火力发电厂一机双塔运行改造经济性分析

郭晶晶，庞 启

(1.中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司，上海 200063；2.江苏阚山发电有限公司，江苏 徐州 221000)

0 引言

近年来受电源结构调整政策影响，我国火电燃煤机组利用小时数逐年下降[1]，在此背景下，降低火电厂的煤耗、促进节能减排显得尤为重要[2]。江苏某电厂2 台600 MW 级超超临界燃煤机组分别于2007 年10 月和2008 年1 月建成投产。2017—2019 年，电厂夏季长期处于1 台机组停备状态，为充分利用冷却塔的冷却面积，降低发电机组能耗，电厂进行了一机双塔(1 台机组循环水通过2 座冷却塔冷却)运行系统优化改造。

1 一机双塔改造方案

1.1 依托工程概况

电厂循环水采用带双曲线逆流式自然通风冷却塔的扩大单元制循环水系统，2 台600 MW机组共选用4 台循环水泵。循环水泵流量为9.09 m3/s，扬程27.4 m,水泵效率85%～88%；电动机功率为3 150 kW，电压6 kV。

冷却塔为9 000 m2双曲线逆流式自然通风冷却塔，塔高150.6 m，进风口高9.8 m，喉部高度119.84 m，塔底部集水池内径121.66 m。冷却塔采用一个中央竖井，主水槽呈正交布置，管式配水。夏季日平均湿球温度为26.6 ℃，相应的干球温度为29.8 ℃，相对湿度为77%，大气压力为1 001.7 hPa，风速为2.6 m/s，冷却塔的冷却水量为65 448 t/h，平均淋水密度为7.27 m3/m2h。

电厂汽轮机组额定运行工况见表1 所列。

表1 汽轮机额定运行工况

电厂2017 年和2018 年夏季运行小时数据见表2 所列。

表2 2017年和2018年夏季运行小时数

1.2 循环水回水母管改造

原设计已在两台机组的循环水泵出水管之间和两座冷却塔的回水沟之间设有联通设施，可实现循环水泵运行的扩大单元。要实现一台机组利用两座冷却塔运行，还需在两台机组的循环水回水管之间加设联络管道。根据#1 机和#2 机的循环水排水母管布置位置，选择从#2 机冷却塔附近#1 机循环水回水母管(DN3000 钢管)上接出一根联通管，连接至#2 机组循环水回水母管上。联通管直径从DN2200、DN2400、DN2600、DN2800、DN3000 共5 种管径中选择。根据冷却塔喷头数量、现场布置对冷却塔竖井水位差和沿程损失叠加计算后，流量分配具体数据见表3 所列。

表3 不同管径流量分配

从表3 可知，DN2600 管径的联通管投资适中。如果增加管径，配水不均性改善效果并不明显，因此综合考虑最终选择DN2600 的联通管径，此水损造成两座冷却塔的配水不均性约为1∶1.5。

2 一机双塔改造经济性分析

本文针对电厂不同运行负荷情况下的一机双塔运行进行讨论，主要分为100%、80%、70%、60%四种负荷工况进行经济性分析。

2.1 100%负荷一机双塔运行

根据循环水系统计算，夏季单台机组满负荷、一机双塔运行，沿程水损略有减少，对应约18.3 m3/s 的循环水流量送至两座冷却塔，冷却塔流量分别为7.32 m3/s 和10.98 m3/s，两座冷却塔的出塔水温不同，采用二维热力计算模式[3]，根据加权平均得到综合的出塔水温，改造前后水温、背压及煤耗等参数见表4 所列。

表4 100%负荷一机双塔运行改造前后对比表

根据表4 可知，如果6～9 月所有运行时间都按600 MW 机组100%满负荷运行，可以节约运行费用约169.49 万元。

2.2 80%负荷一机双塔运行

2.2.1 一机两泵高速运行

根据循环水系统计算，夏季单台机组80%负荷、一机双塔运行，循环水量分配与100%负荷相同，改造前后对比见表5 所列。

表5 80%负荷一机两泵高速运行改造前后对比表

根据表5 可知，如果6～9 月所有运行时间都按600 MW 机组80%负荷、一机两泵高速运行，可以节约运行费用约118.08 万元。

2.2.2 一机两泵低速运行

根据循环水系统计算，夏季单台机组80%负荷、一机双塔运行，如按照一机两泵低速运行工况考虑(厂内已经改造了2 台循环水泵，低速时对应流量约为27 000 m3/h)，约有15 m3/s的循环水量送至两座冷却塔，每座冷却塔流量约为5.925 m3/s 和9.075 m3/s，改造前后对比见表6 所列。

