社,1994. j [9】申永洪.电厂2*600MW机组供油泵变频节能改; 造【J].电工技术,2009,(5). ~一  —一— 52.2010 ̄12N第6期