1、38http:/电 力 勘 测 设 计第7期DOI：10.13500/j.dlkcsj.issn1671-9913.2023.07.008燃气蒸汽联合电厂冷却塔选型配置研究吴颖文，廖 骏，汪 彪，李建伟，曾 华(中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，四川 成都 610021)摘要：冷却塔塔型的合理选择是电厂安全可靠、经济高效运行的重要保证。以某1470MW 级燃气蒸汽联合电厂为例，首先针对带机械通风冷却塔的二次循环供水系统进行优化分析计算，然后采用“冷效相同”原则，对本工程循环水系统采用不同塔型的方案进行技术经济比较。关键词：燃气蒸汽联合循环电厂；循环水系统优化；机械通风冷却塔；自然通风
2、冷却塔中图分类号：TM621 文献标志码：A 文章编号：1671-9913(2023)07-38-04Research on Choice of Cooling Tower in Combined-Cycle Power PlantWUYingwen,LIAOJun,WANGBiao,LIJianwei,ZENGHua(Southwest Electric Power Design Institute Co.,Ltd.of China Power Engineering Consulting Group,Chengdu 610021,China)Abstract:Reasonableselec
3、tionofcoolingtowertypeisanimportantguaranteeforsafe,reliable,economicalandefficientoperationofpowerplant.Taking1470MWcombined-cyclepowerplantasanexample,thefirstforsecondarycirculatingwatersystemwithmechanicallyvntilatedcoolingtowerisoptimizedanalysisandcalculation,andthentheprincipleofsamecoolingef
4、fectisadopted,thisprojectschemeofcirculatingwatersystemwithdifferenttowertypetechnicalandeconomiccomparison,theselectionofgasturbinepowerplantcoolingtowersisofgreatsignificance.Keywords:combined-cyclepowerplant;optimizationforcirculatingwatersystem;mechanicallyvntilatedcoolingtower;naturaldraftcooli
5、ngtower*收稿日期：2021-11-22 第一作者简介：吴颖文(1991)，女，工程师，主要从事火力发电厂水工设计工作。0 引言近年来，节能减排已成为火力发电厂可持续发展的重要途径。燃气蒸汽联合循环电厂因整体循环效率高，对环境污染小、调峰性能好、建厂周期短、投产快、占地少、耗水量少、自动化程度高、厂用电率低等优点得到快速发展。循环水系统优化是火力发电厂水工设计的核心之一。其中，冷却塔的选型配置更是循环水系统优化中的重要组成部分。本文在保证满足汽机热力性能要求的前提下，对自然通风冷却塔和机械通风冷却塔在燃机电厂中应用的技术、经济条件进行研究。1 燃气蒸汽联合循环机组的分类1.1 调峰机组由
6、于用电负荷波动大。在用电高峰时，电网往往超负荷。此时需投入调峰机组以满足需求。调峰机组要求启动和停止方便快捷，年利39燃气蒸汽联合电厂冷却塔选型配置研究http:/ 火力发电 第7期 用小时数较低。调峰电厂多采用纯凝机组，循环水系统以纯凝工况作为设计工况进行优化。1.2 热电联产机组热电联产机组既生产电能，又利用汽轮发电机产生的蒸汽对用户供热。热电联产具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。热电联产机组一般采用抽凝机组或抽凝机+背压机组。DL/T 53392018 火力发电厂水工设计规范1 4.2.2 规定，供热机组的冷却水量按最小热负荷时的凝汽量计算。2 项目概况本文以
7、某 1470 MW 级燃气蒸汽联合循环热电联产机组为例。该工程位于西南地区某工业园区，园区附近为农田，无去工业化需求，天然地基。1台燃气轮发电机组配1台余热锅炉，和 1 台抽凝式蒸汽轮发电机组。最小供热工况(燃机满负荷运行，机组对外供热 157 t/h，年平均气象条件见表 1 所列)，凝汽量为 272.4 t/h。表1 冷端优化年平均基本气象参数干球温度/相对湿度/%大气压力/hPa18.481988.73 循环水系统配置计算循环水系统优化，可首先确定一种塔型进行优化，根据优化的结果采用冷效相当的原则，与出塔水温相同的另一塔型进行比较。该方法较为便捷清晰，经济比较仅用对比冷却塔(含风机)和循泵
8、费用。3.1 机械通风冷却塔参数结合项目情况，本次优化计算拟按配置 5 段、6 段、7 段、8 段逆流式机械通风冷却塔。主要参数见表 2 所列。表2 机械通风冷却塔主要参数塔平面尺寸 /(mm)进风口高度/m风机平台高度/m风机电机直径/m风机电机功率/kW20.420.44.613.5 10.062503.2 凝汽器参数根据本工程水质条件，凝汽器管材采用304 不锈钢，为双流程单背压表面式管凝汽器。根据主厂房布置条件，凝汽器面积为 13 500 m2。3.3 冷却倍率参数本项目为热电联产机组，拟以最小供热工况作为优化设计工况，其循环水倍率以此工况计算，兼顾纯凝设计工况，初步拟定 90、100
