蒸汽动力循环耦合正、逆制冷循环的电站空冷系统理论与评价研究
详细信息    本馆镜像全文|  推荐本文 |  |   获取CNKI官网全文
摘要
煤炭在我国一次能源结构中的主导地位,决定了在电力生产中以煤电为主的格局在未来的几十年内不会根本改变。在富煤缺水的北方地区建设空冷电站,“西电东送”是我国开发大西部的一个重大举措。直冷技术得到广泛应用,但存在煤耗高及环境适应能力差等问题。因此,研究一种新的系统,既具有直冷系统高的节水率,又有湿冷机组相近的背压,是电站空冷界追求的目标,对空冷技术的发展具有重要理论意义和巨大的实用价值。
     提出了一种电站汽轮机凝汽器新型间接空冷系统(以下简称复合空冷系统),它通过特制的双相变换热器将制冷循环及与其并联的逆制冷循环和蒸汽动力循环串接耦合,以使系统能根据环境温度的高低,分别利用正、逆制冷循环的相互切换和制冷设备运行参数的调整将蒸汽动力循环的平均放热温度降到和水冷系统相近或更低,提高机组的效率及环境适应能力。
     在环境高温时段,制冷循环运行使排汽维持在某一合理水平,保证汽轮机安全、经济稳定地运行。讨论了汽轮机排汽潜热的利用原理,提出了排汽潜热的外利用和内利用的概念,并基于热力学分析给出了排汽潜热的可利用指标。在严寒地区,环境低温时段,可以进行逆制冷循环的动力利用,带动原动机输出动力或带动发电机发电。
     从能级匹配的观点来看,吸收制冷循环相对更为合理,体现了能量的“梯级利用、按质用能”原则。首次提出了基于氨吸收式制冷复合空冷系统(以下简称新型系统),新型系统利用氨吸收制冷循环的设备代替了原系统能耗巨大的压缩机。
     预测了复合空冷系统的主要效果,并进行了相应的经济、社会效益估算;为定量分析复合空冷系统的经济性同时也便于设计选型,建立了性能评价指标;建立了复合循环空冷和传统直冷的热力学模型,详细分析了复合空冷的热力学性能,分析了复合空冷机组收益产生的原因。
     以霍林河电厂在建亚临界600MW机组及气温环境条件为例,分别对直冷和复合空冷进行了经济技术分析,结果表明复合空冷系统投资大于直冷系统,但投资可在运行不到一年内收回。
     本文的最后,指出了有待进一步深入研究的问题。得出结论:复合循环空冷系统的原理可信,技术可行,效果显著。
In the coming several decades, coal-based model of the electricity production will not change while the coal still plays a dominant role of primary energy sources in our country. Building power plants in northwest of China where coal-rich and arid region, which is a key step of develop-the-west strategy,called“Electric Power Transmission from West to East”.
     The direct-cooling technology is used widely, but there is any problem including high coal consumption and poor environmental adaptation. Therefore, a new system is expected, which has not only high water saving of direct cooling system, but also low back-pressure close to wet unit. It has important theoretical significance and great practical value for the development of air-cooling technology.
     A new indirect air cooling system for steam condenser in power plant was presented in this paper, in which the steam power cycle was coupled with the positive and negative sequence refrigerating cycle(hereinafter called“combined cycle air cooling system”or CCACS)by means of a special dual-phase change heat exchanger. According to the ambient temperature, the combined power and refrigeration cycle was expected to work in positive or negative order for keeping the turbine back pressure to water cooled level or more lower. At the same time, it can increase unit efficiency and environmental adaptability.
     From the view point of energy utilization, absorption refrigeration cycle is relatively more reasonable. It is consistent with the principle of using energy that" cascade utilization, use according to the quality". A new indirect air cooling system based on ammonia absorption refrigeration cycle (Next shall be abbreviated to new system) in power plant was presented. In high temperature, it replaces compressor with ammonia absorb refrigeration equipment to reduce energy consumption.
