Research and Demonstration of Direct Air-Cooling System for 600-MW Fossil-Fired Power Plants

Given the distribution feature of resources such as coal and water, the requirements for the development of Chinese power industry, and the fact of monopoly by foreign companies, it is very necessary and significant to independently research and develop air-cooling technologies. Through experimental research, simulative calculation, process and equipment development, field tests and a demonstration project, the design and operation technologies for air-cooling system are grasped and relevant key equipment is developed. The results of the demonstration project show that the technical indicators for the air-cooling system have met or exceeded the design requirements. Part of the research results have been incorporated into the relevant national design standards. The technologies developed have been applied to more than 23 sets of thermal power units of or above 600 MW in China.

直冷式空冷机组的负荷-压力动态模型及其特性分析

在对空冷装置、汽轮机及回热加热系统进行研究的基础上,结合传统机组非线性动态模型,引入汽轮机效率修正,得到能够体现排汽压力变化特性的空冷机组通用动态模型,并给出了1台600 MW机组的实例.分析了采用机跟炉和炉跟机2种控制方式时排汽压力波动造成的影响.结果表明:排汽压力快速变化是影响机组负荷-压力稳定的一个重要原因;而排汽压力缓慢变化导致的被控对象参数改变不会对控制品质产生实质性影响.

灵活调峰下在线学习的直接空冷机组背压预测模型

在灵活调峰的背景下,为适应直接空冷机组负荷动态变化与环境因素干扰,提出一种在线学习的神经网络方法对直接空冷机组背压进行预测。首先,对历史数据进行清洗,通过Spearman相关性分析确定影响运行背压的低冗余重要特征。接着,采用Hammerstein模型对背压进行模型参数在线辨识。同时,采用长短记忆神经网络和注意力机制建立直接空冷机组背压预测模型,使用在线学习的方式对模型进行更新。实验表明:该模型在预测未来1 h内不同时间跨度的背压绝对百分比误差(MAPE)低于9%,并在预测30 s内的背压MAPE低于1%。最后,在实际电厂系统中验证模型能够在实际应用中稳定运行。本研究的成果为直接空冷机组背压实时预测提供了有效的方法,这对于灵活调峰直接空冷机组的运行和管理具有重要的意义。

宝鸡游泳馆蒸发冷却-机械制冷空调系统应用探讨

介绍了3种常见的蒸发冷却与机械制冷联合空调系统。实测了宝鸡市游泳馆观众区蒸发冷却-机械制冷联合空调机组的运行性能,针对测试中发现的问题进行了整改。整改后的测试结果表明:间接蒸发冷却平均效率为61.4%,直接蒸发冷却平均效率为82.5%;单独运行间接-直接蒸发冷却系统,平均温降为9.5℃,减少了机械制冷的运行时间,节能效果显著。

空冷机组汽轮机主轴直接驱动给水泵的变工况运行仿真试验

汽轮机主轴直接驱动给水泵技术是一种全新的给水泵驱动方式,目前国内尚无成熟的运行经验。针对采用该技术的某350 MW直接空冷机组进行了系列变工况运行仿真试验。结果表明:对于配置1台100%容量主机泵和1台50%容量备用泵的机组,该技术完全能够满足在机组背压快速变化、负荷变化及给水泵故障等工况下给水流量的需求。

填料-高压微雾复合式两级直接蒸发冷却空调机组的研制

介绍核电站常规岛用两级直接蒸发冷却空调机组的优点、工作原理及设计过程,并对实验样机进行测试。实验数据表明,在南通中湿度地区,当室外空气的干湿球温差为4~5℃时,该组合式空调机组对室内空气降4~5℃,使之接近室外空气的湿球温度。指出两级直接蒸发冷却空调机组在核电站常规岛中具有广泛的应用前景。

水冷直膨式空调机组与水冷多联机组合系统在地铁车站的应用分析

以实际工程为例,提出了一种新的地铁空调设计方案,用水冷直膨式空调机组与水冷多联机系统取代冷水机组。与传统空调系统在初投资、运行能耗等方面进行了对比分析。结果表明,水冷直膨式空调机组与水冷多联机组合系统相比于传统系统,初投资增加约42.5%,节能率约为27.9%。

大容量直冷机组同轴可调给水技术应用

在介绍内蒙古京泰发电有限责任公司二期工程采用主汽轮机同轴驱动给水技术方案基础上,针对该方案中对主汽轮机的影响进行了可行性技术分析,并对设备选型和布置及给水调节运行方式进行了阐述,以供参考和借鉴。