表6 80%负荷一机两泵低速运行改造前后对比表

根据表6 可知，如果6～9 月所有运行时间都按600 MW 机组80%负荷、一机两泵低速运行，可以节约运行费用约82.21 万元。

循环水泵高速运行轴功率为2 875 kW，低速运行轴功率为2 055 kW，2018 年6～9 月份单台机组发电小时数约为1 560 h，两台低速运行相对于高速运行节约的6～9 月份循环水泵电动机功率约为127.92 万kWh，按照0.33 元/kWh的电价计算，每年节约运行费用约42.21 万元。

2.2.3 两种运行工况对比

根据80%负荷，一机两泵高速运行和一机两泵低速运行结果，两种工况费用对比见表7所列。

表7 80%负荷一机两泵高低速运行工况费用对比

从表7 可以看出，一机两泵低速运行，每年可以节约6.34 万元的运行费用，故推荐80%负荷运行时采用一机两泵低速运行方式。

2.3 70%负荷一机双塔运行

根据单台机组夏季单机80%负荷计算结果，单台机组夏季单机70%负荷运行时，按照一机两泵低速运行工况考虑，计算结果见表8所列。

表8 70%负荷一机双塔运行改造前后对比

根据表8 可知，如果6～9 月所有运行时间都按600 MW 机组70%负荷运行，可以节约运行费用约80 万元。

2.4 60%负荷一机双塔运行

单台机组夏季单机60%负荷时，按照一机一泵运行，对应约有11.05 m3/s 的循环水量送至两座冷却塔，每座冷却塔流量约为4.337 m3/s 和6.713 m3/s，对比结果见表9 所列。

表9 60%负荷一机双塔运行改造前后对比

根据表9 可知，如果6～9 月所有运行时间都按600 MW 机组60%负荷运行，可以节约运行费用约32.18 万元。

2.5 不同负荷下一机双塔运行降低煤耗收益表

前述不同负荷情况下的收益见表10 所列。

表10 不同负荷下一机双塔运行收益表

根据表10 可知，从单台机组70%～100%负荷工况下，一机双塔运行的收益较为显著，当单台机组60%负荷工况情况下，一机双塔运行的收益较小。

对2018 年6～9 月单机时间的实际运行情况进行核算，按照2018 年机组实际76.1%负荷率，收益见表11 所列。

表11 2018年6-9月一机双塔运行收益

根据表11 可知，改造后一机双塔收益约81.55 万元，工程总投资253 万元，回收期估算约3.1 a。

3 一机双塔实际运行试验结果对比

电厂改造后，在2020 年运行效果较好，并于当年进行了改造性能试验，根据试验报告，电厂在550 MW 工况点，循环水泵一台高速、一台低速运行，结果见表12 所列。

表12 一机双塔实际运行结果对比

通过单、双塔切换后，记录的数据进行比对，在环境温度保持不变，双塔模式下，凝汽器真空下降0.6 kPa，根据电厂2019 年排汽背压与煤耗变化关系试验数据和微增功率曲线折算，可得出供电煤耗综合下降约1.5 g/kWh。

4 结语

经循环水回水管径的配水计算分析，选定DN2600 管径作为联通管道，电厂一机双塔改造静态总投资253 万元，对单台机组100%负荷、80%负荷、70%负荷和60%负荷分别进行分析讨论，70%～100%负荷下一机双塔运行的收益较为显著，60%负荷下一机双塔运行的收益较小。按照2018年6～9月单机时间和负荷率计算，改造后年运行收益约81.55 万元，回收期约3.1 a，根据2020 年实际运行数据显示，整体收益基本接近原改造计算数据，每年夏季单机运行可节省能耗，有较好的环境效益和社会效益。