     This thesis not only predicted the effects, but evaluated the potential economic and social benefits. To quantitate analysis and facilitate type selection, some criteria were established on which the performance evaluation of CCACS is based. The thermodynamics models of direct air cooling system and CCACS was made, and the performance of CCACS was analyzed in detail. Then the income causation of the CCACS was obtained.
     For an example, one 600MW unit based on the temperature environmental conditions in Huo lin he power plant, Economic and Technical Analysis both direct cooling system and CCACS was done, and the results showed that the investment could be recovered within less than a year, indicating the feasibility of the CCACS.
     Finally this thesis points out the unsolved questions for the new style air cooling system and makes conclusions that the principle is trustworthy, the technology is feasible and effects are outstanding for the new cooling system.
引文
[1]齐夏冬,贾树本,马义伟,等.电站凝汽设备和冷却系统.北京:水利电力出版社,1990
    [2]杨善让.汽轮机凝汽设备及运行管理.北京:水利电力出版社,1993
    [3]温高.电站空冷技术.北京:中国电力出版社,2008
    [4]兰州石油机械研究所.换热器(下册).北京:烃加工出版社,1990
    [5] Miliaras E.S.Power plants with air-cooled condensing systems.The MIT press,1974
    [6]马义伟.空冷器设计与应用.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1998
    [7] Detlev G.K.Air-Cooled Heat Exchangers and Cooling Towers.Distributed by Begell House,Inc.,New York,2004
    [8]中电联. 2008年全国电力工业统计快报. http://www.china power.com.cn/newsarticle/1081/new1081900.asp,2009-01-06
    [9]张国宝.科学发展:电力工业赢得挑战的根本路径.求是.2009,7:25~27
    [10]王莉萍,郑金武. 50年内煤炭仍是能源老大难摆脱的现实. http://chanye.finance.sina.com.cn/zy/2007-06-06/325590.shtml
    [11]江哲生.我国电力发展的未来.发电设备.2006,1:1~5
    [12]王楠,白建华,张风营,等.煤炭产区大力发展空冷机组的必要性与可行性研究.中国电力.2008,41(2):8~10
    [13]周小谦.加快西部电力开发,实施“西电东送”的战略.中国科协2001年学术年会分会场特邀报告汇编,中国长春,2001:87~99
    [14]李兴源.“西电东送”的战略意义和展望.中国电机工程学会西部电力工业发展战略学术研讨会论文集.2000
    [15]辛绍平.论西电东送的必要性和可行性.中国电力.2001,34(2):1~3
    [16]张晓燕.国内外空冷发电厂的发展历程.电力设备.2006,3:106
    [17]马义伟.发电厂空冷技术的现状与进展电力设备.2006,7(3):5~7
    [18]王佩璋.我国火力发电厂直接空冷技术发展电力设备.2007,8(10):2~5
    [19]付玉玲,胡三高,徐鸿.空冷系统发展及展望.山东电力技术.2006,1:14~16
    [20]王佩璋.我国大型火电直接空冷技术的特点.电力勘测设计.2004,2: 35~38
    [21]伍小林.我国火力发电厂空气冷却技术的发展现状.国际电力.2005,9(1):1~4
    [22]武俊.600MW机组直接空冷技术在国内的应用.华北电力技术.2005,3:17~20
    [23]谭海昆.提高空冷机组经济性的研究.华北电力技术.1998,1:13~16
    [24]刘海锋,张薇,陈俊丽.直接空冷系统“国产化”及发展模式探讨.华电技术.2008,30(4):15~18