不同单元型式的直接空冷岛数值试验对比研究

利用ANSYS Fluent软件研究某2×660MW直接空冷岛,以期提高其整体换热性能。对不同单元型式、散热器管束和风机布置方式下的空冷岛方案进行流动和传热特性的数值模拟、分析和研究。在环境风速风向的影响下,不同布置型式的空冷岛出现一定的性能差异。静风状态下,不同布置方案的空冷岛通风量及换热量之间的差别很小,均在1%以内。TRL考核风速各风向下,与常规空冷布置方案相比,双小“A”风机低位布置方案的机组背压较低。炉后风向下,双小“A”风机低位布置方案的机组平均背压低于常规布置方案约1.57kPa。

基于数据挖掘的直接空冷机组背压预测及优化

为实现直接空冷机组冷端优化,以机组历史运行数据为基础结合数据挖掘与深度学习算法,提出了一种直接空冷机组冷端运行优化方法。首先,对获取的历史运行数据进行稳态筛选、工况划分,结合高斯混合模型算法确定机组多元工况下背压基准区间;然后,使用Spearman系数法选取特征变量,结合门控循环单元神经网络构建直接空冷机组背压预测模型,对比背压基准区间与背压预测值给出背压的优化建议和预警信息;最后,将该方法应用于某亚临界300 MW空冷凝汽式机组。研究结果表明:提出的背压优化方法能够给出有效的背压预警信息,实现空冷机组冷端优化运行。

600MW直接空冷机组风机群分区调节应用研究

为研究直接空冷机组空冷风机群分区自动控制策略,以某600 MW直接空冷机组为例,利用数字温度传感器监测各风机单元翅片管温度场,采用红外热成像试验及理论分析方法,对空冷凝汽器翅片管温度场分布规律进行分析,提出以温度转变界面表征翅片管状态的概念。通过在翅片管上布置数字温度传感器,可同时捕获各风机单元翅片管温度转变界面实时位置,并据此将56台空冷风机划分为16个分区,实现了风机群的分区自动控制。

藏区数据中心热回收式直接蒸发冷却机组的设计与测试

为了降低数据中心能耗,助力实现“双碳”目标,针对藏区特殊的气候条件和良好的空气质量,设计1种能够同时满足蒸发冷却制冷和余热回收功能的数据中心模块化机组。根据自然冷源利用率100%的混合模式、直接新风模式及蒸发冷却模式3种制冷运行模式,在600 kW焓差试验台通过模拟藏区极端气象工况及数据中心内部温度分布对其性能进行测试。结果显示:在相应工况下机组风量、机外静压、蒸发冷却模块出风温度和余热回收模块热回收量均满足设计要求;对比机组额定风量运行状态与最大风量运行状态机组出风温度及余热回收量,在额定风量状态下机组性能优于最大风量状态,其出风温度可达22.82℃,余热回收量为295.78 kW,此时性能系数COP为15.91。

弓形导流板对“V”型直接空冷单元流动传热特性的影响

采用CFD软件对“V”型直接空冷单元在环境横向风影响下的流动传热特性进行模拟研究。为缓解翅片管束出口温度分布不均匀的问题,在“V”型直接空冷单元风机出口处加装弓形导流板。首先对加装导流板前后空冷单元的内部流场进行对比分析;随后探究了弓形导流板不同数量、倾角及高度对内部空气流动和传热特性的影响,并对参数进行了优化;最后比较了空冷单元内加装最优化的弓形与矩形导流板的换热效果。结果表明:在空冷单元的风机出口加装弓形导流板可有效减弱环境风的不利影响,使散热器出口的速度及温度分布更加均匀,局部高温区域逐渐消失,改善了空冷单元的换热性能;在弓形导流板数量为4块、倾角为20°、高度为0.8m时导流效果最佳;与矩形导流板相比,弓形导流板对空冷单元散热效果的改善较为明显。论文所得结果可为空冷单元的优化设计提供一定理论依据。

空冷风机群分区自动调节的机理研究及应用

针对空冷凝汽器风机优化运行问题,建立了凝汽器翅片管的温度分布模型,采用理论计算和现场试验相结合的方法,揭示了空冷凝汽器翅片管的温度分布规律,并据此开展了空冷风机群分区自动调节应用研究。结果表明,沿空冷凝汽器翅片管长度方向存在温度转变界面,其位置是各种因素对凝汽器换热影响的综合表征。基于该温度转变界面开发的空冷风机群分区自动调节系统简单可靠,可实现对不同分区空冷风机频率的自动控制和调节。研究成果为空冷风机群分区自动调节提供了依据。

调峰用火电机组空冷系统比较研究

在“双碳”目标下,随着新能源在电力系统中应用占比和发电总需求的不断增加,需要火电机组提高电力供应保障能力以及清洁能源消纳比重,对新增机组调配的灵活性需求上升。通常情况下,空冷系统作为我国富煤贫水地区火电冷却系统的主要选择,分别为了直接空冷系统和间接空冷系统。针对西北地区计划新增的某4×660 MW调峰用火电机组,本文从投资费用、调峰灵活性、运行电耗、背压等角度进行分析,对比两种空冷方式的优势和劣势。经综合比较,在西北地区,选择直接空冷系统较间接空冷系统经济效益和调峰能力更优。

