第30卷第3期電力建設(shè)Vol. 30 No. 32009年3月Electric Power ConstructionMar. 2009.67●燃機(jī)單循環(huán)電廠循環(huán)水冷卻方式的選擇李欣(中南電力設(shè)計(jì)院,武漢市,3001)[摘要]文章介紹了燃機(jī)單循環(huán)電廠循環(huán)冷卻水溫對(duì)機(jī)組出力的影響,結(jié)合尼日利亞某燃機(jī)工程實(shí)例,對(duì)機(jī)城通風(fēng)冷卻塔、閉式冷卻塔、海勒型輔助冷卻器3種循環(huán)冷卻水系統(tǒng)方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析,并說(shuō)明了各系統(tǒng)的適用環(huán)境條件。[關(guān)鍵詞]燃機(jī);循環(huán)水 ;機(jī)械通風(fēng)冷卻塔;閉式冷卻塔;海勒型輔助冷卻器中圖分類號(hào): TM621文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B文章編號(hào): 1000-7229 (2009) 03-0067-031工程概況 :表1發(fā)電機(jī)損耗隨大氣溫度的變化大氣溫度/C尼日利亞某工程擬新建8臺(tái)PG6581B單循環(huán)燃項(xiàng)目氣輪機(jī),單臺(tái)機(jī)組容量為42 MW,水源為地表水。廠冷卻水115 20 2530 35 40址所在地分雨季和旱季，旱季基本不降雨,電廠水源510152025 30 35溫度/C可能斷流，地質(zhì)勘測(cè)已排除補(bǔ)給水采用地下水的方機(jī)組出434241 39.8 38.8 37.6案。根據(jù)水源情況.電廠擬采用雨季時(shí)直接從河道取力/MW水,向蓄水池貯水;旱季從蓄水池取水的供水方式。發(fā)電機(jī)953 926.86 90092 879.47 851.65 828.23 798.69損耗/kW氣象條件:當(dāng)?shù)貙儆诟邷?、高濕度地區(qū),平均最高氣溫35.59C，平均氣溫25.7C,平均相對(duì)濕度46r74%。以1999-2003年實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)得最熱季(2.3、24月)頻率P-10%的日平均濕球溫度為26.3 C,干球溫度為30.9 C,相對(duì)濕度為70%。10f8+2機(jī)組參 數(shù)及冷卻水溫的確定36510152025303540該工程合同要求的機(jī)組整體性能為:在ISO工冷卻水進(jìn)水溫度rc況下，大氣溫度為15C,8臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)每臺(tái)出力為圖1發(fā)電機(jī)輸 出功率與冷卻器進(jìn)水溫度關(guān)系示意圈42.10 MW,總出力336.8 MW。低于33 C,可保證組出力為37~38 MW。當(dāng)冷卻水發(fā)電機(jī)性能保證為:(1)大氣溫度為15 C,大氣溫超過(guò)33C,運(yùn)行工況滑出曲線外,發(fā)電機(jī)降負(fù)荷壓力為1.013x10 Pa,相對(duì)濕度60%;(2)壓氣機(jī)進(jìn)運(yùn)行。如果水溫長(zhǎng)期超過(guò)33 C將制約發(fā)電機(jī)出力,口法蘭前進(jìn)氣壓損為989.8Pa,透平排氣法蘭后壓使得發(fā)電機(jī)的出力與燃機(jī)的出力不能夠很好地匹損為622.3 Pa,機(jī)組處于全新?tīng)顟B(tài),使用的燃料符合配,不能滿足機(jī)組的發(fā)電要求。水溫50 C是機(jī)組連GE公司規(guī)范。機(jī)組在ISO工況下,發(fā)電機(jī)輸出功率續(xù)運(yùn)行的極限溫度,如果水溫超過(guò)極限溫度,潤(rùn)滑油的保證值為41.5 MW。當(dāng)環(huán)境溫度及冷卻水溫發(fā)生溫會(huì)過(guò)高,有可能導(dǎo)致機(jī)組跳機(jī)。變化時(shí),發(fā)電機(jī)損耗的變化如表1:因此,冷卻水溫的設(shè)計(jì)原則為:冷卻水溫設(shè)計(jì)值不同冷卻水溫條件下，發(fā)電機(jī)輸出功率的變化應(yīng)使發(fā)電機(jī)在大部分環(huán)境條件下的輸出功率在“發(fā)如圖1(電機(jī)功率因數(shù)cosφ=0.8)。