宁夏灵武电厂二期2×1000MW工程空冷机组Word格式.doc
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第49册
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60-TB359-02-A03-49
批 准:
雷 克 昌
审 核:
徐 陆
校 核:
杨 平 正
编 制:
姚 冬 梅
目录
1概述 1
2常规气象条件 1
2.1气候概况 1
2.2常规气象参数统计 2
2.3多年逐月气象资料 13
3空冷器布置 13
3.1环境风对空冷系统的影响 13
3.2空冷系统数值模拟试验简介 14
3.3一期空冷系统简介 20
3.4本期空冷系统设计 21
41000MW机组空冷系统设计需要解决的其它技术问题 30
4.1主机方面 30
4.2直接空冷系统ACC 30
1000MW工程第2卷第3分卷第17册专题报告 勘察设计投标阶段
1概述
本工程系扩建电厂性质。
一期安装2×
600MW燃煤空冷机组,汽轮机排汽冷却系统采用机械通风空冷凝汽器系统(ACC)。
本期建设规模为2×
1000MW燃煤空冷机组。
根据可行性研究报告审查意见,汽轮机排汽冷却系统仍采用ACC系统。
电厂预留再扩建条件。
电厂年利用小时数为5500小时。
该厂址位于灵武市以北,西邻灵临公路,东靠秦渠,南距灵武市中心直线距离约6.0km。
该厂址地貌属于山前冲洪积扇与黄河阶地交接部位,厂址自然标高1113.0~1117.0m(黄海高程,下同),地形平坦,地势开阔,场地大致由东向西微倾,最大高差约4m,自然坡度约0.3%。
2常规气象条件
2.1气候概况
本区深居大陆腹地,东边为毛乌素沙漠,西边隔黄河川道是腾格里沙漠,为典型的大陆性季风气候,表现为降水少,蒸发大,日照充足,温差大,春季多风而干旱,冬季寒冷而漫长,夏季多偏南风,冬季多偏北风,年平均气温为8.8℃,极端最高气温为41.4℃,极端最低气温为-28.0℃,全年降水量为203.4mm,降水量集中在7、8、9三个月,这三个月降水量为全年降水量的64%。
灵武气象站位于灵武县城西3km处国营灵武农场场部“郊外”,于1953年3月设站观测,其地理位置为东经106°
18´
,北纬38°
07´
,观测场海拔高度1115.9m。
电厂厂址位于气象站东北约5km处,由于厂址距气象站较近,又同处黄河川道,无山体阻挡,故认为灵武气象站资料可直接移用于灵武电厂,即灵武电厂空冷气象条件可根据灵武气象站资料统计求得。
2.2常规气象参数统计
灵武气象站基本气象要素年值统计表
项目
单位
数值
发生日期
平均气压
hPa
889.8
极端最高气压
915.4
1975.11.22
极端最低气压
867.1
1996.3.15
平均气温
℃
8.8
最热月平均气温
23.6
最冷月平均气温
-8.1
极端最高气温
41.4
1953.7.8
极端最低气温
-28.0
1954.12.28
平均水汽压
7.9
最大水汽压
30.5
1977.8.1
最小水汽压
0.1
1960.1.3、1979.2.6
平均相对湿度
%
57
年平均降水量
mm
203.4
一日最大降水量
95.4
1970.8.1
最大一小时降水量
32.3
1999.7.2
最大10分钟降水量
15.5
年平均蒸发量
1774.4
年最大蒸发量
2055.4
1972
年最小蒸发量
1508.8
1988
平均风速
m/s
2.5
最大风速
21.0NW
1993.4.23
极大风速
27.7
1993.5.6
最大积雪深度
cm
13
1963.4.5
最大冻土深度
109
1968.3
平均雷暴日数
d
15.8
最多雷暴日数
30
平均沙暴日数
6.8
最多沙暴日数
50
平均大风日数
12.1
最多大风日数
80
年最多冻融循环次数
times
85
2000年