    [25]中国电力企业联合会科技服务中心.空冷机组情况调研数据统计表(内部资料) .2006,11
    [26]杨善让,徐志明,王恭,等.蒸汽动力循环耦合正、逆制冷循环的电站空冷系统.中国电机工程学报.2006,26(23):61~66
    [27]任仁.温室气体及其全球增暖潜势.大学化学.1996,11(5):26~30
    [28]张仁健,刘学义.中国二氧化碳排放源现状分析.气候与环境研究.2001,6(3):321~327
    [29]国家发展和改革委员会能源研究所.中国可持续发展能源暨碳排放情景分析—综合报告,2003.5
    [30]杨善让,徐志明,孙灵芳.换热设备污垢与对策(第二版).北京:科学出版社,2004
    [31] Surface M . O . System designs for dry cooling towers . Power Engineering.1977,81(6):42~50
    [32] Claire E.,David J.,Glene. J,et al. Developments in Dry Cooling of Power Plants. Vol 41. Proceedings of the American Power Conference,1979:673~684
    [33] McHale, C.E., Jablonka G.E., Bartz J.A., et al. A New Developments in Dry Cooling of Power Plants.Combustion.1980,11 (5):28~36
    [34] Bartz J.A.,Maulbetsch J.S. Phase-change dry/wet cooling system for power plants . In : Grigull U ., Hahne E ., Stephan K ., et al . eds . Proceedings of the Seventh International Heat Transfer Conference.New York:McGraw Hill International Book Company,1982
    [35] Wet/dry cooling Demonstration:Test Results.EPRI CS-4321 Project 422-3 Interim Report May 1986.Prepared by Battelle, Pacific Northwest Laboratories Richland,Washington,1990
    [36] Wet/dry cooling Demonstration:A transfer of Technology.EPRI CS-5016 Project 422-3 Final Report January 1987.Prepared by Battelle,Pacific Northwest Laboratories Richland,Washington,1990
    [37] Bouchard C.T.,Rothrock E.W.,Maher J.B., et al.Power Producing dry-type Cooling system. United States Patent:4 212 168.1980-07-15
    [38] Husain M.,Lai B.,Maher J.B., et al.Power Producing dry cooling apparatus and method. United States Patent:4 291 538,1981-09-29
    [39] Hamon L.B.新开发的空冷凝汽器:SRC翅片管和自然通风空冷凝汽器.杜秋平,译.《美国政府报告》N94-28088.(本文选自华北电科院内部资料)
    [40] Hesse G.,Augustine P.R.Wyodak:干式冷却的里程碑.徐伟婷,译.《动力工程》1980,8.(本文选自华北电科院内部资料)
    [41]王佩璋.我国火电空冷机组发展的4个阶段和装机规模.发电设备.2009,1:69~72
    [42] William W.Air-cooled condensers eliminate plant water use.http: //www.powermag.com/water/Air-cooled-condensers-eliminate-plant-water-use_1361_p2.html,2008-12-15
    [43]杜小泽,金衍胜,姜剑波,等.火电厂直接空冷凝汽器传热性能实验研究.工程热物理学报.2009,30(1):99~101
    [44]石磊,石诚,李星,等.冬季自然通风状态下直接空冷凝汽器的性能.汽轮机技术.2009,51(2):137~140
    [45]王佩璋.消除强热风回流威胁汽轮机停机的解决方法.发电设备.2009,3:45~47
    [46]江瀚,薛海君,张健.谈减弱环境横切风对直接空冷机组运行影响的解决方案.全国火电空冷机组技术交流论文,2007
    [47]王佩璋.火力发电空冷机组节能降耗的技术途径.电力勘测设计.2006:45~48
