1、一種節(jié)能、減排、節(jié)水、抗風的電站空冷新技術(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),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: Power Producing Dry Cooling System (4212168,

2、 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: Power Producing Dry Cooling Apparatus and Method (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,復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理,傳統(tǒng)空冷技術(shù)缺點,復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理,改進思路,復(fù)間冷系統(tǒng)組成及工作原理,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,低溫時段復(fù)間冷系統(tǒng)運行原理圖,高溫時段,低溫時段,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,復(fù)間冷系統(tǒng)主要功能,維持汽輪機排氣背壓恒定在優(yōu)化

3、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 維持汽輪機排汽背壓恒定的可行性,TexhTe+Tac Tc+Tbpc,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,汽輪機排汽溫度與環(huán)境溫度關(guān)系式,Texh:排汽溫度 Tac：空冷散熱器傳熱溫差 Tc：壓縮過程或膨脹過程產(chǎn)生的溫差 Tbpc：雙相變換熱器傳熱溫差,高溫時段：,壓縮制冷循環(huán),通過調(diào)整壓縮機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,

4、實現(xiàn)保持汽輪機排氣背壓不隨環(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,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，分別通過壓縮機與節(jié)流閥或氨氣輪機與升壓泵的自動調(diào)整而完全消除風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)，通過膨脹機或氨氣輪機利用兩者之間的焓差做功，這部分功是利

5、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：,二是維持氨氣輪機功率基本不變，即讓氨氣輪機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，以維持氨氣輪機的工質(zhì)理想焓降基本不變，這時氨氣輪機可基本維持在設(shè)計工況下運行。氨氣輪機進氣壓力下降進而引起汽輪機排氣真空的提高，從而增大了汽輪機低壓缸的蒸汽理想焓降，導(dǎo)致汽輪機的功率和循環(huán)熱效率均有所增高。,一是維持汽輪機排汽背壓不變，而是讓氨氣輪機的排氣壓力隨空冷散熱器冷凝壓力的降低而降低，因而氨氣輪機的功率隨之增大,復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可

6、行性,超低背壓運行工況,將排汽背壓降至最低2.3KPa，相應(yīng)溫度20 ，扣除Tbpc=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Tac=15 ，則對應(yīng)的環(huán)境氣溫為0,復(fù)間冷功能實現(xiàn)的技術(shù)可行性,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或氨氣輪機帶動發(fā)電機而將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?逆制冷循環(huán)運行工況,環(huán)境氣溫在0

7、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，氨氣輪機負荷隨排汽壓力變化而自動升降。,直冷機組,采用預(yù)留負荷上升空間，以預(yù)防隨機性陣風倒灌引起機組跳閘，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)整壓縮機壓縮比和節(jié)流閥開度可完全消除陣風導(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，達到滿負荷運行（亦稱滿發(fā)）。,冬夏均在最佳背壓下滿負荷運行，故利用小

8、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月的空冷機組情況 調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計表,我國在役直冷機組的年節(jié)水率最高為84%，最低為69%*，國外直冷機組的節(jié)水率也只有90%。,直冷機組無法達到100%節(jié)水率的主要原因在于需用高壓除鹽水沖洗機組的空冷散熱器風道。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（water free）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、抗風四目標協(xié)同提高,復(fù)間冷技術(shù)所具有的上述四種功

9、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)。,按文獻算法，若復(fù)間冷機組供電煤耗比直冷機組低13-15g/Kw.h，即 供電煤耗降低：14g/Kw.h標煤 CO2排放減?。?27.94g/Kw.h； SO2排放減?。?0.020g/Kw.h； 粉塵排放減?。?.068g/Kw.h； 節(jié)水率可達100%； 公眾健康經(jīng)濟損失減少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)濟損失費用達到44.8元。,復(fù)間冷功

10、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,EPRI ATC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)濟性,4.1 熱經(jīng)濟性計算基準,復(fù)間冷系統(tǒng)熱力原理性系統(tǒng)圖,直接空冷機組原則性汽水系統(tǒng),復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性,4.2 熱經(jīng)濟性評價指標,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

11、)中，Qst,l低溫時段復(fù)合制冷循環(huán)空冷汽輪機因背壓由直冷的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氨壓縮機年累計耗電量，kwh；,復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性,復(fù)間冷系統(tǒng)年累計熱性能系數(shù)-aTPC,aTPC = 收益/支出 (3),式(4)中 Qst,l+ Qst,h = Qst 收益，復(fù)間冷汽輪機機比直冷汽輪機多發(fā)的年累計產(chǎn)電量,aTPC =(Qst,l+Qst,h) / (Qac + Q

12、ap ) (4),只要aTPC1，復(fù)合制冷循環(huán)間冷系統(tǒng)經(jīng)濟上是可行的；,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aTPC1，綜合技術(shù)經(jīng)濟比較也還有一定的可行空間。,復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性,4.3 熱經(jīng)濟性計算基本思路,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)濟性,4.4 熱經(jīng)濟性評價條件,汽輪機參數(shù)： NZK600-16.7/538/538 額定功率：600 MW 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

13、年氣溫小時分布圖,以600 MW直冷機組為比較基準，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)間冷機組,計算條件,復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性,4.5 熱經(jīng)濟定量分析,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)濟性,4.5 熱經(jīng)濟定量分析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

14、壓Pc，opt=6.9Kpa,復(fù)間冷系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性,4.5 熱經(jīng)濟定量分析收支差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 -5Te0,RED=118.64-5.3*Te+0.0726 *Te2 0Te40,5.1 直接環(huán)境效益1,據(jù)文獻數(shù)據(jù)推算，節(jié)約1噸標煤，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年空冷裝機容量和復(fù)間冷較直冷節(jié)煤14g/Kw.h計，年節(jié)約標煤量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 NOx19.72萬噸,CDM：CO2減排效益為80萬歐元/年(2007年歐洲市場價),5.1 直接環(huán)境效益2,節(jié)水：取直冷的節(jié)水率均值76.5%，600MW濕冷機組的耗水量平均為50000噸/時，按年運行5500小時計，則一臺亞臨界600 MW復(fù)合循環(huán)間冷機組每年可節(jié)水55500（1-76