9、、110 倍三个冷却倍率进行配置比较计算。3.4 基本技术经济参数根据本工程汽轮发电机组的技术经济条件，计算各备选方案采取的基本技术经济参数(预测值)为：机组运行小时数：8 000 h凝汽器单位面积价格：700 元/m2冷却塔造价(土建)：220 万元/段塔冷却塔造价(设备)：80 万元/段塔成本电价：0.292 元/kWh(成本电价)冷却塔大修费率：2%占地费用：120 元/m2投资回收率：8经济使用年限：20 a微增功率收益电价折减系数：0.903.5 优化计算中的限制条件凝汽器按单背压双流程配置，其冷却管长度不超过 8 m；凝汽器计算端差小于 2.8按2.8取值。3.6 优化计算方法优化
10、计算技术经济评价方法采用年费用最小法。即将建设项目多种可能实施的方案，以每种方案的一次性投资，与此方案实施后在预测到的经济服务年限内逐年支付的运行费用，按动态经济规律将投资与运行费用均换算到指定年(投产年)，再在经济服务年限内等额均摊，最终比较各方案的年均摊值，取年费用最小的方案作为最优方案。年费用最小法之年费用的计算式为：NF PSn+U(1)其中：年固定费用率 Sn()()1=10.19%11iiinn+-40http:/电 力 勘 测 设 计第7期式中：NF 为使用期内等额年费用(拉平到经济使用年限 n 年内)；P 为工程投资；Sn为年固定费用率；U 为年运行费用；i 为投资回收率，8；
11、N 为经济使用年限，n=20 a；U=循环水泵年耗电费-年微增功率收益大修理费。年费用的计算包括年固定费用及年运行费用。其中，年固定费用为参加优化的所有项目的总投资乘以年固定费用率的值；年运行费用包括循环水泵年运行电费、年微增功率收益、大修理费。根据以上资料，对不同主机凝汽器面积、冷却倍率、冷却塔段数、循环水泵等配置进行方案组合，通过计算可以得到各方案的年费用。通过对各方案的排序和比较，获得最佳方案。3.7 优化方案根据上述原始数据和拟定的计算方案及技术参数进行计算，最小供热工况优化方案符合所有技术条件及约束条件的计算结果见表 3 所列。表3 最小供热工况优化方案年费用表排名冷却塔段数冷却倍率
12、年均水温/年均背压/kPa年费用/万元159026.68 5.76 668.93 269024.86 5.21 684.97 3510027.25 5.75 709.86 4610025.37 5.18 724.75 579023.51 4.83 747.28 6511027.76 5.76 759.18 7611025.83 5.18 772.50 8710023.97 4.79 788.50 989022.48 4.55 822.81 10711024.38 4.77 836.30 11810022.89 4.51 863.79 12811023.27 4.48 911.46 根据上述计算
13、分析，最小供热工况下，5 段机械通风冷却塔，循环水倍率为 90 倍时，年费用最低。4 方案比较4.1 冷却塔塔型方案根据上述推荐的机械通风冷却塔的配置，对冷效相当的机械通风冷却塔与自然通风冷却塔进行技术经济比较。在最小供热工况，循环水倍率为 90 倍、出塔水温为 26.68的条件下，拟定各种塔型方案的具体配置进行最终的技术经济比较。根据自然通风冷却塔的热力技术，最小供热工况，循环水倍率为 90 倍时，与机械通风冷却塔冷效相当的自然通风冷却塔为淋水面积为3 500 m2，出塔水温为 26.68。自然通风冷却塔的主要尺寸见表 4 所列。表4 自然通风冷却塔主要参数塔高/m塔零米处直径/m进风口高度
14、/m有效抽风高度/m进风口1/2处直径/m供水高度/m9074.05.884.269.8104.2 自然通风冷却塔基本技术经济参数根据本工程汽轮发电机组的技术经济条件，自然基本技术经济参数(预测值)为：自然通风冷却塔造价(土建)：6 000 元/m2自然通风冷却塔造价(填料)：600 元/m2自然通风冷却塔大修费率：2%占地费用：8 万元/亩(1 亩=666.67m2)4.3 技术经济比较由于出塔水温相同，经济比较不考虑微增功率收益，最小供热工况自然通风冷却塔和机械通风冷却塔经济比较见表 5 所列。表5 机械通风冷却塔与自然通风冷却塔经济比较表项 目机械塔自然塔冷却塔土建费用/万元1 1002
15、 100冷却塔设备费用/万元400210占地费用/万元25 42 冷却塔总投资合计/万元1 525 2 352 冷却塔折算年费用/万元155.32239.55大修费用/(万元/a)53.3747.04循环水泵总运行功率/kW1 4981 592循环水泵运行电费/(万元/a)279.79297.49风机总功率/kW1 0500风机电费/(万元/a)196.320运行费用合计/(万元/a)529.48344.53总年费用合计/(万元/a)684.80 584.08 41燃气蒸汽联合电厂冷却塔选型配置研究http:/ 火力发电 第7期 从经济比较表看，本工程自然通风冷却塔的年费用低于机械通风冷却塔，
16、经济比较上占优势，但是存在初投资高的问题。本工程机械通风冷却塔运行小时数 8 000 h。经核算，当本工程运行小时数降为 3 700 h 时，机械通风冷却塔与自然通风冷却塔年费用相当。此外，成本电价也是影响运行费用的关键，当运行小时数为 2 500 h，考虑在未来的发展中，燃料价格进一步上涨，当成本电价上涨为 0.45 元/kWh 时，年费用相当。本工程场地地质条件较好，构筑物采用天然地基，故地基处理费用差在此处不作考虑。一般情况下，机械通风塔由于其筏板结构的基础对地基的要求较低，地基处理费用低。以本工程为例，当自然通风塔地基处理费用比机力塔高 100 万元时，二者的总年费用基本持平。从技术上看，与机械通风冷却塔相比，自然通风冷却塔有运行费用较低、维护方便、噪音相对较小等优势；但也有占地面积较大，施工周期较长，与施工周期相对较短的燃机项目不易协调，对于处于工业园区内的电厂，去工业化设计较为困难等不利因素，且热电联产项目，机组的负荷变化较大，自然塔相对于机力塔，运行的灵活性较差。考虑本工程无去工业化需要，且热负荷稳定，选取年费用最小方案，综上所述，工程推荐自然通风冷却塔。5 结语 燃气联
