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火電廠空冷與濕冷機(jī)組性能分析與比較
摘要： 在火力發(fā)電過(guò)程中，空冷機(jī)組和濕冷機(jī)組之間的運(yùn)行性能進(jìn)行比較和分析是空冷技術(shù)在電廠發(fā)電應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。文章對(duì)這兩個(gè)機(jī)組的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)的分析，對(duì)提高空冷機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有著顯著的作用和意義。本文主要結(jié)合實(shí)際的現(xiàn)狀，就火電廠空冷機(jī)組和濕冷機(jī)組的性能進(jìn)行比較分析，然后分析了這兩種機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益，希望通過(guò)本次研究對(duì)更好促進(jìn)火電廠空冷技術(shù)的應(yīng)用有一定的幫助。
關(guān)鍵詞：火電廠 性能比較 經(jīng)濟(jì)效益 空冷機(jī)組 濕冷機(jī)組
隨著國(guó)內(nèi)直接空冷電站的技術(shù)發(fā)展和進(jìn)步，其主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，與同等量的濕冷機(jī)組的性能比較和分析逐漸成為了研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。在進(jìn)行火力發(fā)電過(guò)程中，空冷汽輪機(jī)組是相對(duì)于常規(guī)的濕冷汽輪機(jī)組而言的，這兩個(gè)機(jī)組最為主要的區(qū)別就是在汽輪機(jī)組尾部的排汽冷卻所采用的冷卻方式不同，冷卻方式的不同導(dǎo)致了汽輪機(jī)組尾部運(yùn)行參數(shù)發(fā)生了顯著的變化，因此汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，必須對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效改變。
一、火電廠空冷和濕冷機(jī)組冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)比
在直接空冷機(jī)組冷卻系統(tǒng)中，汽輪機(jī)所排的汽直接進(jìn)入到空冷熱交換器中，其會(huì)直接與空氣進(jìn)行交換，系統(tǒng)中的冷凝水會(huì)由凝結(jié)水泵進(jìn)入汽輪機(jī)組的回?zé)嵯到y(tǒng)中，空冷系統(tǒng)的冷卻風(fēng)通常情況下都是由機(jī)械通風(fēng)方式進(jìn)行提供。通常情況下，系統(tǒng)都會(huì)采用大直徑的軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)。而濕冷冷卻系統(tǒng)中，汽輪機(jī)排汽系統(tǒng)進(jìn)入表面式凝汽器中。在系統(tǒng)中，冷凝水主要由凝結(jié)水泵進(jìn)入汽輪機(jī)組的回?zé)嵯到y(tǒng)中，冷卻水在凝汽器和冷卻塔之間進(jìn)行循環(huán)往復(fù)的循環(huán)。這兩個(gè)機(jī)組的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中存在較大的差異性。其中直接空冷系統(tǒng)使用的是大型的風(fēng)機(jī)風(fēng)扇，濕冷系統(tǒng)采用的主要是凝汽器和冷卻塔。直接空冷機(jī)組中，汽輪機(jī)排汽直接進(jìn)入到空冷熱交換器中，直接空冷系統(tǒng)冷卻介質(zhì)主要空氣，并且空氣不需要進(jìn)行循環(huán)，濕冷機(jī)組中汽輪機(jī)排汽直接進(jìn)入表面式凝汽器中，濕冷系統(tǒng)冷卻介質(zhì)是循環(huán)冷卻水，需要其無(wú)限循環(huán)。
二、不同冷卻方式能效對(duì)比
1、凝汽器換熱端差對(duì)機(jī)組熱耗的影響
首先，端差的變化和空冷機(jī)組的之間的熱耗關(guān)系。空冷機(jī)組在方案設(shè)計(jì)和額定負(fù)荷條件之下，汽輪機(jī)組的熱耗變化量與不同入口空氣的溫度關(guān)系呈正比例函數(shù)關(guān)系。隨著端差不斷變高，汽輪機(jī)組的熱耗不斷增加，在相同端差條件下，入口的空氣溫度越高，機(jī)組的所產(chǎn)生的熱耗越大;其次，端差變化與濕冷機(jī)組之間的熱耗關(guān)系。濕冷機(jī)組在設(shè)計(jì)下給水量和額定負(fù)荷條件下，汽輪機(jī)的熱耗變化量與不同端口冷卻水的入口溫度呈現(xiàn)正比關(guān)系，隨著端差的升高，汽輪機(jī)組的熱耗不斷增加，在相同端差條件下，入口冷卻水的溫度會(huì)越來(lái)越高，這時(shí)機(jī)組的熱耗效率會(huì)越來(lái)越大;最后，端差變化是對(duì)機(jī)組熱耗影響的比較。空冷機(jī)組和濕冷機(jī)組在額定的負(fù)荷大小和額定的入口介質(zhì)溫度條件下，汽輪機(jī)的熱耗效率和端差變化呈現(xiàn)正比例函數(shù)關(guān)系。在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，隨著端差溫度的升高，空冷機(jī)組熱耗增大的趨勢(shì)明顯高于濕冷機(jī)組，因此，空冷機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)比濕冷機(jī)組消耗更多的煤炭，我們以入口的介質(zhì)溫度為18度為例，當(dāng)端差溫度為12度時(shí)，空冷機(jī)組的熱耗率就會(huì)增加為324KJ/(Kg・h)，而濕冷機(jī)組的熱耗增加量為132 KJ/(Kg・h)。
2、空冷機(jī)組和濕冷機(jī)組的水耗分析
對(duì)不同負(fù)荷和不同冷卻方式下的空冷機(jī)組和濕冷機(jī)組的水耗情況進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，空冷機(jī)組水耗為常規(guī)濕冷機(jī)組水耗指標(biāo)1/3～1/5。在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組的規(guī)模越小，空冷機(jī)組的節(jié)水能力就會(huì)越強(qiáng)。在空冷機(jī)組中，直接進(jìn)行空冷比間接進(jìn)行空冷的節(jié)水能力更強(qiáng)。
3、空冷機(jī)組和濕冷機(jī)組的煤耗性能分析
