一種節(jié)能減排節(jié)水可靠的電站空冷新技術(shù)

一種節(jié)能、減排、節(jié)水、抗風(fēng)的電站空冷新技術(shù)方案

—復(fù)合制冷循環(huán)間接空冷系統(tǒng)

報告人：楊善讓

東北電力大學(xué)復(fù)合制冷循環(huán)間接空冷系統(tǒng)（復(fù)間冷）1.復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理2.復(fù)間冷系統(tǒng)主要功能3.復(fù)間冷系統(tǒng)功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性4.復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性5.復(fù)間冷系統(tǒng)的效益預(yù)測6.復(fù)間冷系統(tǒng)的應(yīng)用前景復(fù)合制冷循環(huán)間接空冷系統(tǒng)（復(fù)間冷）間冷系統(tǒng)混間冷—海勒式表間冷—海勒式復(fù)間冷直冷系統(tǒng)空冷系統(tǒng)

氨相變間冷系統(tǒng)空冷散熱器氣液分離器去凝結(jié)水泵汽輪機(jī)排汽儲液罐氨循環(huán)泵緩沖裝置凝汽器1.1.1空冷技術(shù)現(xiàn)狀復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理空冷技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀美國專利1:PowerProducingDryCoolingSystem(4212168,1980)空冷技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理美國專利2:PowerProducingDryCoolingApparatusandMethod(4291538,1981)空冷技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理間冷耗水多投資多占地多水汽排放多防凍難直冷煤耗高、污染重高溫難滿發(fā)低溫防凍難抗風(fēng)能力差復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理傳統(tǒng)空冷技術(shù)缺點過熱器除氧器高壓加熱器給水泵低壓加熱器凝結(jié)水泵空冷散熱器汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)鍋爐復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理改進(jìn)思路復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)排汽雙相變換熱器凝結(jié)水泵汽輪機(jī)去回?zé)嵯到y(tǒng)汽輪機(jī)進(jìn)汽電動機(jī)/小汽輪機(jī)M壓縮機(jī)閥門空冷散熱器空冷風(fēng)機(jī)儲液箱閥門節(jié)流閥高溫時段復(fù)間冷系統(tǒng)運行原理圖復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理發(fā)電機(jī)去回?zé)嵯到y(tǒng)汽輪機(jī)排汽雙相變換熱器凝結(jié)水泵汽輪機(jī)汽輪機(jī)進(jìn)汽低溫時段復(fù)間冷系統(tǒng)運行原理圖空冷散熱器空冷風(fēng)機(jī)儲液箱升壓泵閥門閥門低壓抽汽/煙氣氨氣輪機(jī)氨氣過熱器發(fā)電機(jī)閥門吸熱放熱降壓升壓制冷循環(huán)吸熱放熱降壓升壓逆制冷循環(huán)高溫時段低溫時段吸熱放熱降壓升壓并聯(lián)正、逆制冷循環(huán)吸熱放熱降壓升壓制冷循環(huán)吸熱放熱降壓升壓逆制冷循環(huán)復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理動力/制冷復(fù)合循環(huán)的基本組成發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)排汽雙相變換熱器凝結(jié)水泵汽輪機(jī)去回?zé)嵯到y(tǒng)汽輪機(jī)進(jìn)汽電動機(jī)/小汽輪機(jī)M壓縮機(jī)閥門空冷散熱器空冷風(fēng)機(jī)儲液箱閥門節(jié)流閥儲液箱升壓泵閥門閥門低壓抽汽/煙氣氨氣輪機(jī)氨氣過熱器發(fā)電機(jī)閥門復(fù)間冷系統(tǒng)主要功能維持汽輪機(jī)排氣背壓恒定在優(yōu)化所確定的數(shù)值

可利用環(huán)境低溫資源作動力源可提高空冷系統(tǒng)的設(shè)備利用率可將空冷系統(tǒng)節(jié)水率提高到100%3.1維持汽輪機(jī)排汽背壓恒定的可行性Texh＝Te+ΔTac–

ΔTc+ΔTbpc

高溫時段：氨蒸發(fā)參數(shù)大于冷凝參數(shù)所對應(yīng)的環(huán)境溫度時段

低溫時段：氨蒸發(fā)參數(shù)小于冷凝參數(shù)所對應(yīng)的環(huán)境溫度時段復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性汽輪機(jī)排汽溫度與環(huán)境溫度關(guān)系式Texh:排汽溫度ΔTac：空冷散熱器傳熱溫差ΔTc：壓縮過程或膨脹過程產(chǎn)生的溫差ΔTbpc：雙相變換熱器傳熱溫差雙相變換熱器壓縮機(jī)電動機(jī)節(jié)流閥空冷散熱器冷風(fēng)儲液箱

