火电厂水工系统节能分析.pdf

2 0 1 6年 8月 第 4 4卷 第 4期 总第 2 4 5 期 A u g． 2 01 6 Vo1 ． 44 No． 4 Se r ． No ．2 4 5 火 电厂水工 系统节能分析 An a l y s i s o f Hy d r a u l i c Sy s t e m En e r g y Sa v i ng i n Po we r Pl a nt 陈承 宪 ， 孟 令 国 ， 何 庆 龙 1 ． 中国电 力工程顾 问集 团 东北 电力设 计 院有 限公 司， 长春 1 3 0 0 2 1 ； 2 ． 通辽霍林河坑 口发 电有限责任公 司， 内蒙古 霍林郭勒0 2 9 2 0 0 摘 要 按照火力发 电厂水工系统节 能减排 的要求 ， 在介 绍水工 系统主要 组成 、 水工设施 主要 节能环节 的基础 上 ， 对输水节能 、 通风节 能、 弃 能回收 、 提 高汽轮机 真空 收益等水工 系统节 能措施 进行 了论 证 ， 多角度分 析 了水 工系统 提高节能效果 的可能性 。 关键词 火力发 电厂 ； 水工 系统 ； 节 能 中图分类号 TK0 1 8 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 5 3 0 6 2 0 1 6 0 4 0 0 4 4 0 2 随着 社 会 经济 和建 设 的发 展 ， 节能 减 排 已经 成 为 时代 发展 主题 ， 火 力发 电厂作 为用 水大 户 ， 在水 工 系统 内挖 掘节 能潜力是 设计人员重要工作 内容之 一 。以下对 电厂 水 工系统 主 要组 成 、 水工设 施 主要 节 能 环节 、 水 工 系统 主要 节能 措施 进行 介 绍 ， 从 不 同角 度 分 析水 工 系统提 高节 能 效果 的可 能性 。 1 火 电厂水工 系统主要组成及节 能环节 火 电厂 水 工 系 统 基本 组 成 见 图 1 ， 其 主要 节 能 环节包括输水节能、 通风节能 、 弃能 回收、 提高汽轮 机 真空 效益 等方 面 。 火 电 厂 水 ～E 系 统 主机冷却 系统 辅机冷却 系统 2 火 电厂水工 系统主要节能措施 2 ． 1 输 水节 能 2 ． 1 ． 1 超大型冷却塔采用高位收水冷却塔 高位收水冷却塔取消 了常规塔底部 的集水池 ， 经 过冷却 后 的循 环 水在 淋水 填料 底部 被 收水 装 置截 留收集 ， 降 低 了跌水 高度 ， 而 配水 系 统和 淋水 填 料 与 常规塔相似。 常规大型冷却塔循环供水系统 中， 冷却 塔 雨 区跌 水 高度 一般 可 达 系 统 总水 阻 3 O 以上 ， 冷 却塔越大 ， 这部分水力损失 占比越大 ， 采用高位收水 冷却 塔 可 以 大 幅降低 这 部 分 跌 水损 失 。 以某 1 0 0 0 直接空冷系统 空冷系统 一 间接空冷系统 湿冷 系统 空冷 系统 湿冷系统 冷却塔循环 供水系统 直流供水 系统 自然通风 间接空 冷系统 机 械通风间接空冷系统 上业及补给水系统 I l原水净化系统 l I 废水处理系统l l 外部水力除庆系统 l l 贮灰场系统 图 1 火 电厂水工 系统基本 组成 收 稿 日期 2 0 1 6 - 0 5 2 7 作者简介 陈承 宪 1 9 7 3 ， 男， 高级 工程 师， 从事 电厂水 工工艺 系统设计及研 究。 44 2 0 1 6年 8月 第 4 4卷 第 4 期 总第 2 4 5期 Aug ．2 0 16 Vo 1 ． 4 4 No ． 4 S e r ． NO ． 2 4 5 Mw 湿冷机组为例 ， 高位收水冷却塔相 比常规冷却 塔每 台机组循环水泵电机功率减少 3 4 0 0 k W ， 降低 噪声 8 ～ 1 0 d B。 2 ． 1 ． 2 凝 汽 器在 直流 供水 系统 中低 位 布置 直流供水系统 中， 如果厂址地势较高导致汽机 房零米高度较高 ， 凝汽器应低位布置 ， 以降低凝汽器 下游虹吸井 的跌水高度 ， 当凝汽器顶标 高降到一定 程度 时 ， 理论 上可 杜绝 下游 虹 吸井跌 水 。 