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1、一种节能、减排、节水、抗风的电站空冷新技术方案复合制冷循环间接空冷系统 报告人：杨善让,东北电力大学,复合制冷循环间接空冷系统（复间冷）,1.复间冷系统组成及工作原理,2.复间冷系统主要功能,3.复间冷系统功能实现的技术可行性,4.复间冷系统的热经济性,5.复间冷系统的效益预测,6.复间冷系统的应用前景,复合制冷循环间接空冷系统（复间冷）,间冷系统,混间冷海勒式,表间冷海勒式,复间冷,直冷系统,空冷系统,氨相变间冷系统,1.1.1 空冷技术现状,复间冷系统组成及工作原理,空冷技术国内外现状,美国专利1: Power Producing Dry Cooling System (4212168,
2、1980),空冷技术国内外现状,复间冷系统组成及工作原理,美国专利2: Power Producing Dry Cooling Apparatus and Method (4291538, 1981),空冷技术国内外现状,复间冷系统组成及工作原理,复间冷系统组成及工作原理,传统空冷技术缺点,复间冷系统组成及工作原理,改进思路,复间冷系统组成及工作原理,高温时段复间冷系统运行原理图,复间冷系统组成及工作原理,发电机,低温时段复间冷系统运行原理图,高温时段,低温时段,复间冷系统组成及工作原理,复间冷系统组成及工作原理,动力/制冷复合循环的基本组成,复间冷系统主要功能,维持汽轮机排气背压恒定在优化所
3、确定的数值,可利用环境低温资源作动力源,可提高空冷系统的设备利用率,可将空冷系统节水率提高到100%,3.1 维持汽轮机排汽背压恒定的可行性,TexhTe+Tac Tc+Tbpc,高温时段：氨蒸发参数大于冷凝参数所对应的环境温度时段,低温时段：氨蒸发参数小于冷凝参数所对应的环境温度时段,复间冷功能实现的技术可行性,汽轮机排汽温度与环境温度关系式,Texh:排汽温度Tac：空冷散热器传热温差Tc：压缩过程或膨胀过程产生的温差Tbpc：双相变换热器传热温差,高温时段：,压缩制冷循环,通过调整压缩机的压缩比即可完全消除环境气温变化所导致的空冷散热器参数的相应变化对双相变换热器出口参数的影响,实现保持
4、汽轮机排气背压不随环境气温而变化的目的,消除了导致直冷机组煤耗高、难满发、常跳闸等缺陷,复间冷功能实现的技术可行性,低温时段：,环境气温变化，调整升压泵扬程以维持双相变冷侧入口压力恒定，氨气轮机的功率则随环境气温的减低而增大或升高而减小,全年环境气温的变化，视气温的高低，分别通过压缩机与节流阀或氨气轮机与升压泵的自动调整而完全消除风温对排汽背压的影响,复间冷功能实现的技术可行性,3.2 利用环境低温资源的可行性论证,环境低温资源：环境气温很低时，其所决定的空冷散热器的氨冷凝参数通常都要低于双相变换热器冷侧液氨的沸腾（或气化）参数，通过膨胀机或氨气轮机利用两者之间的焓差做功，这部分功是利用自然环
5、境低温转化来的，故称作环境低温资源。且环境温度愈低，氨气轮机多做的功愈多。,复间冷利用低温环境资源的方式至少有：,二是维持氨气轮机功率基本不变，即让氨气轮机的排气压力随着空冷散热器冷凝压力的降低而降低的同时，其进气压力也随排气压力降低而作相应降低，以维持氨气轮机的工质理想焓降基本不变，这时氨气轮机可基本维持在设计工况下运行。氨气轮机进气压力下降进而引起汽轮机排气真空的提高，从而增大了汽轮机低压缸的蒸汽理想焓降，导致汽轮机的功率和循环热效率均有所增高。,一是维持汽轮机排汽背压不变，而是让氨气轮机的排气压力随空冷散热器冷凝压力的降低而降低，因而氨气轮机的功率随之增大,复间冷功能实现的技术可行性,超
