火电厂间接空冷机组背压选择分析_陈琳

DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2013.s1.163

火电厂间接空冷机组背压选择分析

陈　琳１　郭　彦２

（）北京　１北京　１１中国核电工程有限公司总体所，００８４０；２国家知识产权局专利复审委员会，００１４２

合理选择设计背压能够正确指导汽轮机　　摘要　空冷机组背压是空冷机组设计的关键问题之一，选型，并给电厂带来效益最大化，介绍了１并进０００ＭＷ火电机组表凝式间接空冷机组的冷端设计，　行了优化分析，可为合理确定１０００ＭＷ机组间接空冷系统的设计背压提供依据。　

关键词　火电厂　表凝式间接空冷机组　汽轮机背压　优化设计

０　引言

水资源的日益匮乏，使得空冷机组在世界各国华北和东北缺水地区的火力发电厂以及我国西北、

并取得了良好的节水效果。本文得到了广泛应用，

对１０００ＭＷ火电机组表凝式间接空冷机组在我国　煤炭储存量大但水资源相对匮乏地区的设计进行了探讨。

间接空冷机组是由表面式凝汽器与空冷塔构成，该系统与常规的湿冷系统基本相仿，不同之处是不锈钢管凝汽器代替铜管凝用空冷塔代替湿冷塔、

汽器、除盐水代替循环水，以及用密闭式循环冷却水系统代替敞开式循环冷却水系统。

冷端系统设计、运行的好坏，是通过汽轮机背压直接反映的，而汽轮机背压不仅是冷端系统的综合指标，也是整个空冷装置运行优劣的集中体现，更是因此汽轮机背保证机组安全高效运行的关键所在，

压的选择对火电厂的安全性和经济性具有至关重要的意义。

１　间接空冷机组设计背压的确定原则

间接空冷机组的排汽温度等于设计气温、空有的文献冷塔的初始温差和凝汽器端温差之和，

中为方便与直接空冷系统比较，将空冷塔的初始温差ＩＴＤｔ和凝汽器端温差之和统称为间冷系统的初始温差，在饱和状态下，排汽温度与排汽压即机组背压）存在一一对应关系，因此要确力（

定机组背压就要逐一确定设计气温和间冷系统的初始温差。１．１　设计气温的确定

国内设计气温采用５℃加权平均气温法，即在

典型年的小时气温统计数据基础上从５℃开始直到最高值取其加权平均值为设计气温（５℃以下

。该方法是比较接近机组实际运行情按５℃计）

况的，表１是某工程的典型年逐时干球温度累积频率统计情况，采用５℃加权平均气温法计算，同时考虑适当裕度后将设计气温最终确定为１３．２℃。　

表１　典型年逐时干球温度累积频率统计

１．２　初始温差的确定１．２．１　选择初始温差的原则

本文所述对间接空冷系统初始温差（Ｉｎｉｔｉａｌ，的定义是汽轮机排汽ＴｅｍｅｒａｔｕｒｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅＩＴＤ）　ｐ

温度与大气环境温度的差值，ＩＴＤ值反映了间冷系统的散热能力和冷却系统的规模，表凝式间冷系统包括空冷塔、表面式凝汽器、循环水泵及管道等。影响Ｉ汽轮机低压缸选ＴＤ值的因素主要有环境气温、、择（主要是末级叶片长度）冷却系统总投资、汽轮机组投资差、运行费用、燃料价格和电价等。在设计条件下，对Ｉ既要考虑技术经济的合理ＴＤ值的优化，

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性，还要考虑实际情况。

若单纯考虑降低冷却系统投资，选取较大ＩＴＤ值，从而提高汽轮机背压，将使发电煤耗增加，降低电厂热效率，还可能存在机炉不匹配的问题，如选择较高背压则汽轮机末级叶片长度不宜过长；反之，若单纯考虑提高电厂热效率，取较小Ｉ降低排ＴＤ值，汽压力，将会增加冷却系统造价，增大电厂初始投资，如选择较低背压则汽轮机末级叶片长度不宜过短。因此ＩＴＤ值应根据整个冷端优化计算结果和工程实际情况选取一个最佳值，对ＩＴＤ进行优化以达到解决合理调配投资和运行经济性的矛盾，使综合经济效益最优。１．２．２　ＩＴＤ值的优化方法

