生物質(zhì)能發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)冷卻塔的選擇

1、 給水排水Vol 136No 18201065生物質(zhì)能發(fā)電廠循環(huán)水系統(tǒng)冷卻塔的選擇韓強(qiáng)1徐薇2徐士倩1(1山東電力工程咨詢?cè)河邢薰? 濟(jì)南250014; 2濟(jì)南市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司, 濟(jì)南250101摘要以工程實(shí)踐為基礎(chǔ), 從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、發(fā)電成本和水量損失幾個(gè)方面, 對(duì)采用機(jī)械通風(fēng)冷卻塔與逆流式自然通風(fēng)冷卻塔的生物質(zhì)能發(fā)電廠循環(huán)水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了比較, 分析結(jié)果表明機(jī)械通風(fēng)冷卻塔與自然通風(fēng)冷卻塔相比具有占地面積小、運(yùn)行靈活、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn), 更適合在生物質(zhì)能發(fā)電廠中采用。關(guān)鍵詞機(jī)械通風(fēng)冷卻塔自然通風(fēng)冷卻塔生物質(zhì)能發(fā)電循環(huán)水冷卻系統(tǒng)生物質(zhì)能發(fā)電廠, 俗稱秸稈電廠, 是利用麥稈、玉米

2、稈、棉花桿、樹枝等可再生物質(zhì)作為能源的一種新型電廠。我國有豐富的秸稈資源, 但是每年只有一小部分得到利用, 大部分被直接燒掉, 秸稈電廠, , 1×25MW 機(jī)組。, 減小占地面積及降低。電廠水工設(shè)計(jì)的核心部分是循環(huán)水冷卻系統(tǒng), 采用二次循環(huán)的水冷發(fā)電廠主要有兩種冷卻方式, 一是采用傳統(tǒng)的逆流式自然通風(fēng)冷卻塔(簡(jiǎn)稱自然塔 , 二是采用機(jī)械通風(fēng)冷卻塔(簡(jiǎn)稱機(jī)力塔 。下面就以2個(gè)秸稈電廠A 廠和B 廠為例來比較兩種冷卻塔的優(yōu)劣。1循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較1. 1采用自然塔的循環(huán)水系統(tǒng)A 廠位于魯西南的南部, 機(jī)組容量為1×25MW 。廠址所在地的全年平均氣象條件為:累年平均氣溫14.

3、 1, 累年平均相對(duì)濕度72%, 累年平均氣壓1012. 0hPa , 累年年平均降水量670. 2mm , 累年平均蒸發(fā)量1926. 8mm 。夏季頻率為10%的氣象條件為:氣壓992. 0h Pa , 干球溫度31. 9, 濕球溫度26. 9, 相對(duì)濕度66%。循環(huán)水冷卻采用自然塔, 選用1座淋水面積1200m 2的冷卻塔, 靠近汽機(jī)房布置。經(jīng)冷卻塔冷卻后的循環(huán)水經(jīng)1條1m ×1. 8m 鋼筋混凝土暗溝流至循環(huán)水泵吸水井, 選用2臺(tái)50%流量的循環(huán)水泵, 循環(huán)水冷卻凝汽器后, 1條D N 1200。電動(dòng)自然通風(fēng)冷卻塔回水溝循環(huán)水泵。A 廠本期工程裝機(jī)容量為1×25MW

4、, 純凝工況下的額定凝汽量為80t/h , 選取夏季冷卻倍率為60,2臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行, 冬季冷卻倍率為36, 單臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行。循環(huán)水量夏季為5282m 3/h , 冬季為3362m 3/h 。循環(huán)水量計(jì)算見表1。根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)布置, 其水力計(jì)算見表2。表1A 廠循環(huán)水量計(jì)算結(jié)果機(jī)組容量/MW 凝汽量/t/h 冷卻倍數(shù)凝汽器用水量/m 3/h夏季冬季夏季冬季輔機(jī)用水量/m 3/h 總計(jì)/m 3/h 夏季冬季258060364800288048252823362表2A 廠循環(huán)供水系統(tǒng)水力計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目雙泵運(yùn)行單泵運(yùn)行循環(huán)水量/m 3/h52823 362水塔出口濾網(wǎng)允許水位差/m 0. 300.