6、低背压运行工况,将排汽背压降至最低2.3KPa，相应温度20 ，扣除Tbpc=5，氨沸腾参数15 ，728.34KPa，1695.61KJ/Kg。此时若不投运正或逆制冷循环，则空冷散热器的冷凝参数=沸腾参数，扣除Tac=15 ，则对应的环境气温为0,复间冷功能实现的技术可行性,若排汽参数仍保持2.3KPa，20；氨蒸发参数：15， 728.34KPa，1695.61KJ/Kg，若环境气温35，则氨冷凝参数：-20，190.25KPa，1655.71KJ/Kg，它的可利用焓降39.9KJ/Kg。这部分焓降可采用膨胀机或氨气轮机带动发电机而将其转变为电能。,逆制冷循环运行工况,环境气温在0以下，氨
7、蒸发参数氨冷凝参数，此时需投入逆制冷循环。,复间冷功能实现的技术可行性,3.3 提高空冷系统设备利用率的论证,低温时段：气温升降，调整升压泵扬程以维持双相变冷侧入口压力恒定，氨气轮机负荷随排汽压力变化而自动升降。,直冷机组,采用预留负荷上升空间，以预防随机性阵风倒灌引起机组跳闸，导致夏季不满发；冬季提高排汽背压防冻亦使负荷减小，这两者均导致利用小时数/运行小时数1,复间冷,高温时段：气温升降，调整压缩机压缩比和节流阀开度可完全消除阵风导致的空冷散热器冷凝压力瞬间升高对双相变换热器产生的影响，从而可持续保持排汽压力恒定，达到满负荷运行（亦称满发）。,冬夏均在最佳背压下满负荷运行，故利用小时/运行
8、小时=1,复间冷功能实现的技术可行性,3.4 空冷系统节水率可达100%的论证,*据中国电力企业联合会科技服务中心2005年11月的空冷机组情况调研数据统计表,我国在役直冷机组的年节水率最高为84%，最低为69%*，国外直冷机组的节水率也只有90%。,直冷机组无法达到100%节水率的主要原因在于需用高压除盐水冲洗机组的空冷散热器风道。对此，本课题组研发了一种新型干式自动吹扫装置，用压缩空气或夹带洗珠）代替高压除盐水以实现免水（water free）空冷系统。,新型干式自动吹扫装置,复间冷功能实现的技术可行性,3.5 节能、减排、节水、抗风四目标协同提高,复间冷技术所具有的上述四种功能，可通过将
9、运行中的排汽背压始终维持在运行优化所确定的最佳值来实现。,按文献算法，若复间冷机组供电煤耗比直冷机组低13-15g/Kw.h，即供电煤耗降低：14g/Kw.h标煤CO2排放减小： 27.94g/Kw.h；SO2排放减小： 0.020g/Kw.h；粉尘排放减小：0.068g/Kw.h；节水率可达100%；公众健康经济损失减少0.63元上述减排量均未消耗其他不可再生资源，为节能的副产品。中国疾病预防控制中心与国际环保组织绿色和平最近在北京发布双方专家共同完成的煤炭的真实成本大气污染与公众健康报告指出：在我国每燃烧1吨煤，就要付出健康经济损失费用达到44.8元。,复间冷功能实现的技术可行性,3.6
10、以氨为工质的可行性,氨相变空冷技术转让报告,复间冷功能实现的技术可行性,EPRI ATC示范电站外观（美国加州Kern电站10MW氨相变间冷外形图）,复间冷功能实现的技术可行性,美国亚利桑拉州12000t氨冷凝器系统航拍图,复间冷功能实现的技术可行性,复间冷系统的热经济性,4.1 热经济性计算基准,复间冷系统热力原理性系统图,直接空冷机组原则性汽水系统,复间冷系统的热经济性,4.2 热经济性评价指标,低温时段：逆制冷循环年累计产/耗电量比,Rar=Qst,l / Qap (1),高温时段：正制冷循环年累计产/耗电量比,Rr = Qst,h / Qac (2),式(1)中，Qst,l低温时段复合