由圖1,在ISO工電機(jī)輸出功率與冷卻器進(jìn)水溫度曲線”上所示的功況下,環(huán)境溫度為15C,冷卻水溫應(yīng)低于10,可率范圍內(nèi)運(yùn)行,并保證機(jī)組不跳機(jī)。冷卻設(shè)計(jì)溫度為保證機(jī)組出力為42.1MW。環(huán)境溫度升高,冷卻水溫33 C,極限溫度為50 C。收稿日期: 2008 09-19作者簡(jiǎn)介:李欣(1976-),女,碩土,工程師，主要從事發(fā)電廠供水設(shè)計(jì)工作。.68.電力建設(shè)第30卷到冷卻塔進(jìn)出水溫、空氣流量以及起噴點(diǎn)等因素的3循環(huán)水 供水系統(tǒng)方案選擇影響,存在優(yōu)化設(shè)計(jì)的問(wèn)題。起噴點(diǎn)溫度的設(shè)定對(duì)輔3.1 方案1助冷卻器選型有直接影響，關(guān)系到設(shè)備冷卻面積的循環(huán)水系統(tǒng)采用閉式+開(kāi)式系統(tǒng),設(shè)置2x100%大小。起噴點(diǎn)溫度設(shè)定高,設(shè)備耗水量小,但會(huì)引起水-水熱交換器與閉冷循環(huán)水泵(閉式)和3x50%循設(shè)備冷卻面積的增加。玲卻器在起噴溫度以下運(yùn)行,環(huán)水泵與機(jī)械通風(fēng)冷卻塔(開(kāi)式)。冷卻水量:每臺(tái)燃耗水量為0;在起噴溫度以上運(yùn)行，消耗噴水蒸發(fā)機(jī)的閉式冷卻水量為295 m/h,水-水熱交換器采用量。表4為不同設(shè)計(jì)工況下冷卻塔的選型參數(shù)。管式結(jié)構(gòu),開(kāi)式冷卻水量為閉式的1.2倍,全廠開(kāi)式4不同設(shè)計(jì)工況下設(shè)計(jì)選型參數(shù)循環(huán)冷卻水總量為2 832 m/h。最熱季(2、3、4月)頻參數(shù)名稱工況1工況2工祝3率為10%的氣象條件下,冷卻塔選型參數(shù)如表2?？偺幚硭?m2-ht) 2 3602 360表2冷卻塔選型參數(shù)冷卻塔單元數(shù)/臺(tái)26(無(wú)備用) 32 臺(tái)(無(wú)備用) 48 臺(tái)(無(wú)備用)進(jìn)塔水溫/C參數(shù)值出塔水溫心348總處理水量/(m2-h*)冷卻塔占地/m66x1450x4080x40單塔處理水量/(m2=h1)1 500單臺(tái)風(fēng)機(jī)功率/kW30/10設(shè)備總價(jià)格/萬(wàn)元.1 170I 6002 400進(jìn)塔水溫心40出塔水溫/心工況1:設(shè)計(jì)氣溫為41 C,起噴溫度設(shè)定為3033x11 .C。在環(huán)境溫度為41C時(shí),每臺(tái)冷卻器的噴水量為單臺(tái)風(fēng)機(jī)功事/Wss耗水量/(m'-h2+)7020~30th，總噴水量為520~780th,蒸發(fā)損失為12%(62.4- -93.6 th)。該選型方案起噴點(diǎn)溫度定得較開(kāi)式冷卻水溫(出塔水溫)為30C時(shí)，閉式冷卻低,根據(jù)目前掌握的氣象資料,熱季氣溫位于30-44水可被冷卻到33C,基本能夠滿足機(jī)組出力要求。C的頻率較高,因此噴水運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng),除鹽水的總考慮旱季3個(gè)半月的斷流時(shí)間，按日發(fā)電22h計(jì)消耗量較大,但可獲得較低的進(jìn)出塔水溫。算,并考慮水面自然蒸發(fā)的因素,本方案蓄水池的容工況2:設(shè)計(jì)環(huán)境溫度45C,進(jìn)、出塔水溫分別積約為2.3x10* m'。為56 C和48 C,起噴點(diǎn)定為40C。該方案配置323.2方案2臺(tái)冷卻器共分8組,每組4臺(tái)。在假設(shè)的極端環(huán)境循環(huán)水系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng)，配備8臺(tái)閉式冷卻溫度48C時(shí)，每組冷卻器3~4臺(tái)同時(shí)噴淋,噴淋水塔和3x50%的循環(huán)水泵。