国内外ＩＴＤ优化多采用年费用最小法和年发而在电力设计行业通常选用年费用最电费最小法，

小法作为工程项目经济评价法，冷却系统的投资费用主要包括间冷塔土建费、间冷散热器、凝汽器、管道、循环水泵等设备及施工安装费，根据汽机厂回复“不同低压缸末级叶片方案投资费用差别不意见：

，大”因此本优化暂不考虑此项投资差别，优化计算中将冷却系统总投资费按国家规定的投资回收率折运行费主要由不同方案机组的净发算成年度费用；

电量效益或耗煤费与循环水泵耗功组成。１．２．３　ＩＴＤ值对汽轮机设计的影响

空冷汽轮机与湿冷汽轮机设计最大的区别在低压缸部分，由于背压是汽轮机低压缸设计的重要参数，而低压缸的关键部件是末级叶片，因此合理的背压选择即间冷系统的ＩＴＤ取值与汽轮机末级叶片的选择是密不可分的。为了全面比较优化汽轮机低本文对１压缸选型和间冷系统的系统配置，０００　ＭＷ间冷机组采用８２０ｍｍ和９１０ｍｍ两种末级叶片进行ＩＴＤ及冷端优化设计。

对两种长度末级叶片方案进行冷端系统优化过程是先对每个末级叶片方案进行系统优化，再将优最终确定冷端综合优化方案。化结果进行比较，

图１、图２分别为８２０ｍｍ和９１０ｍｍ两种末级叶片在不同背压、ＩＴＤ条件下的机组热耗变化曲线。

从图１和图２可见，每个方案ＩＴＤ取值越小、汽轮机设计背压越低，机组热耗越小，其减小的幅度按背压的降低而变缓，这是因为ＩＴＤ

越小即背压越

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图１　

两种未级叶片方案背压与机组热耗关系曲线

图２　两种末级叶片方案ＩＴＤ值与机组热耗关系曲线

低，虽然排热量仍在减少，但减少幅度已经变小，而排汽流速增低背压时低压缸排汽容积流量将增加、

导致排汽损失相应增加，排汽损失的增幅却在加高、

大，当背压降到一定数值时，汽机排热量的降低与排汽损失的增加基本相当，再降低背压汽轮机热耗将不再减少，此时增加间冷系统配置以减小ＩＴＤ已无意义；反之，如Ｉ排汽量和排ＴＤ越大相应背压越高，汽焓均上升，排热量的增幅随背压的升高而增加。

因此ＩＴＤ取值以及主机背压的最终确定都应与汽轮机低压缸的选型密切配合、防止ＩＴＤ取值和背压偏离汽轮机低压缸合理的设计点，在实际运行汽轮机变工中导致汽轮机热耗及排热量变化较大，