根据灵武气象站1956~2000年共45年历年最大风速资料系列,采用极值Ⅰ型法统计计算,求得五十年一遇最大风速为24.2m/s,相应风压为0.37kN/m2。
根据灵武气象站1953~2000年共48年历年极端最低气温资料,进行P—Ⅲ型频率统计,求得平均极端最低气温为X=-21.8℃,Cv=0.13,Cs=4Cv,三十年一遇极端最低气温为-27.6℃,相应风速为12m/s。
根据灵武气象站多年风向资料统计,全年主导风向为N和SSE,夏季和冬季主导风向分别为N、SSE和N。
根据灵武气象站多年实测的风向频率资料统计并绘制了灵武气象站全年、夏季、冬季风向玫瑰图,详见附图W-02、W-03、W-04;
依据近10年的逐时资料统计并绘制了典型年6~8月风速≥3m/s风向玫瑰图、典型年风速≥3m/s风向玫瑰图、典型年风速≥5m/s且气温≥26℃风向玫瑰图、近10年风速≥3m/s风向玫瑰图、近10年6~8月风速≥3m/s风向玫瑰图、近10年风速≥5m/s且气温≥26℃的风向玫瑰图,详见附图W-05、W-06、W-07、W-08、W-09、W-10。
2.3多年逐月气象资料
灵武气象站逐月气象要素统计
月份
平均温度
(℃)
(%)
(hPa)
(m/s)
1
54
894.4
2.7
2
-4.2
892.4
3
3.3
889.9
2.9
4
11.0
45
887.4
3.0
5
17.3
46
885.7
2.8
6
21.6
52
883.1
7
62
881.2
2.4
8
21.9
68
884.3
2.2
9
16.1
67
889.7
1.9
10
9.2
64
894.0
2.1
11
1.2
895.9
12
-6.0
60
895.4
3空冷器布置
3.1环境风对空冷系统的影响
环境风对空冷系统的影响,表现为空冷平台上部的热空气,在侧向风吹过空冷凝汽器的影响下,回流到空冷平台下部风机进口处,使风机进口气温升高从而降低空冷器的冷却效果。
为降低热风回流的影响,在空冷平台四周设置了挡风墙。
另外,直接空冷的布置,考虑了环境大风对系统散热的影响问题。
空冷凝汽器布置在汽机房A排外,平行于A排柱布置。
从空冷器散热考虑,空冷系统的总体布置主要考虑环境风对空冷器的影响。
它与地形地貌及周围建筑物的布置有关。
按照国内外的风洞试验结果和实际运行经验,一般情况空冷器的正面(锅炉房的反方向且平行于主厂房A排)应垂直于全年,特别是夏季的主导风向;
并应垂直于全年,特别是夏季风速大于3m/s的主导风向,同时还应考虑大风和高温的不利组合对空冷器的影响。
尽量避免主导风向(特别是大风和高温的不利组合)从炉后吹来的最不利风向。
其它风向的影响应分析对系统的影响程度,考虑相应的防范措施。
3.2空冷系统数值模拟试验简介
3.2.1空冷系统数值模拟试验的目的
灵武电厂原规划容量为6×
600MW燃煤空冷机组。
为保证机组的安全运行,宁夏灵武电厂委托北京大学力学系和北京方达时空数字仿真技术研究所进行宁夏灵武电厂空冷系统数值模拟试验,以评估环境对空冷系统造成的影响;
同时对避免或减少不利风向、风速、气温对空冷系统的影响,提出建议性防治措施。
试验具体进行了以下工况的计算:
(1)提出风向、风速、气温的不同组合时,对空冷系统的影响程度(给出换热效率、引起的风机进口温度升高值和影响面积(或风机台数));
(2)对空冷系统机组、规划空冷系统机组布置给出建议;
给出环境风对空冷系统影响的有利风向区域、较有利风向区域、不受影响风向区域、不利风向区域、较不利风向区域;
(3)通过计算对空冷平台高度,风机风量和挡风墙高度及布置方式提出建议。
(4)通过计算对整个电厂总体平面布置提出建议。
3.2.2数模试验中的术语和约定:
(1)总体布局方案名称的约定:
¨
2+4:
由南至北分别为2×
600MW机组、4×
600MW机组,由西向东依次为锅炉房、汽机房、空冷平台;
(2+4)方案设计示意图如下:
图3-1
4+2:
