循环水系统优化改造研究报告

盘县电厂循环水系统配水优化设计项目(50-F02942C8/E8S)设计方案论证报告(征求意见稿)二O一五年十二月成都盘县电厂循环水系统配水优化设计项目(50-F02942C8/E8S)设计方案论证报告批准：审核：校核：编写：盘县电厂循环水系统配水优化设计项目(50-F02942C8/E8S)设计方案论证报告目录1．前言2．新1#机组循环水系统及设备情况3．冬季气象条件的选择4．停运3段机力塔对循泵工作点的影响5．设计方案的拟定6．改造方案对机组运行的影响7．不同方案技术经济比较8、结论31前言盘县电厂始建于上个世纪九十年代前期，原有装机5×200MW超高压燃煤机组。新1#机组系拆除原1#、2#（2×200MW）机组的基础上，新建一台660MW超临界燃煤机组。新1#机组循环系统利用老厂1#、2#机组二座3500m2自然通风冷却塔，同时新建3段Ф9.14m的机械通风冷却塔，配二台循环水泵。新1#机组已于2013年建成投产。由于老厂1#、2#机组二座3500m2自然通风冷却塔采用槽式配水系统，新1#机组改建时，仍沿用了槽式配水系统，即自然塔进水量当超过最大设计流量时，冷却塔会出现溢流。根据业主2015年11月5日委托书及11月27日传真要求，本次循环水系统配水优化任务为：“在冬季气温较低，机组满负荷情况下，停运3段机械通风冷却塔，使循环水全部经过两座自然通风冷却塔均匀冷却，且配水槽不溢水。夏季气温较高时，根据实际情况调整机力塔运行”。设计工况按机组纯凝工况考虑。2、新1#机组循环水系统及设备情况2.1主机凝汽量参数THA工况凝汽量1180.001t/h(含小汽机);TMCR工况凝汽量1262.185t/h(含小汽机)；TRL工况凝汽量1271.921t/h(含小汽机)。2.2循环水系统新1#机组1×660MW配2台循环水泵，2座3500m2自然通风冷却塔，43段Ф9.14m的机械通风冷却塔，凝汽器面积39400m2，冷却倍数为THA工况55倍，循环水干管管径DN3000，到1#自然塔循环水管管径为DN2000，至2#自然塔及机力塔循环水总管管径为DN2600，至3段Ф9.14m的机械通风冷却塔循环水主管管径为DN1600。循环水系统图如下图所示：562.3循环水量循环冷却水需水量按设计工况凝汽量（含小汽机）1180.001t/h，冷却倍率按m=55倍计，1×660MW机组冷却水量见下表2.3－1：表2.3－1机组循环水量表机组容量1×660MW备注循环水量（m3/h）64900Dk=1180.001t/hm=55辅机水量（m3/h）2390总水量（m3/h）67290其中上塔循环水量为67100m3/h（18.64m3/s），其中供至2座3500m2自然塔的水量按原塔的水量计算，即2×26640m3/h（2×7.4m3/s），3座Ф9.14m的机械通风冷却塔，总进塔水量为13820m3/h，每段塔的流量为4606m3/h（1.28m3/s）。2.4循环水泵新1#机组配2台荏原博泵生产的循环水泵，循泵型号2200VZNM型，设计工作点：Q=9.4m3/sH=20m，n=370rpm，配电机YKSL2400-16/1660N=2400kwV=6000v。该循泵工作曲线如下图示：782.5凝汽器参数序号项目单位数据1凝汽器的总有效面积m2394002抽空气区的有效面积m223643流程数/壳体数1/24TMCR工况循环水带走的净热kJ/s760767.45传热系数W/m2.℃3103.1/3204.66循环水流量m3/s18.0557管束内循环水最高流速m/s≤2.38冷却管内设计流速m/s2.29清洁系数0.8510TMCR工况循环水温升℃10.0611凝结水过冷度℃≤0.512凝汽器设计端差℃4.50/4.3013管子总水阻kPa7514凝汽器汽阻kPa0.115循环倍率(TMCR工况)51.516管束顶部外围部分材料TP30417管束顶部外围部分数量218218管束顶部外围部分直径、壁厚mmφ25×0.719管束主凝汽器区材料TP30420管束主凝汽器区数量3276421管束主凝汽器直径、壁厚mmφ25×0.522管束空气抽出区材料TP30423管束空气抽出区数量145424管束空气抽出区直径、壁厚mmφ25×0.725管束有效长度、总长m13.77/13.8893冬季气象条件的选择盘县电厂多年逐月气象特征值见表3-1。