发电厂扩建工程间接空冷系统可行性研究报告.docx
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发电厂扩建工程间接空冷系统可行性研究报告
发电厂扩建工程可行性研究阶段
间接空冷系统可行性研究报告
4.3综合经济比较分析
9外部条件的变化及核实
1概述
1.1工程概况
XX发电厂位于X市凤翔县长青镇石头坡村西,距X市32公里,距凤翔县19公里,西临千河和宝中铁路,东靠石头坡村和宝冯公路,南面3.5公里为陈村车站,交通比较便利。
电厂现已建成规模为4×300MW的装机容量。
国电XX发电厂二期工程系扩建电厂性质,本期建设规模为2×600MW国产超临界间接空冷凝汽式燃煤机组,不堵死扩建条件。
电厂按接入系统报告及审查意见以750kV电压接入系统。
国电XX发电厂扩建工程的建设,不仅是陕西电力负荷增长的需要,更为重要的是西部大开发、750kV电网建设的战略需要,根据西北电网总体规划,XX发电厂扩建工程建成后将作为西北750kV电网南线可靠的电源支撑点,本厂的建设可以促进西北地区煤炭资源的开发利用,推动西北750kV电网的建设,全国联网的实施具有积极的促进作用,对资源优化配置,提高电网运行的灵活性和可靠性有重要意义,将促进陕西特别是X地区的经济和社会发展。
本工程2006年6月完成国电XX发电厂二期2×600MW超临界直接空冷机组的可研专题报告,并于2006年7月1日在北京由电力规划设计总院电规发电【2006】458号通过了审查。
于2006年12月完成了可行性研究收口报告并电规院进行了收口审查。
1.2任务来源
2006年10月国电集团在北京召开会议,要求设计院对直接空冷和海勒式间接空冷系统、方案、烟塔合一进行技术经济比较,经过设计院与有关制造商在西安进行技术交流,同时多次向国电集团汇报,最终于2006年11月形成了综合专题汇报材料和总平面布置并向国电集团进行了汇报。
在此会上,国电集团委托西北院开展间接空冷的可性行研究报告。
1.3主要设计原则
(1)根据已完成的国电XX发电厂二期2×600MW超临界直接空冷机组的可研专题报告和电规院的审查意见进行修改。
(2)本期建设2×600MW等级超临界空冷机组。
(3)间接空冷系统按混合式间接空冷系统(Heller系统),空冷散热器采用立式布置方式。
(4)本工程根据国电集团2007年2月8日的会议精神,采用海勒式间接空冷系统、烟塔合一、烟气脱硫的主要工艺装置布置在空冷塔内的“三合一方案”。
(5)按工程可行性研究报告(最终版),采用直接空冷系统时,给水泵采用3×33%配液力耦合器调节的电动调速给水泵,三台运行。
对于间接空冷系统,其给水泵拟采用2×50%汽动给水泵+1×30%电动启动给水泵。
2厂址条件
2.1厂址位置
XX发电厂位于X市辖凤翔县长青镇,地处X市东北32km处,东距凤翔县城19km。
西临千河和宝中铁路,东靠石头坡村和宝冯公路。
电厂一期工程4×300MW燃煤机组,1996年开工,2001年4月4台机组全部建成投产。
本期工程系扩建性质。
本期建设规模为2×600MW国产超临界空冷机组,同步建设烟气脱硫设施。
本期工程计划于2008年3月开工,第一台机组计划于2010年7月投产,X台机组计划于2010年9月投产。
厂址位于千河II级阶地,地形为狭长形带状地形,地表开阔平坦,长900m,宽800m,厂区自然地面标高为643m~660m,自然坡率14.3‰,地质为Ⅲ-Ⅳ级自重湿陷性黄土。
厂址有少量拆迁,场地下无矿藏,无文物。
2.2气象条件
2.2.1厂址气象特征值
电厂所处地区属大陆性季风气候区,冬寒少雨,夏热多雨有伏旱、春暖干旱、秋凉湿润,为暖湿带半湿润气候。