基于数字孪生的直接空冷燃煤机组节能优化方法

探索在复杂工况下的直接空冷机组最佳运行方式,寻找最佳背压,对于提升直接空冷机组热经济性至关重要,同时也是困扰行业多年经典问题。本文基于大数据和人工智能技术处理机组实际运行中产生的海量数据,采用机理-数据建模方式对冷端系统进行数字孪生建模。采用构建的模型可以评估当前工况下背压对空冷岛电耗和发电功率的影响,进而通过寻优算法获取最佳背压,最后得到与最佳背压相适应的空冷岛电耗和空冷风机转速推荐值。现场应用结果表明,最佳背压随着环境温度和负荷的升高而增大;适当调节背压有利于降低燃料量,提升机组经济性;运行人员跟随推荐值调整背压,供电标煤耗平均下降0.5~1.0 g/kWh。

变频水冷直接制冷式空调机组自动调优控制策略研究

地铁站内的通风空调系统需要消耗大量电能以维持舒适的内部环境,如何降低其能耗已经成为一个关键问题。本文提出了一种变频水冷直接制冷式空调机组的自动调优控制策略,通过优化变频压缩机和风机的频率,在满足不同负荷需求和送风温度范围的前提下,最大化机组的能效比,使得机组在最低功耗下运行。模拟结果表明,与固定送风温度的控制策略相比,采用该自动调优控制策略后机组能效比最大可提升6.9%。

直接空冷系统技术改进及能效提升研究

为实现火电厂“提效-节能降耗”目标,解决常规直接空气冷风系统换热效率低、运行背压高等问题,通过对其排汽管道系统、散热器管束型式及风机组布置方式进行技术改进和能效提升研究,提出了一种新型直接空冷系统布置方案。新方案采用风机低位布置双“A”型散热器空冷布置型式,通过结构应力计算和流场数值模拟,相比常规的空冷系统,可得以下结论:(1)在满足系统结构安全性的前提下,新型排汽管道布置方式的出口至蒸汽分配管入口总阻力压降减少约400 Pa,排汽管道内流量分配更均匀;(2)双小A型散热器管束布置,可缩短管束长度约一半,加快蒸汽冷却,减少不凝结气体的堆积,防冻性能更好;(3)在冷却三角布置标高不变的条件下,将风机下移至钢桁架底部,使风机出口至冷却三角底部之间存在一定空间可对新空气起“导流、梳理”作用,在散热器出口面,同样形成风速带,沿高度方向增大,蒸汽分配管附近高速区域进一步增大,冷却单元的换热效果将进一步得到增强,散热器出口风速优于常规布置,进而使进入冷却三角的空气流动状态稳定,提高冷却三角散热效率。经过某电厂现场应用,其空冷机组夏季运行背压降低约2 kPa,全年平均运行背压降低约0.8 kPa,煤耗减少约1 g/(kW·h),单台机组每年可为电厂节省煤炭费用约276万元(标煤价1 000元/t)。该方案在降低机组背压的同时,可减少膨胀节组合数量、钢结构重量等,也降低了空气侧风阻,缓解了空冷凝汽器的防冻问题。因此,所提方案既可降低设备的一次性投资,又具有在运行费用方面(节省煤耗)的明显优势,可实现电煤的清洁和高效利用,取得良好的社会效益,具有很大的推广价值和广泛的应用前景。

某空冷机组凝汽器防冻策略研究

针对某直接空冷机组冬季背压偏高的问题,现场测试空冷凝汽器的温度分布情况,分析翅片管内气体温度的变化规律,并对防冻参数设定值与负荷关系进行研究。结果显示:空冷凝汽器换热不均和触发防冻保护的参数值未考虑负荷因素是运行背压偏高的主要原因,给出了不同负荷下低背压报警、凝结水温度、抽气温度等防冻参数设定值的计算方法,为同类机组冬季运行提供参考。

直接空冷单元夏季喷雾增湿过程的研究

针对某电厂600 MW直接空冷机组的一个空冷单元为研究对象,运用CFD软件模拟了空冷单元内加装喷雾增湿系统的作用过程及效果。文章分析了喷水降温系统的结构与原理,为了保证喷出的水滴不会落到风机上面,运用理论和数值模拟相结合说明了液滴的临界直径和悬浮风速的关系;对比分析了喷雾前后空冷单元内部的温度场和流场,发现喷雾增湿系统有利于降低凝汽器入口空气温度,提高机组的经济性。