冷卻水量:每臺(tái)燃機(jī)的閉量為90~120th,蒸發(fā)水量為13.5~18 th,8組冷卻式冷卻水量為295 m'/h采用單元制供水。最熱季頻器的總補(bǔ)給水量108~144th,約為機(jī)械通風(fēng)拎卻塔率為10%的氣象條件下,閉式冷卻塔參數(shù)如表3。本熱季補(bǔ)給水量(70th)的2倍。在環(huán)境溫度為45 C方案蓄水池容積約為1.45x105m'。左右時(shí),每組冷卻器2~3臺(tái)同時(shí)噴淋,8組冷卻器的表3閉式冷卻塔參數(shù)總補(bǔ)給水量72~108th。該選型方案起噴點(diǎn)和進(jìn)出水溫高均較高，可在大部分的環(huán)境溫度下實(shí)現(xiàn)干式總處理水量/(m'h)運(yùn)行,但是高環(huán)境溫度時(shí)的耗水量大。單塔處理水量/(m'+h*)95工況3:設(shè)計(jì)環(huán)境溫度為45 C,進(jìn)、出塔水溫分8(無(wú)備用)別為56 C和48 C,起噴點(diǎn)定為45C。該方案配置4348臺(tái)冷卻器,共分8組,每組6臺(tái)。從現(xiàn)有的氣象資出塔水溫/C33料看，該方案基本可滿足在大多數(shù)氣象條件下冷卻29x75單臺(tái)設(shè)備功率/W24器零補(bǔ)水的要求,但占地面積過(guò)大。耗水量(m2.h)3.4 3種方案技術(shù)性比較3.4.1在高溫、高濕度的氣象條件下,海勒型輔助冷3.3方案3卻器要達(dá)到與機(jī)械通風(fēng)冷卻塔或閉式冷卻塔相同的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，冷卻設(shè)備為海勒冷卻效果,設(shè)備的占地面積和--次性投資要大得多。型輔助冷卻器。選型如下:在設(shè)計(jì)水量、設(shè)計(jì)環(huán)境溫3.4.2在相同的進(jìn)、出水溫度的條件下,海勒型輔助度一定的條件下，海勒型輔助冷卻器設(shè)備的選型受冷卻器的耗電量較機(jī)械通風(fēng)冷卻塔和閉式冷卻塔的第3期燃機(jī)單循環(huán)電廠循環(huán)水冷卻方式的選擇●69●耗電量大幅提高,雖然可以減少總耗水量,但除鹽水裹5固定費(fèi)用比較萬(wàn)元的瞬時(shí)消耗量大。項(xiàng)目名稱方案1方案23.4.3海勒型輔助冷卻器在干球溫度與水溫的溫差冷卻塔2171 350越大,濕度越小的情況下,冷卻效果越好。機(jī)械通風(fēng)循環(huán)水泵房及設(shè)備差價(jià)5冷卻塔或閉式冷卻塔的出塔水溫均與濕球溫度有換熱站及換熱器差價(jià)298關(guān),在濕熱型環(huán)境條件下,要達(dá)到33 C的冷卻目標(biāo),循環(huán)水管差價(jià)濕式冷卻塔顯然比千式冷卻塔更具優(yōu)勢(shì)，且對(duì)溫度蓄水池914586，變化的適應(yīng)性更強(qiáng)，可保證燃機(jī)在較高出力下穩(wěn)定合計(jì)1973運(yùn)行。環(huán)境溫度越高，要求的出塔水溫越低時(shí),濕式表6年費(fèi)用比較冷卻塔體現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)將會(huì)越明顯。而輔助冷卻器出水溫度受環(huán)境溫度的影響大,機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定。如采用循環(huán)水泵總功率kW540360輔助冷卻器方案,為避免過(guò)大的一-次性投資,必須提冷卻塔總功事kW10192循環(huán)水系統(tǒng)總功率/W50552高燃機(jī)冷卻水溫度,最終將以犧牲燃機(jī)出力為代價(jià),年運(yùn)行費(fèi)用/萬(wàn)元1799.36或選擇出力更大的發(fā)電機(jī)。年水費(fèi)/萬(wàn)元100.847.52因此，,在本工程的環(huán)境條件下,難以體現(xiàn)海勒型年固定費(fèi)用差價(jià)/萬(wàn)元279.44276.22輔助冷卻器的優(yōu)越性，而且發(fā)電機(jī)需要根據(jù)冷卻水年費(fèi)用差價(jià)/萬(wàn)元497.24423.1溫重新選型,故排除方案3。注:按照當(dāng)?shù)仉妰r(jià)0.25元/(kw.h).