凤翔县气象站位于凤翔县城南门外雷家台“乡村”,于1958年12月建站,至今已有40多年的长系列实测资料;气象站观测场拔海高度781.1m,东经107°23′,北纬34°31′。
气象站西距厂址约10km,属同一气候区,中间又无大的阻挡物,有一定的代表性,其基本气象要素可直接移用于厂址。
电厂气象要素年特征值如下:
历年平均气压926.7mb
历年平均气温11.4℃
极端最高气温40.0℃
极端最低气温-19.0℃1977.1.30
平均相对湿度71%
最小相对湿度01977.3.24
多年平均降水量616.3mm
一日最大降水量144.2mm1978.5.29
年平均蒸发量1201.1mm
年日照时数2101.1小时
日照百分率48%
最大积雪深度18cm1975.12.8
最大冻土深度33cm
平均风速2.1m/s
最大风速19m/s(NW)1980.6.1
降水日数103.9t/n
雷暴日数20.9t/n
盛行风向ES
水库溃坝水位625.6m
2.2.2多年逐月气象资料
根据凤翔县气象站多年实测气象资料,统计出多年逐月平均的气象要素如下表1:
表1逐月平均气象要素表
月份
一
二
三
四
五
六
七
八
九
十
十一
十二
全年
气温℃
-1.7
1.0
6.0
12.4
17.3
22.1
24.2
22.8
17.5
11.9
5.2
-0.2
11.5
风速m/s
1.8
2.1
2.2
2.2
1.9
2.0
2.1
1.9
1.5
1.7
2.0
1.9
1.9
相对湿度%
62
63
67
69
71
67
73
78
82
77
72
64
70
气压hPa
934.0
931.8
928.6
925.0
922.8
918.9
917.3
920.3
926.5
931.4
934.2
935.3
927.2
降雨量mm
5.5
9.2
21.3
46.5
60.6
68.5
106.0
111.8
99.9
55.6
17.7
4.0
606.5
蒸发量mm
47.1
63.1
95.5
136.0
168.3
194.0
202.4
166.5
105.8
80.9
60.6
48.5
1368.8
2.2.3五十年一遇10m高10min平均最大风速及相应风压
根据现场踏勘、大风调查及凤翔县气象站实测风速资料,采用极值Ⅰ型法进行统计计算,并参照国家的《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中的风压等值线图,确定出电厂厂址处:
三十年一遇10m高10min平均最大风速为22.6m/s,其相应的风压为0.32kN/m2;五十年一遇10m高10min平均最大风速为23.7m/s,其相应的风压为0.35kN/m2,相应最低气温为-9.6℃。
2.2.4三十年一遇最低气温
根据凤翔县气象站多年实测的年最低气温资料,采用P—Ⅲ型频率曲线的适线法进行统计计算,得三十年一遇最低气温为-18.9℃,相应风速为11.6m/s。
2.2.5五十年一遇最大积雪深度及雪压
根据凤翔县气象站多年实测的年最大积雪深度资料,采用P—Ⅲ型频率曲线的适线法进行统计计算,并参照国家的《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中的全国基本雪压等值线图,确定出电厂厂址处五十年一遇最大积雪深度为19cm,相应雪压为0.24kN/m2。
2.2.6冻融交替循环次数
根据凤翔县气象站多年的气温实测资料统计,年最多冻融交替循环次数为51次。
2.2.7暴雨强度公式
式中:
q--设计暴雨强度(L/S/ha)
p--设计重现期(a)
t--降水历时(min)
2.2.8以上是气象站的观测资料,由于电厂与气象站之间相距约10km,海拔、地形等方面存在一定差异,根据厂址处设立的气象观测站对比观测结果:
观测期间厂址与凤翔气象站平均气温变化趋势一致,但干球温度厂址处较气象站高0.7℃。
2.2.9典型年气象条件
厂址处典型年气温—小时及利用小时分布见表2.2-1。
表2.2-1典型年干球气温逐时累积频率及机组利用小时数统计表(2001年)
气温分级
累计
时数
机组利用小时数(h)
出现频率累计(%)
气温分级
累计时数
机组利用小时数(h)
出现频率累计(%)
37.6~36.7
3
2
0.04
12.9~12.0
4637
210
52.93
36.6~35.7
11
5
0.13
11.9~11.0
4965
206
56.67
35.6~34.7
31
13
0.36
10.9~10.0
5184
138
59.18
34.6~33.7
67
23
0.78
9.9~9.0
5423
150
69.19
33.6~32.7
128
38
1.47
8.9~8.0
5646
140
64.45
32.6~31.7
208
50
2.38
7.9~7.0
5902
161
67.38
31.6~30.7
305
61
3.49
6.9~6.0
6154
158
70.25
30.6~29.7
424
75
4.85
5.9~5.0
6392
149
72.96
29.6~28.7
566
89
6.47
5.6~4.7
6569
111
74.98
28.6~27.7
728
102
8.33
4.6~3.7
6761
121
77.18
27.6~26.7
826
62
9.45
3.6~2.7
6958
124
79.44
26.6~25.7
1041
135
11.91
2.6~1.7
7209
158
82.31
25.6~24.7
1222
114
13.98
1.6~0.7
7432
140
84.85
24.6~23.7
1447
141
16.55
0.6~-0.3
7717
179
88.11
23.6~22.7
1672
141
19.11
-0.4~-1.3
8052
210
91.93
22.6~21.7
1924
154
21.91
-1.4~-2.3
8308
161
94.85
21.6~20.7
2178
159
24.8
-2.4~-3.3
8468
100
96.67
20.6~19.7
2475
186
28.18
-3.4~-4.3
8607
87
98.25
19.6~18.7
2799
203
31.87
-4.4~-5.3
8676
43
99.04
18.6~17.7
3108
195
35.42
-5.4~-6.3
8727
32
99.62
17.6~16.7
3412
193
38.92
-6.4~-7.3
8750
14
99.87
16.6~15.7
3679
168
41.98
-7.4~-8.3
8759
6
99.98
15.6~14.7
3966
180
45.25
-8.4~-9.3
8760
1
100
14.6~13.7
4304
212
49.11
2.2.6关于空冷气象条件的说明
对于空冷气象条件宜采用从近5年的气象参数中选取设计气温,从最近10年的气象参数中分析大风的影响。
但由于本工程可行性研究阶段所采用的空冷气象条件为最近五年内(1998-2002年)资料,正在收集整理2003-2006年的气象资料。
因此,在获得相应有关气象资料后,将对本工程有关数据进行修正。
2.2.10风向玫瑰图见图2-1~5。
2.3工程地质
2.3.1区域地质构造与地震
根据《X二电厂厂址区断裂活动性和区域稳定性评价》(国家地震地质研究所1988年12月)资料,厂区在大地构造上位于鄂尔多斯断块的西南边缘,即位于华北断块与祁连——秦岭断褶这两个不同性质的大地构造单元的交界部位。