国 内某核 电 机 组 凝 汽 器低 位 布 置 ， 每 台机 组 配 4 2 5 循 环 水 泵 ， 水 泵 采 用 立 式 轴 流 泵 ， 流 量 1 2 ． 3 m。 ／ s ， 扬 程 1 2 ． 5 m， 轴功率 1 9 0 0 k W ， 效率不小于 8 6 。由于 凝汽器低位布置 ， 循环水泵的扬程远远低于一般 同 类机组的循环水泵扬程 。 2 ． 1 ． 3 降低过流部件局部阻力 电厂供 水 系 统 中局部 阻 力 占较 大份 额 ， 一 般 可 达沿 程 阻力 的 2 ～ 3 倍 ， 如 果局 部过 流部 件采 用较 小 阻力 的过 流部 件 或 明渠 过 渡 段 平稳 过 渡 ， 可 收 到 良 好 的节能 效果 。 a ．采用 较 小 阻力 的过 流 部 件 ， 尽 可 能 采用 斜 三 通 ； 条件许可的前提下 ， 弯头采用较大 的转弯半径 ； 异径管采用足够的过渡段 ； 弯头 、 三通和异径管尽可 能合并设置 ， 减少阻力件数量。 b ． 控制 明渠流速 ， 除非有 消能要求 ， 有条 件的 前 提 下 ， 明渠 最大 流速 应远低 于 临界 流速 。 大 型流 道 流速控制在 1 m／ s以下时 ， 一般运行均比较平稳 ， 水 面降 幅较小 ， 明渠流道 过 渡段满 足 D L／ T 5 3 3 9 2 0 0 6 火力发电厂水工设计规范 要求 。 C ． 高位收水冷却塔 、 宽顶堰虹吸井都具有这种 节 能 效果 。 2 ． 1 ． 4 优 化 减少 过流 部件 ， 采用 高 效输水 泵 组 a ． 大 口径循 环水 管在 总平 面 布置上 尽 可能 取捷 径 ， 减少弯头阻力件 ； 减少阀 门设置 ， 有条件时可采 用无阀式供水系统 。 目前， 国内多个滨海电厂均采用 无阀式供水系统， 实际运行反馈 良好。 b ． 采购 高 效输 水 泵 组 ， 国 内大容 量 机 组 循 环水 泵均采用大型混流泵或轴流泵， 水泵本体运行高效 区效率 均 达到 8 8 以上 。 2 ． 1 ． 5流量 调 节 目前， 流量调节手段主要有改变水泵投运数量、 配 双速 电机 、 配 变频 电机 、 液力 耦合 调 速 、 永 磁调 速 、 水泵叶轮动叶可调等几种方式 。其 中改变水泵投运 数量的调节方式是传统典 型设计方案， 采用双速 电 机 的循环 水 泵则 在供 热 电厂 中应用 较为 普遍 。近 年 来 ， 某些 负荷 波 动较 大 的 老 机组 尝 试 循 环水 泵 变 频 调 速改 造 ， 取 得 了一定 的节能效 果 ； 对 于水温 季节 性 变动较大的直流供水系统， 采用变频调速泵均有一 定 的经 济性 优势 。 2 ． 1 ． 6 利用 供 水系统 重 力势 能输水 充分利用供水势能， 不仅能简化能动系统， 而且 可实现 节 能 。许 多 电厂 的厂外 补给 水 系统充 分利 用 了水库与电厂之 间的高差 ， 取消了泵房或减少 了输 水 泵组 的容 量 。 此外 ， 厂 区工业 水 系统上 下游 用户 之 间可 以按 梯 级重 力 输 水 的形 式 规 划 ， 也 能 够达 到 简 化 系统 和节 能 的双重 效果 。 2 ． 2 通风 节能 a ． 采用 自然通风冷却塔代替机械通风冷却塔 。 除了小机组或高温高湿地 区， 采用风筒 式 自然通风 冷却塔均能带来 良好的节能效果和经济效益 。 b ． 采 用调 速风 机 。国 内直 接空 冷机 组空 冷 岛基 本上都采用变频调速或双速风机 ， 其相对定速风机 节 能效 果 明显 。 C ． 机械 通 风冷却 塔部 分运 行 。对 于季 节性 温 差 或负荷波动较大的地区， 在冷季或低负荷时段， 机械 通风冷却塔部分风机运行或风机全停运行 ， 可收到 良好 的节能效 果 。 d ． 优化通风导流措施提高通风量。