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垃圾焚烧发电厂冷却塔选型探讨

设备管理网2018-06-15 06:27:14

       垃圾焚烧发电厂冷却系统主要是指汽轮机排汽端凝汽器冷却系统,将汽轮机已做过功的乏汽冷凝成凝结水,凝结水再输送至锅炉中继续循环。它是垃圾發电系统中的重要组成部分,其工作性能的优劣直接影响到整个垃圾焚烧发电厂的热经济性和运行可靠性。冷却系统主要有直流冷却系统和循环冷却系统(含开式循环和闭式循环)。

       在冷却塔的建设过程中,冷却塔的设计选型是一个重要的环节。这不仅决定了冷却塔的运行冷却效果能否满足生产的需要和电厂基本建设的投入,也关系到日后运行的检修维护管理、能耗及环境保护问题。

       垃圾焚烧发电厂冷却塔的分类和比较:

       按冷却塔通风方式分自然通风冷却塔、混合通风冷却塔、机械通风冷却塔。自然通风冷却塔又称双曲线型风筒式冷却塔,它利用塔内外的空气密度差造成的通风抽力使空气流通,其优点在于冷却效果稳定,运行费用低,故障较少,便于维护,风筒高,飘滴和雾气对环境影响小,缺点在于空气内外密度差小,通风抽力小,不易用在高温高湿地区。由于自然循环冷却塔对塔身高度有要求,且全部由混凝土浇筑而成,自然通风冷却塔施工是垃圾焚烧电厂土建施工中难度、风险较高的一项作业。自然循环冷却塔施工过程中安全风险相比机械通风冷却塔较高,施工危险主要为高空作业引起的人员伤亡及脚手架搭设拆除过程中产生的设备及防护缺陷。相比于自然循环冷却塔,机力塔高度低,占地面积明显减小,且施工量小,施工周期大大缩短,高空作业及脚手架搭设过程中的风险也极大降低。

       机械通风冷却塔又分鼓风式和抽风式冷却塔,分别利用鼓风机或抽风机强制空气流动,其优点是冷却效率高,冷却稳定,占地面积较小,基建投资少,但运行费用高,其中抽风式使塔内呈负正压状态,有利于水蒸发,鼓风式情况则相反,鼓风式冷却塔主要用于小型冷却塔或水对风机有侵蚀性的冷却塔中。

       下面以某垃圾焚烧发电厂实际情况对两种冷却塔进行分析:

       机组及运行条件:焚烧炉焚烧处理能力为500t/d,具备120%超负荷能力,余热锅炉为自然循环卧式锅炉。汽轮机发电机系统采用单轴、单缸单排汽、凝汽式汽轮发电机组。冷却塔配置可按自然通风冷却塔和机械通风冷却塔两种形式配置,自然通风冷却塔配置方式为:2×12MW机组采用自然通风冷却塔的循环供水系统,母管制运行。根据冷却塔选型计算,可配置1座淋水面积为1150m2的钢筋混凝土双曲线自然通风冷却塔。两台机组配置循环水泵4台,其排水工艺流程如下:

       污水处理厂中水→厂区中水深度处理站→工业冷却水系统回水→冷却塔集水池→循环水回水沟→循环水泵房→循环水供水压力母管→辅机冷却水系统→循环水排水压力母管→自然通风冷却塔→冷却塔集水池。

       机力塔配置为:配3座处理能力2100m3/h的机械通风冷却塔。2台机组配置循环水泵4台,1机2泵,循环水进排水管各1根,回水沟1条。其供排水工艺流程如下:

       污水处理厂中水→中水深度处理→工业冷却水系统回水→冷却塔集水池→循环水回水沟→循环水泵房→循环水供水压力母管→凝汽器/辅机冷却水系统→循环水排水压力母管→机械通风冷却塔→冷却塔集水池。

       简要说明:

       冷却效率:机力通风塔βXV=12500~13000kg/(m3·h)

       自然通风塔βXV=3000~3500kg/(m3·h)