在新构造时期,则演变为青藏高原隆起区东北边缘同稳定的鄂尔多斯断块之间的地壳形变带,形成了围绕鄂尔多斯断块西南边缘的弧形活动断裂束,厂区即位于弧形断裂束的最南端,表现为以北西向断裂为主体、并北东、东西向断裂互相交切的构造格式,构造上较为复杂。
鄂尔多斯断块西南边缘的弧形活动断裂束南端是由陇县——X断裂带组成(见附图)。
该断裂带主要由4条长期活动的断裂构成,他们由西北向东南呈帚状延入渭河断陷带的西端,其中以八渡——虢镇断裂和陇县——岐山——马召断裂规模较大。
八渡—虢镇断裂总体走向在325~335°之间,长约56km,在新街以南分为两支。
一支过县功,沿金陵河谷延伸;另一支即主断裂,经八渡的吴家山,新街的田家沟、鼻梁,县功的高庄,最后达虢镇,是距厂区最近的一条断裂(约为1.5km)。
断裂的产状、活动的持续时间、强度及活动方式均有明显的变化。
主断裂可分为三段,即北段(八渡——县功高庄),走向330°,倾向西南,倾角60~70°,为正走滑断层,长20多公里。
中段(高庄——刘家嘴头),走向与北段大体相同,但断面变陡,倾角在70~85°之间。
南段千河段,断裂在此段处于隐伏状态,地表难以找到断裂活动的直接证据。
另外还有金陵河支断裂,走向340°,倾向北东,长约30km,断裂发育于上第三系砂砾岩中,控制了金陵河的流向和两岸的阶地。
第四纪以来八渡——虢镇断裂活动的总水平在空间上有北、南段强,中段弱的特点,厂址靠近该断裂中段。
活动时间北段持续长,直至全新世都有明显断错;而中段中更新世以来没有断错运动,南段全新世以来也没有断错迹象。
陇县——岐山——马召断裂是陇县——X断裂带的东界主干断裂,它紧接鄂尔多斯断块的西南边缘,断裂规模大,活动性明显。
北段走向320°,南段偏转为305°,总长达200km。
它由三条倾向不同的断裂组成。
北段为新集川——陇县断裂,倾向北东,倾角50~80°,保存完好的断层三角面。
中段称陇县——岐山断裂,倾向南西,在岐山北断裂截切了渭河北山,上第三系受强烈挤压变形,见几十米宽的断层破碎带。
南段岐山——马召断裂在扶风一带黄土塬上显示为一道陡坎,西高东低,倾向北东,往南伏于渭河断陷带。
陇县——岐山——马召断裂在第四纪中晚期仍有活动。
而且晚更新世以来的主要活动地段之一在岐山附近。
历史上本区最大的两次地震为1704年陇县6级和公元前780年岐山6~7级,他们都与陇县——岐山——马召断裂的强烈活动有关。
因此,可以认为它是一条位于厂址以东20多公里、具有孕育强震条件的活动断裂。
桃园——龟川寺断裂和千阳——彪角断裂是陇县至X断裂带上的两条规模较小的断裂。
前者走向310~330°,倾向北东,倾角70°,为陇县——X断裂带的西界断裂。
有历史记载以来,沿断裂没有地震活动。
后者走向310°,倾向北东,断续分布于景福山——千阳岭断陷的东坡,其南段隐伏于凤翔黄土塬下而延入渭河谷地,地表形迹不显。
柳林——贾村隐伏断裂又称姜河——西吴头断裂,总体走向大约为30~40°。
在与北西向的八渡——虢镇断裂和岐山——马召断裂的交叉部位则分别发生过3.4级(1976)、2.4级(1972)和1.5级(1977)地震,这说明其仍具有一定的活动性。
渭河断裂西起X,经咸阳向东延至潼关,纵贯渭河断陷带中央,长约350km,总体走向近东西。
它是一条隐伏断裂。
为一高角度正断层。
以咸阳为界断裂分为东西两段。
在X——咸阳段,断裂向南倾,倾角65~80°;咸阳以东断裂向北倾,倾角68~70°,渭河断裂活动历史长,新生代以来断裂一直很活跃。
历史上渭河断裂西段或其与北西向断裂的交汇处有多次地震发生,最大震级为5
12级(1544.12.3)。
秦岭北麓断裂西起X,经过马召至蓝田,长约220km。
以马召为界分为两段,西段呈北西西向延伸,东段为近东西向延伸。
该断裂为渭河断陷带与秦岭山地的分界线。