高溫時段：雙相變換熱器壓縮機(jī)電動機(jī)節(jié)流閥空冷散熱器冷風(fēng)儲液箱壓縮制冷循環(huán)通過調(diào)整壓縮機(jī)的壓縮比即可完全消除環(huán)境氣溫變化所導(dǎo)致的空冷散熱器參數(shù)的相應(yīng)變化對雙相變換熱器出口參數(shù)的影響實現(xiàn)保持汽輪機(jī)排氣背壓不隨環(huán)境氣溫而變化的目的

消除了導(dǎo)致直冷機(jī)組煤耗高、難滿發(fā)、常跳閘等缺陷

復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性雙相變換熱器空冷散熱器升壓泵氨氣輪機(jī)蒸汽發(fā)電機(jī)氨過熱器節(jié)流閥冷風(fēng)截止閥

低溫時段：環(huán)境氣溫變化，調(diào)整升壓泵揚程以維持雙相變冷側(cè)入口壓力恒定，氨氣輪機(jī)的功率則隨環(huán)境氣溫的減低而增大或升高而減小全年環(huán)境氣溫的變化，視氣溫的高低，分別通過壓縮機(jī)與節(jié)流閥或氨氣輪機(jī)與升壓泵的自動調(diào)整而完全消除風(fēng)溫對排汽背壓的影響復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性3.2利用環(huán)境低溫資源的可行性論證

環(huán)境低溫資源：環(huán)境氣溫很低時，其所決定的空冷散熱器的氨冷凝參數(shù)通常都要低于雙相變換熱器冷側(cè)液氨的沸騰（或氣化）參數(shù)，通過膨脹機(jī)或氨氣輪機(jī)利用兩者之間的焓差做功，這部分功是利用自然環(huán)境低溫轉(zhuǎn)化來的，故稱作環(huán)境低溫資源。且環(huán)境溫度愈低，氨氣輪機(jī)多做的功愈多。復(fù)間冷利用低溫環(huán)境資源的方式至少有：二是維持氨氣輪機(jī)功率基本不變，即讓氨氣輪機(jī)的排氣壓力隨著空冷散熱器冷凝壓力的降低而降低的同時，其進(jìn)氣壓力也隨排氣壓力降低而作相應(yīng)降低，以維持氨氣輪機(jī)的工質(zhì)理想焓降基本不變，這時氨氣輪機(jī)可基本維持在設(shè)計工況下運行。氨氣輪機(jī)進(jìn)氣壓力下降進(jìn)而引起汽輪機(jī)排氣真空的提高，從而增大了汽輪機(jī)低壓缸的蒸汽理想焓降，導(dǎo)致汽輪機(jī)的功率和循環(huán)熱效率均有所增高。

一是維持汽輪機(jī)排汽背壓不變，而是讓氨氣輪機(jī)的排氣壓力隨空冷散熱器冷凝壓力的降低而降低，因而氨氣輪機(jī)的功率隨之增大復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性超低背壓運行工況0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.01750177518001825185018751900192519501975焓值/KJ/kg排汽背壓/KPa77.14KJ/kg0.66KPa2.3KPa4.9KPa將排汽背壓降至最低2.3KPa，相應(yīng)溫度20℃，扣除ΔTbpc=5℃，氨沸騰參數(shù)15℃，728.34KPa，1695.61KJ/Kg。此時若不投運正或逆制冷循環(huán)，則空冷散熱器的冷凝參數(shù)=沸騰參數(shù)，扣除ΔTac=15℃，則對應(yīng)的環(huán)境氣溫為0℃雙相變換熱器空冷散熱器升壓泵節(jié)流閥冷風(fēng)截止閥復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性雙相變換熱器空冷散熱器冷風(fēng)升壓泵氨氣輪機(jī)蒸汽發(fā)電機(jī)氨過熱器