况性能较差，这就是包括汽轮机低压缸、间冷系统在内的整个冷端优化的价值所在。

末级叶片长度为８２０ｍｍ方案的ＩＴＤ值优化结果见表２。

从表２可知，８２０ｍｍ叶片最优的ＩＴＤ值在同时考虑年总费用后确定优化方案３５．５～３６．５℃，

。的Ｉ背压＝１ＴＤ＝３６．２℃、２ｋＰａ

末级叶片长度为９１０ｍｍ方案的ＩＴＤ值优化结果见表３

。

表２　８２０ｍｍ叶片优化结果

背压ＩＴＤ

／ＫＰａ／℃

冷却

倍数／倍３５　

１０２．６　３

４０　４５　３５　

１１４．４　３

４０　４５　３５　

１２６．２　３

４０　４５　３５　

１３７．８　３

４０　４５　

迎面风速

／／ｍｓ２．１２　２．１１　２．１１　２．１１　２．０８７　２．０８７　２．０７８　２．０６５　２．０６４　２．０６５　２．０５７　２．０５９　

年固定

投资／万元３９６２　　３９３１　　４１５１　　３８８６　　３２７９　　３３１３　　３３６２　　２９９５　　３０１２　　２９６６　　３０５８　　３３０６　　

年运行

费用／万元２５５０　　２６２２　　２６９５　　２６４７　　２９３６　　２９８９　　２９７１　　３２１３　　３２８２　　３２４５　　３２７９　　３４００　　

年总费用

／万元６５１２　６５５３　６８４６　６５３３　６２１５　６３０２　６３３３　６２０８　６２９４　６２１１　６３３７　６７０６　

由表４可知，８２０ｍｍ叶片优化方案年总费用比９１０ｍｍ的高３０万元，９１０ｍｍ叶片经济性具有优势。２　１０００ＭＷ间接空冷系统设计背压的确定　

（）ＴＭＣ汽轮机最大连续功率）工况设计背１Ｒ（压。ＴＭＣＲ工况设计背压根据上述冷端优化结果，确定为１对应间冷系统Ｉ０ｋＰａＴＤ值为３２．６℃。（）Ｔ汽轮机铭牌功率）工况设计背压。汽２ＲＬ（轮机Ｔ是机组在ＴＭＣ达ＲＬ工况背压，Ｒ进汽量下，这既是衡量汽轮机性能到额定功率时的最高背压，

的重要技术指标之一，也是冷端设计的一个重要校核工况，即根据优化确定的冷端配置方案要满足夏季ＴＲＬ工况对背压的要求。

，根据优化结果主机夏季背压为２其对应６ｋＰａ的环境气温没有超过夏季２考虑机组夏季对出００ｈ，背压应留有适当余度，取２力的要求，８ｋＰａ为宜。

年总费用

／万元６６１８　６３１９　６６４９　６４２０　６１７８　６４４５　６５２２　６３１２　６４１２　６５９０　６４９２　６５８０　

表３　９１０ｍｍ叶片优化结果

背压ＩＴＤ

／ＫＰａ／℃

冷却

倍数／倍４０　

９０．５　３

４５　５０　４０　

１０２．６　３

４５　５０　４０　

１１４．４　３

４５　５０　４０　

６．２１２　３

４５　５０　

迎面风速

／／ｍｓ２．１５１　２．１５　２．１５１　２．１２　２．１１９　２．１１９　２．１　２．０８７　２．０４２　２．０８　２．０７　２．０９１　

年固定

投资／万元５０２５　　４７５６　　５０４９　　４１４５　　３９４７　　４１７７　　３５５１　　３４０２　　３２７３　　３０１２　　２９５１　　２６１８　　

年运行

费用／万元１５９３　　１５６３　　１６００　　２２７５　　２２３１　　２２６８　　２９７１　　２９１０　　３１３９　　３５７８　　３５４１　　３９６２　　

（）阻塞背压工况。阻塞背压首先是由汽轮机３

本身特点确定的，设计背压确定了末级叶片高度和排汽面积，同时也确定了阻塞背压。

间冷系统最低运行背压由防冻因素确定，即按冬季间冷塔防冻运行需要维持的最低冷却水温所对应的计算背压。空冷机组大多位于寒冷地区，根据经验确定在冬季防冻控制水温条件下的间冷系统运，在较长的低气温时段里，当有行背压为７～８ｋＰａ可靠的防冻措施和经验条件下，机组也可以在最低运行背压下运行以提高机组热效率。

目前国内外尚无１０００ＭＷ机组间冷系统业　绩，由于机组容量、设计气温等的差异，会导致优化但相似条件项目的方案的ＩＴＤ值和背压不尽相同，本文特将主要结论参数与国内ＩＴＤ相差不会太大，部分已建或在建的６００ＭＷ项目间冷系统ＩＴＤ值等数据进行了对比，见表５。