       由于机力通风塔的塔断面过风量比自然通风较大,气水热交换的推动力大,填料的利用率高,冷却效率较高。

       回流影响:机力通风塔出口位置一般靠近地面,回流影响所以较大,使环境温度增加从而降低冷却效果。自然通风塔由于出风口较高,而影响较小。

       对气象条件的适应能力:极力通风冷却塔温差Δt较大,逼近度要求低(可实现3~5℃),负荷稳定。自然通风冷却塔湿球温度低,相对湿度低,逼近度要求大(一般≥7℃)。自然通风冷却塔的正常工作主要靠塔内上下的空气密度差来完成,当外界气象条件不利于产生这种密度差(如空气湿度较大)时,塔的热工性能下降明显,而机力通风塔对气候的适应能力则较强。在淋水下淋过程中,机力通风热交换比较充分,机力通风保证了负荷的稳定。

       设备占地面积单塔尺寸:机械通风冷却塔13m×13m,3塔占地面积:39m×13m≈507m2。自然通风冷却塔水池零米直径:41.1m,占地面积:3.14×20.55m×20.55m≈1326m2。自然通风冷却塔要保证一定的气水比,则塔内必须有一定的通风面积,而要保证一定的抽力塔体高度也较机力通风塔高得多。

       动力系统维护保养方面机械通风冷却塔带有风机,所以需要动力系统维护保养。自然通风冷却塔无需动力系统维护保养。运行安全可靠性方面,机械通风冷却塔当塔群台数≥6时,风机设备事故对系统运行影响不大安全可靠,目前机力通风冷却塔设备均配置有风机运行监控系统,确保风机安全运转,当风机需要检修时,冷却塔仍可通水工作,由于自然通风的作用,仍可保留开风机时1/3的冷却能力,对机组系统出力影响可适当减小。

       设备运行噪声方面,机力塔淋水高度低,淋水噪声较低,风机噪音随着距离的加大,噪音值衰减的比较快;自然塔淋水高度大,产生的淋水噪声高且不易得到控制。

       飘滴影响方面,由于机力塔塔体较矮,为减少飘滴影响,可选用B0-16-45型高效除水器,可降低飘滴损失至0.003%。

       机力通风冷却塔与自然通风冷却塔建设投资分析比较:

       机械通风冷却塔设备及安装投资:172.5土建投资167万元;配电装置38万元;降噪投资差值:150万元;总计:527.5万元。自然通风冷却塔土建投资:807万元。由于自然通风塔冷却效率低,占地面积大,结构要求较高,因而材料消耗及土建投资相应较高。(机力通风塔以砼框架、玻璃钢维护板、风筒的混合结构冷却塔测算)由于本项目噪声排放需达到2类标准,故机力塔进出风口都需加装消声器,降噪造价增加150万。

       机械通风冷却塔施工周期(含设备安装周期)2.5个月;自然通风冷却塔施工周期6~8个月;机力通风塔基建量小,利于工厂化生产从而缩短了工期。自然通风塔由于有高大的风筒,基建周期较长。

       经济分析方面,机力塔风机电耗日电耗:270*24*0.65=4212(元),年电耗:4212*360=151.632(万元),运行期风机总电耗:151.632*25=3790.8(万元),基准值机力塔3台风机,每台功率90KW,寿命期按25年、电费按0.65元、一年按360天运行计算,未考虑设备运行方式。

       循环水泵增容后超出电耗日电耗:7.5*4*24*0.65=468(元),年电耗:468*360=16.848(万元),运行期总电耗:16.848*25=421.2(万元),基准值机力塔相比自然塔的循泵功率每台增加7.5kW,总共4台循泵,寿命期按25年、电费按0.65元、一年按360天运行计算,未考虑设备运行方式。

       机力塔电耗合计:3790.8+421.2=4215.79(万元)机力塔按季节、设备运行工况综合考虑,实际发生费用应乘相应系数,该地区冬季、夏季温差较大,设备运行系数按0.65考虑,采用机力塔运行期总售电损失为:4215.79*0.65=2740.2635(万元)。

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