若排汽參數(shù)仍保持2.3KPa，20℃；氨蒸發(fā)參數(shù)：15℃，728.34KPa，1695.61KJ/Kg，若環(huán)境氣溫–35℃，則氨冷凝參數(shù)：-20℃，190.25KPa，1655.71KJ/Kg，它的可利用焓降39.9KJ/Kg。這部分焓降可采用膨脹機(jī)或氨氣輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)而將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。逆制冷循環(huán)運行工況環(huán)境氣溫在0℃以下，氨蒸發(fā)參數(shù)>氨冷凝參數(shù)，此時需投入逆制冷循環(huán)。復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性3.3提高空冷系統(tǒng)設(shè)備利用率的論證

低溫時段：氣溫升降，調(diào)整升壓泵揚程以維持雙相變冷側(cè)入口壓力恒定，氨氣輪機(jī)負(fù)荷隨排汽壓力變化而自動升降。直冷機(jī)組采用預(yù)留負(fù)荷上升空間，以預(yù)防隨機(jī)性陣風(fēng)倒灌引起機(jī)組跳閘，導(dǎo)致夏季不滿發(fā)；冬季提高排汽背壓防凍亦使負(fù)荷減小，這兩者均導(dǎo)致利用小時數(shù)/運行小時數(shù)＜1復(fù)間冷

高溫時段：氣溫升降，調(diào)整壓縮機(jī)壓縮比和節(jié)流閥開度可完全消除陣風(fēng)導(dǎo)致的空冷散熱器冷凝壓力瞬間升高對雙相變換熱器產(chǎn)生的影響，從而可持續(xù)保持排汽壓力恒定，達(dá)到滿負(fù)荷運行（亦稱滿發(fā)）。冬夏均在最佳背壓下滿負(fù)荷運行，故利用小時/運行小時=1

復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性3.4空冷系統(tǒng)節(jié)水率可達(dá)100%的論證

*據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會科技服務(wù)中心2005年11月的《空冷機(jī)組情況調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計表》我國在役直冷機(jī)組的年節(jié)水率最高為84%，最低為69%*，國外直冷機(jī)組的節(jié)水率也只有90%。直冷機(jī)組無法達(dá)到100%節(jié)水率的主要原因在于需用高壓除鹽水沖洗機(jī)組的空冷散熱器風(fēng)道。對此，本課題組研發(fā)了一種新型干式自動吹掃裝置，用壓縮空氣或夾帶洗珠）代替高壓除鹽水以實現(xiàn)免水（waterfree）空冷系統(tǒng)。新型干式自動吹掃裝置復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性3.5節(jié)能、減排、節(jié)水、抗風(fēng)四目標(biāo)協(xié)同提高復(fù)間冷技術(shù)所具有的上述四種功能，可通過將運行中的排汽背壓始終維持在運行優(yōu)化所確定的最佳值來實現(xiàn)。按文獻(xiàn)算法，若復(fù)間冷機(jī)組供電煤耗比直冷機(jī)組低13-15g/Kw.h，即供電煤耗降低：14g/Kw.h標(biāo)煤CO2排放減?。?7.94g/Kw.h；SO2排放減?。?.020g/Kw.h；粉塵排放減?。?.068g/Kw.h；節(jié)水率可達(dá)100%；公眾健康經(jīng)濟(jì)損失減少0.63元＊上述減排量均未消耗其他不可再生資源，為節(jié)能的副產(chǎn)品。＊中國疾病預(yù)防控制中心與國際環(huán)保組織綠色和平最近在北京發(fā)布雙方專家共同完成的《煤炭的真實成本——大氣污染與公眾健康》報告指出：在我國每燃燒1噸煤，就要付出健康經(jīng)濟(jì)損失費用達(dá)到44.8元。

復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性3.6以氨為工質(zhì)的可行性氨相變空冷技術(shù)轉(zhuǎn)讓報告復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性EPRIATC示范電站外觀（美國加州Kern電站10MW氨相變間冷外形圖）復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性美國亞利桑拉州12000t氨冷凝器系統(tǒng)航拍圖復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性4.1熱經(jīng)濟(jì)性計算基準(zhǔn)Te=35℃汽輪機(jī)排汽裝置回?zé)嵯到y(tǒng)58℃18.3kPa△P=6kPaTc=50℃Pc=12.3KPa凝結(jié)水泵復(fù)間冷系統(tǒng)熱力原理性系統(tǒng)圖