由南至北分别为4×
600MW机组、2×
2+4镜像:
600MW机组,由东向西依次为锅炉房、汽机房、空冷平台,整体顺时针(南偏西)10度;
(2+4镜像)方案设计示意图如下:
图3-2
4+2镜像:
(2)风向名称的约定:
主导风向:
正北风
次主导风向:
南偏东22.5度风
炉后风:
指从锅炉房后向换热平台方向吹过去的风。
(3)坐标系和风向角的约定:
下图为对2×
600MW机组进行单独计算时的风向角的约定。
为显示清楚起见,特意采用了2×
600MW+4×
600MW镜像的设计方案图。
图3-3
3.2.3试验结论
根据北京大学力学系、北京方达时空数字仿真技术研究所所作的《宁夏灵武发电厂直接空冷系统数值模拟报告》及其评审会会议纪要,得出以下结论:
(1)灵武电厂空冷系统受环境影响比较大,导致灵武电厂空冷系统效率降低的一个主要原因是炉后风的影响,特别是210-220度炉后风(SSE风――次主导风向),在此风向下,当风速达到6米/秒以上,且环境温度较高(>
32℃)时可能出现安全事故。
根据气象资料显示,该地区高温大风的天气出现较多,是灵武电厂最大的隐患。
(2)数值模拟计算的主要有:
(2+4)由南至北(主厂房A排朝东、扩建方向朝北偏东)方案,(4+2)南至北方案及(2+4)和(4+2)两种方案的相应镜像方案,共四种方案。
通过各方案比较,认为(2+4)布局方案较优。
(3)对于上述(2+4)方案及(2+4)镜像方案,计算结果表明:
在较为不利的次主导风向(小风4m/s)情况下,以2+4设计方案换热效率高,相比2+4镜像方案高出约12.6%。
随着风速增大,两种设计方案的区别就十分明显。
在大风(14m/s)且较为不利的次主导风向情况下,仍以2+4设计方案换热效率最高,(2+4)方案比(2+4)镜像方案换热效率高约8.7%。
(4)(2+4)镜像方案逆时针旋转10~15度后,换热效率提高约3~5%,考虑布置上的规整性,对于(2+4)镜像方案建议采用逆时针旋转10度为宜。
原2+4镜像方案设计示意图如下:
图3-4
(5)(2+4)镜像方案逆时针旋转10度,即:
主厂房正南正北布局后,比(2+4)方案换热效率低约4%(在主导风向下)。
逆时针旋转10度后的(2+4)镜像方案示意图如下:
图3-5
(6)(2+4)布局方案为最优方案,但考虑铁路的走向、电厂总体布局等因素,确定灵武电厂总平面按(2+4)镜像方案,即:
主厂房正南正北布局、出线向西设计。
详见图3-5。
3.3一期空冷系统简介
根据直接空冷系统数值模拟报告及最后的评审意见,(2+4)布局方案为最优方案,但考虑铁路的走向、电厂总体布局等因素,最终确定灵武电厂总平面按(2+4)镜像方案,即:
详见上图。
空冷凝汽器布置在主厂房A排外高架平台上,平台高45米。
每台机由56个冷却段组成。
56个冷却段排成8列,每列由5个顺流冷却段和2个逆流冷却段组成。
每台机组空冷凝汽器散热面积为1531848m2。
3.4本期空冷系统设计
3.4.1厂区平面布置
宁夏灵武电厂所处地理位置特殊,高温伴随大风气候发生频率较高。
因此,整个厂区平面的布置,对空冷平台的换热效率影响很大。
在设计一期工程时,我院提供了四种初步设计方案(即2+4、4+2、2+4镜像、4+2镜像)和三种方案间距(2×
600MW机组和4×
600MW机组之间的间距,分别为80米、130米、180米)。
通过对这四种方案分别进行的主导风向和次主导风向下的数模试验,得出结论如下:
2×
600MW机组之间拖开间距越大,换热效率越高。
但是不同间距下换热效率的差别并不是很大。
在大风(14m/s)主导风向情况下,180米间距换热效率比80米间距换热效率约可高出3%。
在次主导风向下几乎没有什么差别。
根据以上结论,且考虑到占地等因素,本期扩建机组主厂房与一期主厂房按拖开100米布置。
3.4.2空冷系统设计
3.4.2.1空冷系统设计气象条件