    [48]魏高升,刘立祥,杨立军,等.火电厂直接空冷凝汽器出口热空气作为锅炉燃烧用风的综合分析.现代电力.2008,25(2):57~60
    [49]李坤,熊扬恒.直接空冷散热器出口热空气利用的可行性研究.热力发电.2007,1:8~11
    [50]丁振宇,丁常富.防风网在直接空冷电站中的应用.东北电力技术.2009,4:17~19
    [51]钱自力.利用风力发电抑制空冷直冷发电机组凝汽器热风回流的方案.第二届全国空冷机组技术交流研讨会论文.内蒙.包头. 2006.12
    [52]安亦然.电厂直接空冷系统数值模拟的回顾和发展.第四届全国空冷机组技术交流研讨会论文集.2009,9.宁夏.银川:1~6
    [53]顾志福,张文宏,李辉,等.电厂直接空冷系统风效应风洞模拟实验研究.热能动力工程, 2003,18 (104) :159~162
    [54]王松岭,赵文升,刘阳,等.直接空冷机组雾化增湿系统的数值研究.中国电机工程学报. 2008,28(29):28~33
    [55]王佩璋.我国火电直接空冷技术的创新与优化发展.发电设备.2008,3:270~272
    [56]张新海.1000MW超超临界机组直接空冷系统技术探讨.华电技术.2008,30(5):7~11
    [57]谢滨,秦建明,柴靖宇,等.SCAL间接空冷系统.中国发明专利申请号: CN200610078120.9
    [58]杨驭.空冷汽轮机的一体化排汽装置.中国实用新型专利申请号:200620024645
    [59]林秋宇.关于排汽联合装置除氧问题的研究.电站辅机.2006,97(2):24~25
    [60]葛政宁.板翅式换热器应用于火电空冷机组上的性能研究.硕士学位论文.杭州:浙江大学,2007
    [61]石诚,王智.某电厂空冷系统的优选分析.电力建设.2008,29(8):84~86
    [62]杨护洲,赵亮.超大机组空冷方案的探讨.第四届全国空冷机组技术交流研讨会论文集.宁夏.银川. 2009.9:93~96
    [63]郝卫,张国庆.浅谈电站直接空冷系统ITD值的优化方法.电力学报.2000,15(3) :175~177
    [64]张鸿坚.空冷发电厂冷却系统优化设计的一个方法.中国电机工程学报.1993,13(4):68~72
    [65]林宝庆,朱宝田.火电机组直接空冷系统初始温差的优选.热力透平.2006,35(4):269~272
    [66]付玉玲,胡三高,徐鸿.直接空冷系统初始温差值的优化分析.动力工程.2006,26(3):403~406
    [67]贺广智,梁振明.大唐阳城电厂600MW间接空冷系统综述.全国火电空冷机组技术交流会,内蒙古包头,2006,12:226~230
    [68]朱大宏,冯璟.SCAL型间接空冷系统设计技术方案.第四届全国空冷机组技术交流研讨会论文集.宁夏.银川.2009.9:7~14
    [69]安普亮.1000MW超超临界空冷发电机组选型及现状分析.华电技术.2008,30(3):18~21
    [70]孙佳南.高效节能超(超)临界空冷汽轮机的优势及发展前景.节能技术.2008,26(4):337~339
    [71]王佩璋.表面式凝汽器间接空冷电厂适用条件研究.第三届全国空冷机组技术交流研讨会论文集.陕西.西安. 2008.9:227~232
    [72]惠超,王威.600MW湿冷机组改空冷系统可行性分析.第三届全国空冷机组技术交流研讨会论文集.陕西.西安. 2008.9:84~87
    [73]惠超.直接空冷和间接空冷比较论证.第二届全国空冷机组技术交流研讨会论文集.内蒙.包头. 2006.12:264~272
    [74]王圣,朱法华.火电厂空冷机组水耗及煤耗性能分析.环境科学与管理.2008,33(5):64~66
    [75]刘大钧,王圣,蔡春霞,等.我国燃煤电厂空冷机组的环境影响分析与研究.华东电力.2008,36(1):116~118
    [76]陈建功.直接空冷系统主要设计参数确定研究.第二届全国空冷机组技术交流研讨会论文集.内蒙.包头. 2006.12:273~282
    [77]魏德.北方典型气候条件下600MW直接空冷机组的优化运行.硕士学位论文.北京:华北电力大学,2007
    [78]张新海.我国空冷机组运行情况的分析及建议.山西电力.2009,(s1):109~112
    [79]王世玲.华能伊敏煤电项目环保违法调查:仅仅是程序问题?http://www.in-en.com/power/html/power-0730073089381610.html . 2009-06-23
    [80]王佩璋.我国大型火电直接空冷技术的特点.电力勘测设计.2004,2:35~38
    [81]王佩璋.火电直接空冷机组的运行技术与经济指标.热力透平,2006,35(4):279~284
    [82]孙奉仲.大型汽轮机运行.北京:中国电力出版社,2005
    [83]刘乃铎.空冷发电厂设计气温的选择.电力建设.2000,7:28~29
    [84]高增宝,柴靖宇.关于空冷机组在夏季炎热期满发的问题.电力建设.1998,9:28~31
    [85]杨立军,郭跃年,杜小泽,等.环境影响下的直接空冷系统运行特性研究.现代电力.2005,22(6):39~42
    [86]张福龙,田亚钊,李荣.ACC散热器脏污导致机组运行背压升高的原因分析.华北电力技术.2008,8:52~54
