梁 婧

（濟(jì)南熱電有限公司，濟(jì)南 250000）

復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)與直接空冷系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比較分析

梁 婧

（濟(jì)南熱電有限公司，濟(jì)南 250000）

通過對復(fù)合循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)工作原理的分析，在系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)、耗功量與性能指標(biāo)的分析基礎(chǔ)上得出機(jī)組汽輪機(jī)最佳真空。結(jié)合算例中機(jī)組所在地區(qū)的氣候條件，從理論上對復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)與算例中選擇的蒙東600MW直接空冷系統(tǒng)的做經(jīng)濟(jì)性比較。綜合分析復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性收益，進(jìn)一步證實復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的可行性，對空冷系統(tǒng)的研究和工程應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

發(fā)電功率增量；環(huán)境溫度；變工況；最佳真空

前言

近年來提出的復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)具有直冷系統(tǒng)的節(jié)水率，同時可實現(xiàn)接近于濕冷機(jī)組的真空。由于復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)真空不受外界環(huán)境與機(jī)組工況的約束，在系統(tǒng)設(shè)備配合下真空是可以人為大范圍調(diào)節(jié)的，這就相對于直接空冷系統(tǒng)大大的增強(qiáng)了環(huán)境適應(yīng)能力且很好的解決了“高溫難滿發(fā)”的難題［1］。本文以蒙東地區(qū)600MW直接空冷機(jī)組為例，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件在經(jīng)濟(jì)性上與復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)做詳細(xì)的比較。

1 復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)與直冷系統(tǒng)比較

圖1 直接空冷機(jī)組系統(tǒng)簡圖

圖2 復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)機(jī)組簡圖

如圖1、2中給出了直接空冷系統(tǒng)與復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的主要設(shè)備圖。復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)［2］其相對于直接空冷系統(tǒng)是在空冷散熱器與汽輪機(jī)凝汽器之間插入了由氨汽輪機(jī)與壓縮機(jī)并聯(lián)而成的系統(tǒng)，其運行方式主要取決于機(jī)組負(fù)荷與外界的環(huán)境溫度。通過氨汽輪機(jī)的運行，實現(xiàn)低溫時段排汽潛熱的利用，通過壓縮機(jī)的運行保證機(jī)組的高溫滿發(fā)與提高設(shè)備的利用率。

2 算例的氣候條件與系統(tǒng)真空的選取

圖3 蒙東地區(qū)典型年氣溫—小時分布

由于復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)與直冷系統(tǒng)設(shè)備的運行功率與外界環(huán)境溫度有直接的關(guān)系，對系統(tǒng)做經(jīng)濟(jì)性的分析需結(jié)合機(jī)組的氣候分布做計算。算例中氣候條件分布采用典型年氣溫—小時分布如圖3所示，結(jié)合機(jī)組的運行負(fù)荷變化，本文采用滿負(fù)荷加權(quán)小時數(shù)，全年加權(quán)小時數(shù)為5500h。

復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)在不同的外界環(huán)境溫度與負(fù)荷下，最佳真空的計算中選取采用了系統(tǒng)功率的增益函數(shù)［3］：

圖4 理論最佳背壓的變化曲線

式中，Pst—系統(tǒng)相對于直接空冷真空變化的發(fā)電功率增量，kW；Pat—復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)低溫時段潛熱利用氨汽輪機(jī)發(fā)電功率，kW；Pac—高溫時段壓縮機(jī)耗功率，kW；Pap—氨泵的功率，kW。在機(jī)組負(fù)荷與環(huán)境溫度為定量時，不同真空值對應(yīng)有不同的增益函數(shù)Y值，其中Y為最大值時對于的真空值為系統(tǒng)的運行最佳真空，計算結(jié)果如圖4所示。

3 空冷系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比較預(yù)測分析

根據(jù)上述計算的復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的最佳真空結(jié)果，在系統(tǒng)的實際運行假定系統(tǒng)始終按照最佳真空方式運行，通過計算來分析其高溫時段與低溫時段的產(chǎn)耗功相比較于直接空冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。計算以機(jī)組滿負(fù)荷運行為例，結(jié)合不同溫度分布的加權(quán)小時數(shù)可以得出每一溫度點對于的功量：Qst（低溫時段Qst，1和高溫時段Qst，2的和）、Qat、Qac、Qap，可定量的對系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性做出分析。

3.1 低溫時段系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比較

由圖4可知在低于-2℃時，最佳真空為4kPa（在最佳真空的計算中，真空取值從機(jī)組設(shè)計的極限背壓4kPa開始取值），算例中直接空冷系統(tǒng)額定背壓為15kPa。復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)相對于直接空冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性收益［4］有兩部分：（1）由于背壓的降低汽輪機(jī)發(fā)電增量Qst，1定義為復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)內(nèi)收益；（2）對低溫潛熱利用的氨汽輪機(jī)的發(fā)電功率Qat定義為復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的外收益。算例中溫度低于-2℃的加權(quán)小時數(shù)為2409.7h，機(jī)組由于真空的變化汽輪機(jī)發(fā)電功率增量為10129kW，由此可得到復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)在低溫時段機(jī)組內(nèi)收益為：

結(jié)合氨汽輪機(jī)功率與溫度—小時分布情況可以得到系統(tǒng)的外收益如圖5所示。低溫時段氨氣輪機(jī)累計產(chǎn)電量為：

按算例中直接空冷機(jī)組的額定工況計算，可以得出直接空冷系統(tǒng)全年的發(fā)電量為3.33×1010kW.h，由此可得：（2.44108+9.78×108）/3.33×1010=3.67%，可以看出復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)中的氨汽輪機(jī)內(nèi)收益與汽輪機(jī)組發(fā)電外收益對電站整個系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性有一個很大的提高。