内蒙古某发 电厂 6 0 0 MW 直 接 空 冷 机 组 空 冷 系 统 加 装 了空 气 导流装置， 取得 良好的经济效益 。 某些湿冷机组则对 自然通风冷却塔进风 口加装 了导流设施 ， 以改变均 匀配风效果 ， 经过改造 的冷却塔在运行中循环水温 度降低 l C左右 ， 效果 比较 明显， 且抗大风能力提 高 。 2 ． 3 弃能 回收 a ． 利 用循 环水 系统 废热 。火 力发 电厂 最 大 的废 热排 放 点 就是 汽 轮 机冷 端 系 统 ， 可 有效 利 用 这 部分 废热大幅提高电厂热效率。 经测算 ， 循环水余热回收 利 用 如 果 可 行 ， 2 3 0 0 Mw 机 组 运 行 热 效 率 可 达 7 0 ％～8 O ％。 b ． 海 勒 式 间接 空 冷 系统 水 轮 机 与 循 环 水 泵 同 轴布置。火电厂弃能回收的典型案例就是海勒式间 接 空冷 系 统 ， 进 入 混 合 式凝 汽 器 的循 环 水 通 过水 轮 机调 节水 量和 水压 ， 回收 的能 量 同轴驱 动循 环水 泵 。 目前 ， 海 勒 式 问接 空 冷 系统 大 多 均采 用 了这种 能 量 回收 方式 。 C ． 直流供水系统末端设置排水电站。某些直流 供水系统的电厂凝汽器位置较高 ， 设置了排水电站， 用 于 回收循 环水 系统 剩余 能量 。 下转 第 4 8页 45 2 0 1 6年 8月 第 4 4卷 第 4期 总第 2 4 5期 Au g．2 01 6 Vo 1 ． 4 4 No ． 4 S e r ． No ． 2 4 5 图 2洮 北 供 电 区防 孤 岛 系统 线路 ， 解 列 光 伏 电站 ， 同时具 备 低 频 低 压 、 过 频 过 压 解列 光伏 电站功 能 。 镇 赉供 电 区防孤 岛 系统 见 图 3 。 3 结论 图 3镇赉供电 区防孤 岛系统 白城地区位 于吉林省西北部 ， 太阳能资源较为 丰 富 ， 是全 国 、 全 省 太 阳能 资 源 丰 富 的地 区 之一 ， 具 有大规模 、 产业化开发太 阳能资源的有利条件 。 随着 国 家对 新 能 源 发 电项 目的扶 持 政 策 ， 越来 越 多 的分 、 、 ％ 矿 、 e 上接 第 4 5页 d ． 循环水系统剩余能量通过水轮机驱动冷却塔 风机 。 2 ． 4 提 高汽 轮机 真 空收 益 a ． 湿 式冷 却塔 采 用高效 淋 水填 料 。 b ． 优 先 推 荐 多 背 压 凝 汽 器 。条 件 适 当 的情 况 下 ， 双 压凝 汽 器 相对 比于 单 压 凝 汽器 一 般 可 降 低 汽 轮机 排 汽温 度 1 C左 右 ， 降低 背压 0 ． 2 ～O ． 5 k P a 。 C ． 采 用混 合式 凝 汽器 。间 接空 冷 系统 可 采用 表 面式凝汽器 ， 当循环水 系统水质与汽水系统水质兼 容 时也 可采 用混 合式 凝 汽器 。表 面式 凝 汽器 优化 后 的设计传热终端差一般在 3 ． 0 ～3 ． 5℃， 而混合式凝 汽器传热终端差一般在 0 ． 5 ～1 ． 0℃左右 ， 不仅节约 凝汽器投资 ， 而且降低传热端差 2 ． 5 C以上 ， 真空收 益 显著 。 4 8 布 式 光伏 电站 接 人 电 网 ， 对 电 网 的结 构 与 安 全 稳 定 性 提 出了更 高 的要 求 。 在 白城 地 区 以分 区分层 原 则配 置 防孤 岛安 稳 系 统 ， 其核心 内容为防止形成局部孤岛 ， 所以其执行 目 标 为切 除 电 网并 网线 路 。对 于存 在大 量新 能 源接 入 的地 区 ， 配 置 防孤 岛安 稳 系 统 是该 区域 电力 系 统 一 个 有效 的选择 ， 对 输 电 网 、 配 电 网均能 起 到 明显 的保 护作 用 。 参考文献 [ 1 ] 邵林 ， 岳付 昌． 孤 岛安 稳装置 的配置与分 析- J ] ． 电力与 能 源 ， 2 0 1 6 ， 3 7 1 7 - 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