    [87]高清林.直接空冷机组存在的问题及其对策初探.汽轮机技术.2008,50(1):58~61
    [88]王佩璋.干-湿并列冷却系统在火电厂应用.电力建设.1997,12:36~38
    [89]吴业正,韩宝琦.制冷原理及设备(第二版).西安:西安交通大学出版社,1997
    [90]陈贵堂,王永珍.工程热力学(第二版).北京:北京理工大学出版社,2008
    [91]毛以惠,于国和.吸收式与蒸汽喷射式制冷机.北京:机械工业出版社,1985
    [92]《制冷工程设计手册》编写组.制冷工程设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1982
    [93]杨思文.大力推广吸收式制冷机,发展热电冷联合生产.能源研究与利用. 1993,5:2~7
    [94]杨思文.氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之八—能量指标与技术经济.流体工程.1990,4:56~62
    [95]杨思文.氨水吸收式制冷机的基础理论和设计之二—热力学基础(I).流体工程.1990,5:2~7
    [96] Revie R.W.Uhlig′s Corrosion Handbook,Second Edition. Published by John Wiley & Sons,Inc.,New York,2000
    [97]夏恩君.项目投资决策分析:方法与技术.北京:经济科学出版社,2008
    [98]史琳等.HCFC的替代物THR03的研究.工程热物理学报.1999,20(5):538~541
    [99]史琳等.HFC22替代制冷剂THR03的试验研究.暖通空调.2000,30(2):1~4
    [100]张于峰,马九贤.丙烷及其混合物作为空调制冷剂可行性研究.制冷学报.1999,2:18~24
    [101] Purkayastha B.,Bansa1 P.K.An experimental study on HC290 and a commercial liquefied petroleum gas(LPG)mix as suitable replacements for HCFL-22.Refrigeration,1998,21(1):3~17
    [102] Liu B.,Chien K.,Wang C.Effect of working fluids on organic Rankine cycle for waste heat recovery.Energy,2004,29:1207~1217
    [103] SUN D.Comparative study of the performance of an ejector refrigeration cycle operating with various refrigerants . Energy Conversion &Management, 1999,40 (8) :873~884
    [104] Chang Y S., Kim M .S.Performance and heat transfer characteristics of hydrocarbon refrigerants in a heat pump system. International Journal of Refrigeration.2000,23(3):232~242
    [105]徐明仿,马贞俊,周晋,等.R22的新型绿色替代制冷剂.制冷与空调.2004, 4(3):70~73
    [106] Marcel B . Ammonia Absorption Refrigeration in Industrial Processes.Gulf Publishing Company. Houston,Texas.1981
    [107]宋新南,范鹏,宋爽.酒精厂循环冷却水降温系统的制冷改造设计工业水处理.2007,27(5):83~86
    [108]田青,张宁宁,颜世雷,等.低温余热制冷新技术及其应用.氮肥技术.2008, 29(2):17~19
    [109]王凡.利用制冷技术提高机组夏季出力的设想.华东电力.1993,11:15~18
    [110]中国电力工程顾问集团公司东北电力设计院.复合循环间冷系统说明,(内部资料).2006,11
    [111]杨一凡.氨制冷技术的应用现状及发展趋势.制冷学报.2007,28(4):12~19
    [112]丁云飞,冀兆良.氨制冷剂在空调冷源中的应用前景分析.制冷学报.2000, 1:43~46
    [113]林康立.重新评价和认识氨工质在CFCs替代中的作用.制冷技术.2000, 2:35~38
    [114]邹丽,刘学斌.氮制冷系统的危险性评估.安全.2008,4:90~96
    [115]任金禄.制冷剂安全性评估.制冷与空调.2008,8(2):13~17
    [116]傅秦生,刘跃新,钱立伦.发电厂相变干冷排热系统优化与不确定性分析初探.西安交通大学学报.1995,29(5):18~23
    [117]毛宗强.氢能—21世纪的绿色能源.北京:化学工业出版社,2005
    [118]大型空冷系统空冷散热器的干式吹扫装置,发明专利,专利号:ZL200710055348.0