5、30循環(huán)水自流溝道水頭損失/m 0. 070. 03循環(huán)水壓力管道水頭損失/m 0. 740. 71凝汽器水頭損失/m 4. 02. 4膠球清洗水頭損失/m 1. 01. 0供水高度/m 9. 79. 7富余水頭/m 1. 01. 0水力損失合計(jì)/m16. 8115. 14經(jīng)過計(jì)算, 夏季循環(huán)水系統(tǒng)水力損失為16. 81m , 冬季水力損失為15. 14m 。故選取循環(huán)水泵的主要參 66給水排水Vol 136No 182010數(shù)為:流量26413362m 3/h , 揚(yáng)程16. 915. 2m , 功率185kW 。1. 2采用機(jī)力塔的循環(huán)水系統(tǒng)B 廠地處河南省東部平原, 機(jī)組容量也為1

6、15;25MW 。廠址所在地的全年平均氣象條件為:累年平均氣溫14. 5, 累年平均相對(duì)濕度74%, 累年平均氣壓1011. 7hPa , 累年年平均降水量747. 1mm , 累年平均蒸發(fā)量1758. 6mm 。夏季最熱時(shí)期頻率P =10%的日平均干球溫度為29. 8, 濕球溫度為27. 3, 相對(duì)濕度為68%, 大氣壓力為1005. 7hPa 。循環(huán)水冷卻采用機(jī)力塔。選用2座單塔處理水量為3000m 3/h 的機(jī)力塔, 每座塔選用1臺(tái)直徑為8000mm 的風(fēng)機(jī), 風(fēng)機(jī)功率為132kW , 其他循環(huán)水系統(tǒng)的布置與A 廠基本一致。B 廠本期工程裝機(jī)容量1×25MW , 下的額定凝汽量

7、為80t/h , 60,2 臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行, , 環(huán)水泵運(yùn)行A 。循環(huán)水量夏季為3/h , 3362m 3/h 。循3。表3B 廠循環(huán)供水系統(tǒng)水力計(jì)算結(jié)果項(xiàng)目雙泵運(yùn)行單泵運(yùn)行循環(huán)水量/m 3/h52823362水塔出口濾網(wǎng)允許水位差/m 0. 300. 30循環(huán)水自流溝道水頭損失/m 0. 070. 03循環(huán)水壓力管道水頭損失/m 0. 740. 71凝汽器水頭損失/m 4. 02. 4膠球清洗水頭損失/m 1. 01. 0供水高度/m 7. 47. 4富余水頭/m 1. 01. 0水力損失合計(jì)/m14. 5112. 84通過計(jì)算, 由于供水高度低于自然塔,B 廠夏季循環(huán)水系統(tǒng)的水力損失為14

8、. 51m , 冬季的水力損失為12. 84m 。故選取循環(huán)水泵的主要參數(shù)為:流量26413362m 3/h , 揚(yáng)程14. 612. 9m , 功率185kW 。1. 3比較分析經(jīng)過上述比較, 根據(jù)廠址氣象條件和冷卻水量, 通過熱力計(jì)算, 額定工況下, 夏季10%氣象條件下,采用2座單塔處理水量為3000m 3/h 的機(jī)力塔或1座淋水面積為1200m 2的自然塔均可滿足凝汽器進(jìn)水溫度不高于33的要求, 因此在技術(shù)上都是可行的。此外, 兩種系統(tǒng)的工藝流程也基本一致, 只是由于機(jī)力塔的供水高度略低, 循環(huán)水泵的揚(yáng)程也略低于自然塔。2技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較機(jī)力塔與自然塔的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較見表4。表4機(jī)力塔與自然

9、塔的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較項(xiàng)目機(jī)力塔自然塔效單位塔斷面的過大, 冷卻效率高塔出口位置較靠近地面, 有一定回流出風(fēng)口較高而影響較小對(duì)氣候適應(yīng)能力溫差較大, 冷幅小, 適應(yīng)能力強(qiáng)溫差小, 冷幅大, 適應(yīng)能力一般占地面積2座, 總占地約477m 2約1482m 2施工周期短長(zhǎng)運(yùn)行維護(hù)運(yùn)行靈活, 但設(shè)備維護(hù)量較大設(shè)備維護(hù)量較小, 但可調(diào)性差地基要求重量輕、高度低, 對(duì)地基承載力要求小重量大、高度大, 對(duì)地基承載力要求大設(shè)備運(yùn)行噪聲淋水噪聲和風(fēng)機(jī)噪聲均較低淋水噪聲高且噪聲污染較難控制總投資/萬元191480固定費(fèi)用/萬元/a 17. 237. 2折舊費(fèi)用/萬元9. 620. 7循環(huán)泵和冷卻塔運(yùn)行費(fèi)用/萬元/a 9