11、制冷循环空冷汽轮机因背压由直冷的9Kpa降至复间冷的排汽背压 而多发的年累计产电量，kwh； Qap氨升压泵年累计耗电量，kwh；,式(2)中，Qst,h高温时段复合制冷循环空冷汽轮机因背压由环境气温所决定的直冷 空冷散热器 冷凝背压降至4复间冷而多发的年累计产电量，kwh； Qac氨压缩机年累计耗电量，kwh；,复间冷系统的热经济性,复间冷系统年累计热性能系数-aTPC,aTPC = 收益/支出 (3),式(4)中 Qst,l+ Qst,h = Qst 收益，复间冷汽轮机机比直冷汽轮机多发的年累计产电量,aTPC =(Qst,l+Qst,h) / (Qac + Qap ) (4),只要aTP
12、C1，复合制冷循环间冷系统经济上是可行的；,即便aTPC=1，考虑到复间冷系统的环保效益和可靠性都比直冷有所提 高，只要一次性投资的回收期基本合理也还是可行的;,甚至aTPC1，综合技术经济比较也还有一定的可行空间。,复间冷系统的热经济性,4.3 热经济性计算基本思路,复间冷与直冷低压缸理想焓降的比较,. 复间冷与直冷温度变幅的比较,设：环境气温为35,复间冷系统的热经济性,4.4 热经济性评价条件,汽轮机参数：NZK600-16.7/538/538 额定功率：600 MW 亚临界 一次中间再热三缸四排汽、单轴直接空冷的凝汽式,环境气温：蒙东某地,蒙东某地典型年气温小时分布图,以600 MW直
13、冷机组为比较基准，设想在同一厂址，装有1台具有同容量、 同参数、同型号但不同低压缸的虚拟复间冷机组,计算条件,复间冷系统的热经济性,4.5 热经济定量分析,压缩功率：,多发功率：,两者相比，有三种可能情况：,经济合算,收支平衡,不合算,收益/支出随环境温度变化趋势,复间冷系统以背压4.9Kpa，前述的 机组参数和环境气温条件为例,复间冷系统的热经济性,4.5 热经济定量分析aTPC,逆制冷循环年累计产/耗电量比Rar：,正制冷循环年累计产/耗电量之比Rr：,复间冷系统年累计性能系数aTPC：,蒙东某地电厂aTPC与排汽背压关系,aTPCmax=3.95；设计背压Pc，opt=6.9Kpa,复间
14、冷系统的热经济性,4.5 热经济定量分析收支差RED,考虑效率的实际收支差，RED,最大收支差曲线,收支差曲线RED与环境气温Te的关系式,RED=123.81+0.1Te+0.00121*Te2 -5Te0,RED=118.64-5.3*Te+0.0726 *Te2 0Te40,5.1 直接环境效益1,据文献数据推算，节约1吨标煤，减排：炭粉尘0.68吨CO22.4925吨, SO20.075吨 NOX0.0375吨,复间冷系统的效益预测,按2009年空冷装机容量和复间冷较直冷节煤14g/Kw.h计，年节约标煤量525.78万吨，相应减排：炭粉尘357.53万吨CO21310.51万吨（原计
15、算数据为1130万吨）SO239.43万吨 NOx19.72万吨,CDM：CO2减排效益为80万欧元/年(2007年欧洲市场价),5.1 直接环境效益2,节水：取直冷的节水率均值76.5%，600MW湿冷机组的耗水量平均为50000吨/时，按年运行5500小时计，则一台亚临界600 MW复合循环间冷机组每年可节水55500（1-76.5%）=6462.50万吨。,复间冷系统的效益预测,如复合循环间冷全面代替直冷，其节水量将会对三北地区的生态环境产生巨大的效益。,夏季能满发,冬季无冻害,倒风不跳闸,5.2 间接效益,设备利用率明显提高,复间冷系统的效益预测,大中小汽轮发电机组（火电，太阳能热发电，核电）,石油、化工、冶金、建材等行业的大中小型空气冷却 器设备更新,