圖5 低溫時段溫度—小時累計發(fā)電量

圖6 高溫時段溫度—小時累計耗功量

3.2 高溫時段系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的比較

復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)在滿負(fù)荷時，由圖4可知當(dāng)外界溫度大于-2℃時為最佳真空運行方式的高溫時段，系統(tǒng)由氨汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為壓縮機(jī)的運行。隨著環(huán)境溫度的升高，系統(tǒng)的最佳真空也增大，當(dāng)環(huán)境溫度為13℃最佳真空值是10.5kPa時，系統(tǒng)相對于算例中直接空冷系統(tǒng)的收益為零，即此時壓縮機(jī)的功率等于系統(tǒng)相對于直冷系統(tǒng)由于背壓下降汽輪機(jī)功率的增量。當(dāng)環(huán)境溫度大于13℃時，采用最佳真空運行方式由于壓縮機(jī)的功量的增加與最佳真空的變大，復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的運行出現(xiàn)負(fù)收益階段。結(jié)合圖4中的給出的數(shù)據(jù)點，計算負(fù)收益階段復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)壓縮機(jī)小時累計耗功量如圖6所示。高溫時段壓縮機(jī)耗功Qac結(jié)合對應(yīng)小時數(shù)計算結(jié)果：

高溫時段系統(tǒng)采取最佳真空方式運行與直接空冷系統(tǒng)汽輪機(jī)發(fā)電功率增量計算中，直接空冷系統(tǒng)的額定背壓為15kPa，復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)背壓結(jié)合圖4中計算結(jié)果［5］，結(jié)合氣溫—小時分布圖可得：

由于此處的直接空冷系統(tǒng)選取的背壓為額定背壓，而在高溫時段直接空冷系統(tǒng)的運行保持額定背壓是很難實現(xiàn)的，因此實際汽輪機(jī)發(fā)電功率增量要大于公式（5）中結(jié)果，這里的計算結(jié)果為復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)相對于直接空冷系統(tǒng)的發(fā)電功量負(fù)收益的一個極限。

3.3 全年系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性比較

上面對復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)與直接空冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性在高溫時段與低溫時段做了詳細(xì)的比較計算。計算的溫度選取區(qū)間只考慮了收益性較明顯的低溫時段與高溫時段的系統(tǒng)負(fù)收益區(qū)，對高溫時段的經(jīng)濟(jì)性正收益階段此處不做考慮［6］。接下來對全年的經(jīng)濟(jì)性收益做計算：

結(jié)合直接空冷系統(tǒng)額定工況全年發(fā)電量可得7.97×108/3.33×1010=2.39%，計算表明復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)相對于直接空冷系統(tǒng)的全年經(jīng)濟(jì)性收益還是比較可觀的。

4 結(jié)論

本文以蒙東600MW直接空冷系統(tǒng)為例，結(jié)合算例中氣候條件與復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性做了詳細(xì)的分析：

1）復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)在低溫時段運行相對于直接空冷系統(tǒng)的收益是比較明顯的，可以分為汽輪機(jī)發(fā)電功率增量的內(nèi)收益與排汽低溫潛熱利用的外收益，且內(nèi)外收益之和相對于直冷機(jī)組全年發(fā)電量可達(dá)3.67%，對電站系統(tǒng)總效率都是一個很大的提高。

2）復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)在高溫時段的運行相對于直接空冷系統(tǒng)額定背壓15kPa在經(jīng)濟(jì)性收益方面存在負(fù)收益，但是綜合復(fù)合循環(huán)空冷系統(tǒng)全年時段的運行在經(jīng)濟(jì)性上相對于直接空冷機(jī)組全年發(fā)電量可達(dá)2.39%，在解決目前空冷機(jī)組普遍存在的問題的同時還是有很好的經(jīng)濟(jì)性收益。

［1］高增寶，柴靖宇.關(guān)于空冷機(jī)組在夏季炎熱期滿發(fā)的問題［J］.電力建設(shè)，1998，（9）：28～31.

［2］楊善讓，徐志明，王恭等.蒸汽動力循環(huán)耦合正、逆制冷循環(huán)的電站空冷系統(tǒng)［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2006，26（23）：61～66.

［3］趙洪濱，曹嶺.直接空冷凝汽器理論最佳背壓的研究［J］.工程熱物理學(xué)報，2009，30（11）：1834～1836.

［4］楊善讓，陳立軍，郭曉克等.環(huán)境低溫條件下汽輪機(jī)排汽潛熱的利用新方法［J］.吉林大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2009，39（1）：150～153.

［5］曹麗華，金建國，李勇.背壓變化對汽輪發(fā)電機(jī)組電功率影響的計算方法研究［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2009，48（1）：11～13.

［6］陳立軍，蒸汽動力循環(huán)耦合正、逆制冷循環(huán)的電站空冷系統(tǒng)理論與評價研究［D］.河北：華北電力大學(xué)，2010.

Based on the composite-cycle air-cooling system works and analysis of the system equipment production，consumption work and performance indicators，derived turbine optimal vacuum of units.Combining the climatic conditions of the unit in example，make the econom ic theory comparison between composite-cycle air-cooling system and Mondon 600MW direct air-cooling system.Comprehensive analysis the econom ic benef ts of the composite-cycle aircooling system，which could provide guiding signif cance for research and engineering applications of air-cooling system，also further conf rm the feasibility of composite-cycle air-cooling system.

Power generation increment； Ambient temperature； Variable working conditions； Optimal vacuum