    [119] Schultz S.C.Equations of state for the System Ammonia-Water for Use with computers . Progr . Refrig . Sci . Technol ., Proc . l3th Int.Congr. Refrig.1971,VoL 2:34
    [120]袁竹林.利用电子计算机对双级氨水吸收式制冷系统的研究.硕士学位论文:南京,东南大学.1984
    [121]张永贵.绿色能源—冷能.自然杂志.2001,22(4):217~219
    [122]张津生等.21世纪潜在的绿色能源—自然冷能.世界科技研究与发展.1999, 21(1):51~54
    [123] W.M.凯斯,A.L.伦敦,等.紧凑式热交换器.宣益民,张后雷译.北京:科学出版社, 1997
    [124]李秀云,严俊杰,林万超.火电厂冷端系统评价指标及诊断方法的研究.中国电机工程学报.2001,21(9):94~98
    [125]李秀云,严俊杰,林万超.冷端系统运行经济性诊断方法的理论研究.西安交通大学学报,2001,35(5):479~484
    [126]陈国年.发电厂冷端系统最优运行方式的研究.汽轮机技术.2004,46(1):69~74
    [127]杨旭中.关于发电厂冷端优化的几点意见.电力建设.1997,4:19~21
    [128] Stojakovic M.,Vasiljavic N.Steam power plant efficiency enhancement by means of‘cold end’optimization during exploitation.Chicago:American Power Conference 57th Annual Meeting,1995,57:560~565
    [129] Czylwik M.,Fink H.On-line optimization of cooling water operating regime of a river water cooled cogeneration station.VGB Kraftwerks Technik, 1999,79(7):5~9
    [130] Falko W.,Rainer A.Ulrich Maschke Optimization potential for power plants generating electricity measures at the cold end.VGB Power Tech,2005,85(9):84~87
    [131]顾伟,翁一武,曹广益,等.低温热能发电的研究现状和发展趋势.热能动力工程.2007,22(2):115~119
    [132] Tamm G.,Goswami D.Y.,Lu S.,et al.Novel combined power and coolingthermodynamic cycle for low temperature heat sources , Part I :theoretical investigation.Journal of Solar Energy Engineering, 2003,125(2):218~222
    [133] Tamm G,Goswami D Y. Novel combined power and cooling thermodynamic cycle for low temperature heat source , Part II : experimental investigation.Journal of Solar Energy Engineering,2003,125 (2) :223~229
    [134]王宇,韩巍,金红光,等.新型中低温混合工质联合循环.中国电机工程学报.2003,23(11):200~204
    [135]郑彬,翁一武,顾伟,等.低温热源喷射式发电制冷复合系统特性分析.中国电机工程学报.2008,28(29):16~21
    [136] Zheng D,Chen B, Qi Y.Thermodynamic analysis of a novel absorption power/cooling combined cycle.Applied Energy,2006,83(4):311~323
    [137]刘猛,张娜,蔡睿贤.氨吸收式串联型制冷和动力复合循环及敏感性分析.中国电机工程学报.2006,26(1):1~7
    [138]毛顺发,王岩.利用火电厂汽机排汽余热发电的可行性研究.江西电力职业技术学院学报.2002,15(2):15~20
    [139]詹宇鑫.宣威电厂300 MW汽轮机低压缸采用新型热力循环技术探讨热力发电.2005(2):57~59
    [140] Von Cleve H.H.带自然通风塔的空冷凝汽设备直接和间接系统经济和技术的比较.李惠卿,译.VGB,1976, 56.(9):32~38
    [141]杨东华.(火用)分析和能级分析.北京:科学出版社,1986

© 2004-2018 中国地质图书馆版权所有 京ICP备05064691号 京公网安备11010802017129号

地址:北京市海淀区学院路29号 邮编:100083

电话:办公室:(+86 10)66554848;文献借阅、咨询服务、科技查新:66554700