供電煤耗綜合計(jì)算出了發(fā)電煤耗以及廠用電率的水平，也是一個(gè)發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)電技術(shù)完善程度的一個(gè)重要綜合效益指標(biāo)。其中，表1為不同冷卻方式機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗均值情況。
根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，在相同負(fù)荷情況下，不同的冷卻方式的機(jī)組，空冷機(jī)組比濕冷機(jī)組的煤耗率要大，而隨著機(jī)組容量越大，機(jī)組供電煤耗的消耗就越小，其經(jīng)濟(jì)效益也就越高。
4、環(huán)境溫度對(duì)兩種不同冷卻方式的影響
在研究過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，環(huán)境因素對(duì)濕冷機(jī)組的影響較小，其對(duì)空冷機(jī)組的影響較大，尤其是在夏季，季風(fēng)風(fēng)向和風(fēng)速對(duì)真空設(shè)備的影響是十分顯著的，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在短時(shí)間內(nèi)真空迅速下降，因而對(duì)空冷機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益影響十分大。在對(duì)這種影響進(jìn)行研究過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)選擇的環(huán)境條件較為穩(wěn)定，以此來(lái)確定環(huán)境溫度對(duì)空冷機(jī)組的真空所產(chǎn)生的影響。具體操作方式實(shí)施選擇一個(gè)600MW負(fù)荷的機(jī)組運(yùn)行時(shí)段的每日環(huán)境溫度，對(duì)其所對(duì)應(yīng)的機(jī)組真空情況進(jìn)行平均算數(shù)，從而能夠得到環(huán)境溫度對(duì)空冷機(jī)組真空所產(chǎn)生的影響系數(shù)x，其中x=(y1-y2)/(t1-t2)，這其中y1、y2分別代表是實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束階段的真空系數(shù)，而t1、t2則表示的是實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)。具體數(shù)據(jù)見 表2。
通過(guò)計(jì)算我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)機(jī)組的負(fù)荷為600MW時(shí)，平均的影響系數(shù)為-0、3Kpa/℃，也就是當(dāng)環(huán)境中溫度每上升1度，空冷機(jī)組的真空就會(huì)下降0、3KPa，當(dāng)真空出現(xiàn)下降之后，會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)組額排氣壓力逐漸升高，導(dǎo)致了整個(gè)機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益下降。
三、綜合效益對(duì)比分析
1、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比分析
通過(guò)對(duì)這兩個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，直接空冷系統(tǒng)具備了初始溫差大，涉及到的設(shè)備少，系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單，空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)靈活多變以及冬季防凍措施性能優(yōu)越的優(yōu)點(diǎn)。但是該系統(tǒng)也存在明顯的缺點(diǎn)，那就是整個(gè)系統(tǒng)的噪音比較大，空氣凝汽器的所占體積比較大，龐大的真空系統(tǒng)很容易導(dǎo)致漏氣現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)，直接空冷大多數(shù)都采用的是強(qiáng)制通風(fēng)，因此，其耗電量還是比較大。而封閉式冷卻系統(tǒng)表面水分的蒸發(fā)量比較大，在使用過(guò)程中，可能會(huì)消耗大量的水資源。通過(guò)效能實(shí)計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，與濕冷機(jī)組相比較，空冷機(jī)組能夠大幅度的實(shí)現(xiàn)節(jié)水，但是其能耗較高，煤耗比較顯著。
2、經(jīng)濟(jì)性比較
2*600MW的直接空冷機(jī)組的了冷卻系統(tǒng)的初始投資約為5億元人民幣，而相同容量的濕冷機(jī)組的冷卻系統(tǒng)的投資金額約為2億元人民幣左右，在運(yùn)行過(guò)程中，濕冷機(jī)組按照年發(fā)電8000小時(shí)計(jì)算，每年的經(jīng)濟(jì)效益約為8900萬(wàn)元，而空冷機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益約為4300萬(wàn)元。綜合上述，短期效益，濕冷機(jī)組優(yōu)于空冷機(jī)組，但是從社會(huì)效益角度出發(fā)，空冷機(jī)組的節(jié)水效果更加明顯。
四、結(jié)論
首先，換熱端差主要由凝汽器表面的傳熱系數(shù)以及熱負(fù)荷決定。要減小熱耗，就必須減小換熱端差，須盡量保持冷卻設(shè)備的清潔，定時(shí)檢查其真空嚴(yán)密性。環(huán)境因素對(duì)空冷機(jī)組真空影響較大。環(huán)境溫度的變化會(huì)影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，尤其以夏季最明顯。此外，空冷機(jī)組節(jié)水效果明顯，但存在初投資大、供電煤耗高。如果在方案選擇上可以采用空冷、濕冷機(jī)組并列運(yùn)行可能會(huì)較為合理地對(duì)水資源進(jìn)行利用，同時(shí)還可能會(huì)充分發(fā)揮空冷機(jī)組越冬特點(diǎn)和常年運(yùn)行節(jié)水優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)這方面設(shè)想還需要再進(jìn)行研究求證。
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