空冷系统的计算是以环境干球温度为基础的。
根据近十年(1994年~2003年)逐日定时气温统计资料进行计算,求得每年的平均小时气温值,然后与与这十年平均气温进行比较,得出1998年的年平均气温与10年平均气温相同,因此确定1998年为典型年,灵武气象站统计的典型年空气干球气温-小时见下表。
表1典型年干球温度逐时累积频率统计表
气温分级
累计时数
出现频率(%)
34.9~34.0
5.9~5.0
5697
65.1
33.9~33.0
21
0.2
4.9~4.0
5898
67.3
32.9~32.0
47
0.5
3.9~3.0
6145
70.2
31.9~31.0
89
1.0
2.9~2.0
6382
72.9
30.9~30.0
153
1.8
1.9~1.0
6583
75.2
29.9~29.0
218
0.9~0.0
6758
77.2
28.9~28.0
333
3.8
-0.1~-1.0
6950
79.3
27.9~27.0
452
5.2
-1.1~-2.0
7125
81.3
26.9~26.0
581
6.6
-2.1~-3.0
7269
83.0
25.9~25.0
742
8.5
-3.1~-4.0
7425
84.8
24.9~24.0
914
10.4
-4.1~-5.0
7567
86.4
23.9~23.0
1123
12.8
-5.1~-6.0
7729
88.2
22.9~22.0
1334
15.2
-6.1~-7.0
7876
89.9
21.9~21.0
1557
17.8
-7.1~-8.0
8013
91.5
20.9~20.0
1834
20.9
-8.1~-9.0
8151
93.1
19.9~19.0
2126
24.3
-9.1~-10.0
8279
94.5
18.9~18.0
2456
28.0
-10.1~-11.0
8382
95.7
17.9~17.0
2770
31.6
-11.1~-12.0
8477
96.8
16.9~16.0
3079
35.2
-12.1~-13.0
8547
97.6
15.9~15.0
3369
38.5
-13.1~-14.0
8609
98.3
14.9~14.0
3637
41.5
-14.1~-15.0
8646
98.7
13.9~13.0
3892
44.4
-15.1~-16.0
8686
99.2
12.9~12.0
4121
47.0
-16.1~-17.0
8714
99.5
11.9~11.0
4351
49.7
-17.1~-18.0
8728
99.6
10.9~10.0
4585
52.3
-18.1~-19.0
8736
99.7
9.9~9.0
4806
54.9
-19.1~-20.0
8746
99.8
8.9~8.0
5002
57.1
-20.1~-21.0
8755
99.9
7.9~7.0
5238
59.8
-21.1~-22.0
8760
100
6.9~6.0
5481
62.6
根据以上资料,整理出本工程空冷设计空气干球温度为14.0℃,夏季保证满发气温(即夏季累计200h的空气干球温度)为29.25℃。
3.4.2.2空冷系统设计参数
(1)1000MW超超临界机组热力参数
主机资料不全,本文空冷系统暂按如下参数配置(1×
1000MW机组):
汽轮机排汽量:
1561t/h(THA)/1714t/h(TRL)
排汽焓:
2430kJ/kg / 2540kJ/kg
设计背压:
13KPa / 33KPa
设计气温:
14.0℃ / 29.25℃
(2)空冷凝汽器(以下为1×
1000MW机组配置):
l冷却单元数量:
每台机组配10列冷却单元组,每列由8个冷却单元组成,每
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- 宁夏 灵武 电厂 1000 MW 工程 机组