断层面北倾,倾角60~80°该断裂西段还没有地震记载。
虽然本区东邻汾渭地震带,西近著名的中国南北地震带北段,历史上都曾发生过多次7~8级地震。
但厂区则位于这两个地震带之间的区域,表现出为受北西向、北东向和近东西向断裂控制的5~612级地震的活动特征,总体上构成了一个沿鄂尔多斯块体西南边缘分布的北西向中等强度的地震条带,而且,此带的北段和南段的地震活动水平相对较高,中小地震较为频繁,历史上发生过陇县6级和岐山东6~7级两次最大地震。
实际上该区的地震活动主要是沿北西向的陇县——岐山——马召断裂及附近分布,而厂区所处的中段地震活动水平相对较弱,仅发生过一次434级地震(1920年),其余均为2~4级的非破坏性地震,而且比较分散。
在以厂址为中心30km的范围内无记载有过破坏性地震发生,如1900年前仅记载18次有感地震,1900年至1986年底也只有12次有感地震。
由此可见,厂区及其附近地区的地震活动具小、弱、散的时空分布特点。
综上所述,通过厂址西北的北西向八渡——虢镇断裂中南段的最新活动性由西北向东南减弱的趋势,南段隐伏于千河河谷,全新世以来无明显的位错活动。
认为厂区附近的北西向和北东向断裂的最新活动性相对较弱,地壳比较稳定。
但距厂址20km的陇县——马召断裂带具有发生5~6级地震的构造条件,本区周围地震带的地震活动也会对厂区造成一定的影响。
不过,总的来说,区域稳定性也是相对较好的。
建议在下一阶段进行地震安全性评价工作。
根据《中国地震动峰值加速度区划图》(1:
400万)、《中国地震反应谱特征周期区划图》(1:
400万),地震动峰值加速度为0.15g,地震反应谱特征周期值为0.40s,抗震设防烈度为7度。
2.3.2地层岩性
根据陕西XX发电厂一期工程勘测资料,场地地层上部为全新统(Q4)黄土;中部为上更新统(Q3)黄土及砂卵石层;下部为第三系(N2)粉质粘土,砂卵石互层,其中缺失下更新统(Q1)地层。
中更新统(Q2)地层一般分布于高级阶地,低级阶地呈不连续分布。
主要岩性特征如下:
全新统(Q4)地层:
主要为黄土状粉质粘土,稍湿,上部土质疏松且不均,夹有碎石透镜体,具高压缩性和较强列的湿陷性,层底深度5~10m,地基承载力特征值fak=130~170kPa。
上更新统(Q3)地层:
主要为黄土状粉质粘土,褐黄、黄褐~棕黄色,稍湿~湿,可塑、硬塑~坚硬,具大孔隙、垂直节理发育,含钙质、铁质,见有云母和姜结石颗粒。
其次为砂砾卵石层,呈杂色,湿,中密,成分以姜结石、变质岩为主,粒径3~80mm。
层底深度25~32m。
黄土状粉质粘土地基承载力特征值fak=140~190kPa,砂砾卵石层地基承载力特征值fak=230~350kPa。
中更新统(Q2)地层:
主要为粉质粘土混卵石,棕褐、棕黄色,湿,硬塑~坚硬,见有较多黑色斑点,土质较致密,局部呈半胶结现象。
卵石呈杂色,密实,成分主要为变质岩,地基承载力特征值fak=250~450kPa。
根据XX发电厂一期工程的有关资料,厂区湿陷性土层为:
全新统(Q4)黄土状粉质粘土和上更新统(Q3)黄土状粉质粘土,其湿陷下限为17~23m。
场地为自重湿陷性黄土场地,地基湿陷等级为Ⅲ~Ⅳ级。
2.3.3地基条件分析
厂区黄土状土具自重湿陷性,且敏感、强烈,不能直接作为建筑物的天然地基,应根据地层的性质及分布特点,针对不同建筑物的具体要求,采取不同的地基方案或桩基,如垫层法、挤密法、灌注桩等,并结合防水及结构措施,达到全部或部分消除地基土湿陷的目的,一期工程按照上述思路处理,运行效果良好,值得二期借鉴。
2.3.4地下水埋藏条件
根据XX发电厂一期资料,厂区地下水类型为孔隙潜水,主要接受降水、深层承压水的越流补给和高阶地渗流补给,地下水流向基本与地形相一致,即由北东向南西排泄入千河。