水價(jià)2元r,年運(yùn)行小時(shí)數(shù)4經(jīng)濟(jì)性比較7 200h,固定資產(chǎn)折算系數(shù)0.14計(jì)算。方案1循環(huán)水泵總功率包括閉冷水循環(huán)水泵功率。電廠的用地范圍均能滿足方案1、2 (方案3已水熱交換器相結(jié)合的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是目前燃機(jī)冷排除,本文不予討論)的用地要求。由于該電廠土地卻水系統(tǒng)的常規(guī)選撣,尤其在高溫、高濕度地區(qū)。費(fèi)用不計(jì),故經(jīng)濟(jì)性比較中不涉及地價(jià)的比較。5.2團(tuán)式冷卻塔是機(jī)械通風(fēng)冷卻塔很好的替代品。4.1固定費(fèi) 用比較達(dá)到機(jī)械通風(fēng)冷卻塔系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)時(shí),采用閉式表5為固定費(fèi)用比較表。在設(shè)備價(jià)格均為出廠冷卻塔能使簡(jiǎn)化系統(tǒng),減少系統(tǒng)整體運(yùn)行費(fèi)用等。價(jià)的情況下,綜合蓄水池與循環(huán)水系統(tǒng)的造價(jià),方案5.3在極度缺水地區(qū),海勒型輔助冷卻器是燃機(jī)單1比方案2高出約23萬(wàn)元。實(shí)際應(yīng)按照設(shè)備到岸價(jià)循環(huán)電廠的唯--選擇。在高溫、高濕地區(qū),采用此設(shè)格計(jì)算,方案1則較方案2便宜。備不僅會(huì)增加冷卻面積,占地面積,耗電、耗水量,還4.2年費(fèi)用的比較可能會(huì)影響發(fā)電機(jī)的選型。要達(dá)到相同的冷卻效果,表6為年費(fèi)用比較表。由表6可見(jiàn),方案2的年空氣冷卻的設(shè)備價(jià)格也遠(yuǎn)高于機(jī)械通風(fēng)冷卻塔。因費(fèi)用較方案1高,但由于本工程為總承包形式，蓄水此,在水資源條件尚可時(shí),應(yīng)不優(yōu)先考慮該設(shè)備。池的費(fèi)用并不在總承包范圍內(nèi)，總承包商最終選擇6參考文獻(xiàn)方案1實(shí)施。[1]劉乃玲.封閉式冷 卻塔用于免費(fèi)供冷的經(jīng)濟(jì)性分析[D].上海:5結(jié)論同濟(jì)大學(xué),1997.5.1在水資源豐富的地區(qū)， 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔與水- 2 焦樹(shù)建燃?xì)馇仄?lián)合循環(huán)M).北京:機(jī)械工業(yè) 出版社200.Selection of Circulating W ater Cooling Mode for Power Plants with Single Cycle Gas-TurbinesLIXin(Central Souhen China Elctrice Power Design lotiute, Wuhan 430071, China)[Abstract] The efecte of erculating coling water temperature of single eyele gar turbine on unit output are explained Usings Nigeria projet as anexample, technical and economice analysis of 3 circulating water cooling eystem schemes, namely, mechanical draft coling tower, cloed cooling tower,and Heller Buxiliny cooler, are performed. Applicable environment conditios for each aysterm are aloexplained.[Keywords] g-turbine; crclasting water mechanical draft coling tower, closed colig tower, Heller awxiliary cooler(責(zé)任編輯:何鵬)