直接空冷機(jī)組原則性汽水系統(tǒng)27.5℃1083kPa32.5℃4.9KPa汽輪機(jī)壓縮機(jī)氨氣輪機(jī)Te=35℃Tc=50℃Pc=2033kPa回?zé)嵯到y(tǒng)復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性4.2熱經(jīng)濟(jì)性評價指標(biāo)低溫時段：逆制冷循環(huán)年累計產(chǎn)/耗電量比Rar=Qst,l/Qap(1)高溫時段：正制冷循環(huán)年累計產(chǎn)/耗電量比Rr=Qst,h/Qac(2)式(1)中，Qst,l—低溫時段復(fù)合制冷循環(huán)空冷汽輪機(jī)因背壓由直冷的9Kpa降至復(fù)間冷的排汽背壓

而多發(fā)的年累計產(chǎn)電量，kwh；

Qap—氨升壓泵年累計耗電量，kwh；

式(2)中，Qst,h—高溫時段復(fù)合制冷循環(huán)空冷汽輪機(jī)因背壓由環(huán)境氣溫所決定的直冷空冷散熱器冷凝背壓降至4復(fù)間冷而多發(fā)的年累計產(chǎn)電量，kwh；

Qac—氨壓縮機(jī)年累計耗電量，kwh；復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性復(fù)間冷系統(tǒng)年累計熱性能系數(shù)-aTPCaTPC

=收益/支出

(3)式(4)中

Qst,l+Qst,h

=

Qst

收益，復(fù)間冷汽輪機(jī)機(jī)比直冷汽輪機(jī)多發(fā)的年累計產(chǎn)電量

aTPC=(Qst,l+Qst,h)/(Qac

+Qap

)(4)只要aTPC>1，復(fù)合制冷循環(huán)間冷系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)上是可行的；即便aTPC=1，考慮到復(fù)間冷系統(tǒng)的環(huán)保效益和可靠性都比直冷有所提高，只要一次性投資的回收期基本合理也還是可行的;甚至aTPC<1，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較也還有一定的可行空間。復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性4.3熱經(jīng)濟(jì)性計算基本思路S

0P0，t0，H0

Hc，Tac

Hc，Tcic

復(fù)間冷/直冷焓降之差復(fù)間冷與直冷低壓缸理想焓降的比較.復(fù)間冷與直冷溫度變幅的比較設(shè)：環(huán)境氣溫為35℃復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性4.4熱經(jīng)濟(jì)性評價條件汽輪機(jī)參數(shù)：NZK600-16.7/538/538額定功率：600MW

亞臨界一次中間再熱三缸四排汽、單軸直接空冷的凝汽式

環(huán)境氣溫：蒙東某地蒙東某地典型年氣溫—小時分布圖

以600MW直冷機(jī)組為比較基準(zhǔn)，設(shè)想在同一廠址，裝有1臺具有同容量、同參數(shù)、同型號但不同低壓缸的虛擬復(fù)間冷機(jī)組

計算條件復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性4.5熱經(jīng)濟(jì)定量分析壓縮功率：多發(fā)功率：兩者相比，有三種可能情況：經(jīng)濟(jì)合算收支平衡不合算收益/支出隨環(huán)境溫度變化趨勢復(fù)間冷系統(tǒng)以背壓4.9Kpa，前述的機(jī)組參數(shù)和環(huán)境氣溫條件為例復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性4.5熱經(jīng)濟(jì)定量分析—aTPC

逆制冷循環(huán)年累計產(chǎn)/耗電量比Rar：

正制冷循環(huán)年累計產(chǎn)/耗電量之比Rr：

復(fù)間冷系統(tǒng)年累計性能系數(shù)aTPC：蒙東某地電廠aTPC與排汽背壓關(guān)系aTPCmax=3.95；設(shè)計背壓Pc，opt=6.9Kpa復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性4.5熱經(jīng)濟(jì)定量分析—收支差RED考慮效率的實際收支差，RED最大收支差曲線收支差曲線RED與環(huán)境氣溫Te的關(guān)系式RED=123.81+0.1Te+0.00121*Te2

-5℃＜Te≤0℃RED=118.64-5.3*Te+0.0726*Te2

0℃＜Te≤40℃5.1直接環(huán)境效益1

據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)推算，節(jié)約1噸標(biāo)煤，減排：炭粉塵0.68噸CO22.4925噸,SO20.075噸

NOX0.0375噸復(fù)間冷系統(tǒng)的效益預(yù)測按2009年空冷裝機(jī)容量和復(fù)間冷較直冷節(jié)煤14g/Kw.h計，年節(jié)約標(biāo)煤量525.78萬噸，相應(yīng)減排：炭粉塵357.53萬噸CO21310.51萬噸（原計算數(shù)據(jù)為1130萬噸）SO239.43萬噸

NOx19.72