厂区周围地表水系也较发育,西南方2km处有千河,其上游约6km和下游约5km处分别为冯家山水库和王家崖水库,东北侧山头沟有常年细流穿厂区而过,自水库建成以来,地下水位有所抬升。
厂区地下水位埋深大于26m,年变化幅度约为1m。
2.3.4结论与建议
⑴通过对厂址西北的北西向八渡—虢镇断裂中南段的最新活动性分析,该断裂全新世以来无明显的位错活动,并认为厂区附近的北西向和北东向断裂的最新活动性相对较弱,地壳比较稳定。
但距厂址20km的陇县—马召断裂带具有发生5—6级地震的构造条件,本区周围地震带的地震活动也会对厂区造成一定的影响。
二期工程的抗震设防工作应予重视。
总的来说,区域稳定性相对较好,适宜建厂。
建议在下一阶段进行地震安全性评价工作予以确认。
⑵根据《中国地震动峰值加速度区划图》(1:
400万)、《中国地震反应谱特征周期区划图》(1:
400万),厂址区地震峰值加速度为0.15g,地震特征周期为0.4s,抗震设防烈度为7度。
⑶根据XX发电厂一期资料,厂区地下水类型为孔隙潜水,主要接受降水、深层承压水的越流补给和高阶地渗流补给,地下水流向基本与地形相一致,即由北东向南西排泄入千河。
厂区地下水位埋深大于26m,年变化幅度约为1m。
⑷厂区为自重湿陷性黄土场地,地基湿陷等级为Ⅲ~Ⅳ级;全新统(Q4)黄土状粉质粘土和上更新统(Q3)黄土状粉质粘土湿陷强烈且敏感,不能直接作为建筑物的天然地基,需采用人工地基或桩基。
3海勒式间接空冷系统及机械通风直接空冷系统简介
目前空冷电厂的冷却系统主要有三种方式,即机械通风直接空冷系统、表面式凝汽器间接空冷系统和海勒式间接空冷系统。
根据2006年10月、2007年1月10日和2006年2月8日中国国电集团的会议纪要精神,本报告对械通风直接空冷系统和海勒式间接空冷系统简介如下:
3.1海勒式间接空冷系统
海勒式间接空冷系统采用具有凝结水水质的循环冷却水,在喷射混合式凝汽器中喷成水膜与汽轮机排汽直接接触将其凝结。
循环冷却水吸热升温后大部分经循环水泵输送至空冷塔的空冷散热器冷却,通过水轮机调压并回收部分能量后进入凝汽器。
循环冷却水中的一小部分作为凝结水,经凝结水泵送到凝结水精处理装置,再经凝结水升压泵送到汽轮机热力系统。
混合式凝汽器间接空冷系统见图3-1。
图3-1混合式凝汽器间接空冷系统流程图
带喷射式混合凝汽器的空冷系统是由匈牙利EGI的海勒教授所创建,故又称海勒(Heller)系统,目前在发电厂应用Heller系统的空冷散热器均为福哥型。
其特点是基管及翅片均为纯铝(99.5﹪)制成,在集束基管上配以大面积的板式翅片代替通用的每根基管配置翅片的制造工艺。
立式布置间接空冷系统指空冷散热器垂直布置在冷却塔进风口外侧。
3.2机械通风直接空冷系统(ACC)
机械通风直接空冷系统是以布置在主厂房外的空气冷却凝汽器(AirCooledCondenser简称ACC)代替布置在汽轮机下方的常规的水冷却凝汽器。
到目前为止,所有投产的ACC系统都是以机械通风方式供给凝结排汽用的空气。
凝汽器由许多翅片管组成。
大型空气冷却凝汽器及风机布置在汽机房外侧高度为20~45m的上方,不影响变压器及出线的布置。
机械通风直接空冷系统的热力系统简图见图-1。
汽轮机排汽通过粗大的排气管道送至室外的空气冷却凝汽器内。
轴流风机使空气流过凝汽器翅片管束的外侧,将排汽冷凝为水。
凝结水靠重力自流汇集于布置在下方的凝水箱内,由凝结水泵送回汽轮机的回热系统。
机械通风直接空冷系统见图3-2。
图3-2机械通风直接空冷系统流程图
其中:
1—锅炉,2—过热器,3--汽轮机,4--空气凝汽器,5--凝结水泵,6--凝结水
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