盘县气象站多年逐月气象特征值表表3-1月份项目123456789101112平均气压(hpa)849.4847.8846.5845.6845.0843.3842.9844.7848.3851.3851.8851.1平均气温(0C)6.48.313.017.119.620.921.821.219.015.611.77.9平均相对湿度(%)787467677279818281828079根据以上气象条件，本次优化以1~3月及11~12月共5个月作为冬季考虑。4、停运3段机力塔对循泵工作点的影响原设计二台循泵工作，二座自然塔及3段机力塔同时投运时，循泵设计工作点Q=9.4m3/sH=20m。当3段机力塔全部停运后，循环水量全部进入二座自然塔，水力阻力增大，水泵出力有所减少。由于机力塔与2#自然塔进水共用一根DN2600循环水管，机力塔停运后，原设计进入机力塔的水大部分进入2#自然塔，使二座自然塔进水量出现严重的不均衡，1#自然塔进水量增加约12%，2#自然塔进水增加38.2%。因此，为保证二座自然塔配水的均衡，应通过减小2#塔进水阀门的开度，来减少2#自然塔的进水量，使二座自然塔的进水量基本相当。此时，管道阻力进一步增加，水泵扬程增加约0.71m，二台循环水泵出水量总计约17.83m3/s，比原设计出水量减少约5.16%，10冷却倍率由THA工况55倍变为52.07倍，水泵效率降低约1%，此时，每座自然塔的进水量约8.915m3/s。此流量已超过自然塔设计进水量7.4m3/s的20.5%，因此，必然出现溢流。5、设计方案的拟定为实现优化任务，有二条基本思路，第一条是通过对冷却塔配水系统的改造，增大自然冷却塔设计进水量。第二条路线是通过循环水泵改造，如采用双速电机或变频等，在冬季气温较低时，通过造当减少循环水量，实现停运机力塔情况下的满发要求。5.1增大自然塔进水量的改造对于增大自然塔设计进水量的思路，初步考虑二种方案：第一是将槽式配水系统改为管式配水系统，通过提高竖井水位来增大喷头出水量，从而实现增大进水量的目的，这种方式需对整个配水系统进行改造，工程量及投资较大，施工工期较长。第二个方案是配水方式及配水槽均不变，通过增大喷头口径来增加出水量，这种方式工程量最小，投资也最低，但需考虑夏季在机力塔启用进水量减少时是否存在配水不均问题。计算结果表面，按进水量8.915m3/s增大喷咀直径后，当夏季水量减少至原设计水量7.4m3/时，配水槽内水深不满足6倍喷咀直径的规范要求，塔内配水出现不均匀配水，影响冷却效果。5.2循泵双速电机改造新1#机组（1×660MW）配2台荏原博泵生产的循环水泵，循泵型号2200VZNM型，配电机YKSL2400-16/1660N=2400kwn=370rpm11V=6000v。双速电机改造即将原电机转速370rpm改为双速370/330rpm。根据水泵工作曲线，改为双速后，当二台循泵低速运行时，循泵扬程约17m，总循环水量约53550m3/h，其中上塔总水量约52960m3/h，平均分配到每座自然塔的水量约26480m3/h(7.356m3/s)，进入凝汽器冷却水量约51160m3/h，冷却倍率约43.36（THA工况）。当二台循泵一台高速一台低速运行时，循泵扬程约18.5m，总循环水量约58050m3/h(其中高速泵出水量约36000m3/h，低速泵出水量约22050m3/h)，其中上塔总水量约57460m3/h，平均分配到每座自然塔的水量约28730m3/h(7.98m3/s)，进入凝汽器冷却水量约55660m3/h，冷却倍率约47.17（THA工况）。