表５　不同电厂间冷系统设计参数比较

项目机组容量／ＭＷ　机组型式冷却方式设计气温／℃设计背压／ｋＰａ　／℃设计ＩＴＤ夏季气温／℃夏季背压／ｋＰａ　

本文结果１０００　　超临界表凝间冷１３　１０　３２．６３０．５　２６　

Ａ电厂２Ｘ６６０　超临界表凝间冷１３．９　１１　约３３．７３１．４　２８　

Ｂ电厂２Ｘ６６０　超临界表凝间冷１５．７　１２　约３３．７３２．５　３０　

Ｃ电厂２Ｘ６６０超临界表凝间冷１１．８１０约３４２８．８２６

表４　８２０ｍｍ与９１０ｍｍ优化方案主要数据汇总

末级叶片

长度／ｍｍ８２０　９１０　

优化方案

／℃ＩＴＤ３６．２　３２．６　

背压／ｋＰａ１２　１０　

年总费用／万元

６２０８　６１７８　

对９１０ｍｍ叶片最优的ＩＴＤ值在　　从表３可知，

优化方案中Ｉ背压＝３２．５～３３．５℃，ＴＤ＝３２．６℃、。１０ｋＰａ

根据上述优化结果，两种末级叶片长度的优化方案汇总如表４所示。

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芬顿氧化—混凝处理煤化工废水生化出水试验研究

李志远　韩洪军

（）哈尔滨工业大学市政环境工程学院，哈尔滨　１５００９０

—混凝沉淀法处理煤化工废水二沉池出水，考察了Ｃ提出了适ｅｎｔｏｎＯＤ去除效果，　　摘要　采用Ｆ

２＋

／／宜的氧化反应条件。Ｈ２Ｏ投加量分别为２反应时间为０．Ｈ为ｅ４０ｍＬ和１８０ｍＬ，５ｈ，ｐｇｇ２和Ｆ

／最佳ｐ色度、挥发３。混凝阶段ＰＡＭ最佳投加量为２．５～３ｍＬ，Ｈ为７～８。试验结果表明，ＣＯＤ、ｇ酚、氨氮去除率分别为７出水Ｃ色度可达《污水综合排放标１．７４％、８９．８７％、７９．５５％和８．１６％，ＯＤ、

（）一级标准。准》ＧＢ８９７８—１９９６　

关键词　芬顿氧化　混凝　煤化工废水煤化工主要以煤为原料经过化学加工，使煤转化为气体、液体和固体燃料及化学品的过程。根据煤加工过程的不同，煤化工废水分为焦化废水、气化

１］

。废水和液化废水［

２］

。难降解的有机化合物的工业废水［

煤化工废水经生化处理后，废水中的大部分有机污染物以及氨氮、氰化物等被去除，但是出水中还存在少量难降解污染物，这些污染物的存在会导致生化出水的色度和ＣＯＤ不能达到国家排放因此需要进行深度标准以及废水回用的要求，处理。

目前，煤化工废水深度处理常用的方法有化学氧化法、电解法、吸附法和混凝法等。

煤化工行业耗水量巨大，并且废水的成分极其所含有机污染物包括酚类、多环芳香族化合物复杂，

及含氮、氧、硫的杂环化合物等，是一种典型的含有

）。中－荷研发计划项目（ｚｈｍｈｆｓ２０１１０１０ｇ

檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿

３　结论

参考文献

（）１１０００ＭＷ间接空冷机组的主机背压根据　设计气温由环境气象条件决设计气温和ＩＴＤ确定，定，ＩＴＤ应通过优化确定。

（）在本文前述的气象条件下，２１０００ＭＷ　间接空冷机组经过优化确定的主机背压为ＴＭ－

，ＣＲ工况设计背压：１０ｋＰａＩＴＤ＝３２．６℃；ＴＲＬ；工况设计背压：阻塞背压工况：７～２８ｋＰａ

。８ｋＰａ（）推荐方案与近年国内其他间冷电厂比３较，目前国内６００ＭＷ左右的机组间冷系统设计工况的Ｉ主要原因是多ＴＤ一般在３３～３４℃，数项目均为２采用国外设０１０年前开始建设，备，间冷系统投资偏高，导致优化ＩＴＤ值偏高，随着间冷设备实现国产化后，投资已有较大回落，故本文优化的Ｉ从横向比较看也ＴＤ值偏低，是合理。

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，（）：关于空冷机组背压选择问题．电力建设，１　高增宝．２００２２３４４１８～关于空冷电厂汽轮机运行特性的讨论．现代电力，２　张鸿坚．２００３，

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／ＬＴ５３３９—２００６火力发电厂水工设计规范３　Ｄ　

唐燕萍，陈建萍．直接空冷系统与表凝式和混合式空冷系统４　朱军，

（）：的比较，电力勘察设计，２００９，６３３～３５，４９

唐燕萍．空冷系统计算工况的选择．热力透平，５　陈祖茂，２００６，３５

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关于空冷机组容量、参数选择的若干意见．热力透平，６　陈祖茂．

（）：２００６，３５４２６３～２６８

发电厂空冷技术．北京：中国电力出版社，１９９２７　丁尔谋．

１００８４０北京市海淀区西三环北路１１７号中　　§通讯处：

国核电工程有限公司

电话：１８６１０５０６９７５：Ｅ－ｍａｉｌｔａｌｉｎ＠１６３．ｃｏｍｇ收稿日期：２０１２－１２－１７修回日期：２０１３－０１－１

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