10、9. 270. 9總運(yùn)行費(fèi)用/萬元/a108. 891. 6總費(fèi)用/萬元/a126128. 8注:機(jī)力塔以混凝土框架、玻璃鋼維護(hù)板和風(fēng)筒的混合結(jié)構(gòu)測(cè)算。經(jīng)濟(jì)分析中不包括征地費(fèi)用、地基處理費(fèi)用。電價(jià)按發(fā)電成本價(jià)0. 50元/(kW h , 機(jī)組運(yùn)行6000h/a 計(jì)。投資利潤(rùn)率為6. 4%, 使用年限為20a 。從表4可以看出, 兩種塔在以下幾個(gè)方面存在差異:(1 在冷卻效率方面, 雖然機(jī)力塔的通風(fēng)面積 給水排水Vol 136No 18201067要小于自然塔, 但由于采用機(jī)械通風(fēng), 單位塔斷面的過風(fēng)量大, 因此冷卻效率也較高。(2 機(jī)力塔的塔身較低, 塔出口高度為12m , 距塔的吸風(fēng)口較近,

11、 有一定回流。根據(jù)美國冷卻塔協(xié)會(huì)CTI 標(biāo)準(zhǔn)A P T 105, 冷卻塔進(jìn)風(fēng)口濕球溫度的增加與濕熱空氣回流是成正比的, 即=0. 015r , 其中為濕球溫度增加值, r 為濕熱空氣回流率(% , 一般為10%25%, 由于只有2座塔,因此按綜合回流率為10%考慮, 即=0. 015r =0. 015×10=0. 15, 也就是冷卻塔進(jìn)風(fēng)口濕球溫度的增加0. 15, 這就造成了機(jī)力塔的設(shè)計(jì)濕球溫度由27. 3增加到27. 45, 增加了冷卻的難度。而自然塔塔身較高, 塔全高60. 06m , 進(jìn)風(fēng)口高5. 6m , 回流影響較小, 基本可以忽略不計(jì)。(3 對(duì)氣候的適應(yīng)能力機(jī)力塔要強(qiáng)于

12、自然塔。(4 占地面積機(jī)力塔要明顯少于自然塔。(5 , 比自然塔簡(jiǎn)單。(6 , 噪聲均較低, 而自然塔設(shè)備維護(hù)量較小, , 且淋水噪聲高且噪聲污染較難控制。(7 經(jīng)濟(jì)性方面, 自然塔的建設(shè)投資較高而機(jī)力塔的運(yùn)行費(fèi)用較高, 綜合起來兩種塔的年總費(fèi)用相差不大, 并且主要受發(fā)電成本的影響。3發(fā)電成本的影響由于發(fā)電成本對(duì)年總費(fèi)用影響較大, 為此針對(duì)發(fā)電成本進(jìn)行了敏感性分析(見圖1 。從圖1可看出, 當(dāng)發(fā)電成本低于0. 48元/(kW h 時(shí), 機(jī)力塔年費(fèi)用小于自然塔, 否則自然塔年費(fèi)用小于機(jī)力塔 。圖1年費(fèi)用敏感性分析4水量損失比較兩種冷卻塔的水量損失比較詳見表5。從表5可以看出, 兩種塔的水損相差不

13、大, 機(jī)力塔的風(fēng)吹損失稍大一些, 而自然塔的排污損失稍大一些, 因此從節(jié)水的角度來說, 兩種塔的效果是基本一致的。表5兩種冷卻塔水量損失比較類型風(fēng)吹損失/m 3/h 蒸發(fā)損失/m 3/h 排污損失/m 3/h 總損失/m 3/h 機(jī)械通風(fēng)冷卻塔116923103自然通風(fēng)冷卻塔369291015結(jié)論, , 還、運(yùn)行靈活、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn), 比。參考文獻(xiàn)1趙振國. 冷卻塔. 北京:中國水利水電出版社,19972西北電力設(shè)計(jì)院. 電力工程水務(wù)設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京:中國電力出版社,20053DL/T 53392006火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范E mail :hanqiang收稿日期:20100419修回日期:20100603江蘇武進(jìn)調(diào)整非民用自來水到戶價(jià)