由于二台循泵一台高速一台低速运行时，平均分配到每座自然塔的水量约7.98m3/s仍然大于原设计流量7.4m3/s，因此，应对二台循泵都进行双速改造。6改造方案对机组运行的影响对于自然通风冷却塔设计，淋水密度通常在7~8m3/h.m2，本工程二座自然塔原设计淋水密度约为7.61m3/h.m2，如采用增大自然塔进水量的方案，二泵循泵高速运行，每座自然塔进水量达8.915m3/s，淋水密度达9.17m3/h.m2。淋水密度增大，风阻增大，在冷却塔塔型不变的情况下，冷却塔进风量会有所减少，导致冷效降低，也就是说，在塔面积一定的情况下，增加水量所带来的机组微增收益是有限的，同时，增加水量还带来循泵电耗的增加。12通过循泵双速改造后，采用2台循泵低速运行时，循环水量与2座自然塔的设计进水量相当，冷却塔处于正常设计状态，冷却效果好，同时循泵因低速运行而降低了功率。计算结果表明，循泵双速电机改造后，2台循泵不管是一高一低运行还是2台低速运行，机组背压均低于设计背压5.7kpa。采用2台循泵低速运行时，冬季1~3月及11~12月5个月平均背压约5.25kpa，仅比2台循泵高速运行（采用增大自然塔进水量的方案）平均背压5.10高约0.15kpa，机组微增功率从2713kw减少至2017kw，减少约696kw，但循泵耗电却从工作出发4138kw减少至2833kw，减少了1305kw。综合比较，2台低速运行比2台高速运行节省运行电耗约609kw，冬季5个月运行小时数按2300h，成本电价按0.19元/度计算，一个冬季节省运行费用约26.6万元/冬季。因此，从运行来看，2台循泵低速运行更经济。不同方案对机组运行的影响分析见表6-1。13表6-1不同方案对机组运行的影响分析表改造方案月份冷却倍率冬季平均背压(kpa)微增功率(kw)循泵耗电(kw)合计(kw)二台高速运行(增大自然塔进水方案)152.075.102713-4138-1425252.07352.071152.071252.07一高一低运行（双速改造方案）147.175.172441-3342-901247.17347.171147.171247.17二台低速运行(双速改造方案)143.365.252017-2833-816243.36343.361143.361243.367、不同方案技术经济比较7.1方案比较原则（1）经济比较以1×660MW机组为冬季年费用比较，冬季年费用包括年固定费用及年运行费用二部分。（2）冬季按1~3月及11~12月考虑，冬季利用小时数按年利用小时5500h平均分摊计算，约2300h。7.2基本技术经济参数·投资回收率：8％·经济使用年限：20年·成本电价：0.19元/kW·h·年固定费用率Sn：0.10197.3技术经济比较结果循泵耗电按成本电价计算，微增收益按成本电价的80%计算，比较结果见表表7-1。14表7-1不同改造方案技术经济比较结果表项目增大自然塔进水量改造双速电机改造管式配水增大喷咀1高1低运行2台低速运行土建投资（万元）500000设备及材料投资（万元）550303060固定投资（万元）1050303060固定年费用（万元/年）1073.063.066.12微增功率(kw)2713271324412017微增收益(万元/冬季)-94.85-94.85-85.34-70.71循泵电耗（kw）4138413833422833循泵运行费用等（万元/冬季）180.83180.83146.05123.80运行费用等（万元/冬季）85.9885.9860.7153.09总年费用合计（万元/冬季）202.9899.0463.7759.21注：表中投资估算仅用于方案比较。从表7-1可以看出：双速电机改造方案经济性明显优于增大自然塔进水的改造方案。由于双速电机改造方案中，2台循泵1高1低运行方式其出水量仍然超过原自然塔设计进水量，而2台低速运行循环水量与自然塔设计