关于电厂汽轮机冷端系统运行优化的探讨

关于电厂汽轮机冷端系统运行优化的探讨

张明1张峰2

1京能集团山西漳山发电有限责任公司山西长治046021；2天津市热电有限责任公司天津300161

摘要：汽轮机冷端系统作为火力发电机组必不可少的组成部分，对于机组的发电生产效率发挥着至关重要的作用。本文笔者根据自己的工作实践，从汽轮机冷端系统相关设备及运行原理出发，对如何优化汽轮机冷端系统运行进行了探讨。

关键词：电厂汽轮机；冷端系统；运行优化

引言

在国家能源供应紧张的现今社会，如何提高电厂汽轮机组运行的经济性是我们工作人员关注的焦点。而作为汽轮机组的重要辅助系统的冷端，无疑对此起着重要的作用，它的正常运行与否对整个火电机组的安全、经济运行有着决定性影响。因此，研究汽轮机冷端并对其运行进行优化，对于提高火电厂的电能输出，节能降耗，提高火电厂运行的经济性、节约用水及环保等方面的意义都非常大。下面笔者探讨了电厂汽轮机冷端系统运行的优化。

一、电厂汽轮机冷端系统相关设备及运行原理概述

1、冷端系统相关设备概述

冷端系统如图所示，是由汽轮机末级、凝汽器、循环水泵，冷却塔、空气抽出系统、循环供水系统等组成。按换热过程划分，冷端系统可分为内外两个子系统和两个换热设备，即内部的凝结水系统、外部的循环水系统以及凝汽器和冷却塔。

图：发电厂冷端水系统及其相关系统构成

1－汽轮机；2一发电机；3一循环水管道；4-凝汽器；5一循环水泵；

6一抽气系统；7一凝结水泵；8一低压加热器；9一胶球清洗装置

2、冷端系统运行原理

如图所示，汽轮机排汽进入凝汽器，循环水泵不断地把冷却水打入凝汽器，吸收凝汽凝结释放出的热量，蒸汽被冷却并凝结为水。凝结水由凝结水泵抽走，依次进入机组的低压加热器，除氧器，高压加热器最终流入锅炉。凝汽器内背压很低，比较容易漏入空气，空气阻碍蒸汽放热，使传热系数减少，影响传热效果，因此用抽气器不断将空气抽走，以免不凝结空气杂质在凝汽器内逐渐积累，导致凝汽器内压力升高。

二、汽轮机冷端系统运行的优化

（一）汽轮机冷端系统运行优化原理

冷端运行优化的主要关注点在于汽轮机冷端系统的主要部件之一的凝汽器。汽轮机的运行背压由正常运行的凝汽器来保证，而凝汽器的运行压力是随着循环水带走热量的多少而变化的。当冷却水温度升高或者机组负荷增大时，凝汽器内部所维持的真空便会降低，反之，当冷却水温度降低或者机组负荷减小时，凝汽器的内部真空便会升高。而汽轮机运行背压的降低或者升高直接影响着整个汽轮机组运行功率的升高或降低。汽轮机冷端系统运行优化需要综合考虑机组的投资、运行费用，即充分考虑煤价、使用水费用，冷却水热污染处理费用、发电效益以及凝汽器、循环水泵、电机的设备投资等费用后，计算出汽轮机机组在该工况下的年净收益。其中当年净收益最大时的工况为机组冷端的最佳运行工况。

（二）汽轮机冷端系统运行的优化

1、凝汽器压力的确定

（1）最佳真空。真空是火力发电厂日常运行中重要的监视段参数，凝汽器压力随着负荷的增加而升高，随着冷却水量的增加而降低。在设计阶段和正常运行阶段，凝汽器压力都有自己的最佳值，当凝汽器压力降低时，机组功率增加；凝汽器压力升高时，机组功率下降[48]。所以，在给定机组参数下，运行状态凝汽器压力与汽轮机组发电功率、汽轮机微增功率关系密切，而运行中的机组真空是有诸如冷却水参数（流量和入口温度）和汽轮机负荷所决定。在给定机组负荷和冷却水入口温度时，真空由循环水量决定，循环水量增大则循环水泵耗功也增大。也就是说，要提高凝汽器真空必须以增加循环水泵的耗功为代价。然而循环水泵是厂用电大户，耗电量占机组发电量的1%~4%，过分的增加循环水量，可能使得汽轮机真空提高而多发的电反而少于循环水泵多耗费的电，当汽轮机功率的增量与泵耗功增量差值最大时，那么，此时对应的凝汽器压力为最佳真空，对应最佳循环水量值。

（2）凝汽器真空应达值的确定。“运行应达值”是对应某个负荷工况下，各运行参数的最经济或最合理的值。基准值可以是设计值，试验值，或运行统计最佳值。一般地，对新机组或缺少试验资料时，往往以设计值作为运行的应达值。而经过大小修以后的机组，总是以优化试验结果作为应达值，必要时也可以用运行统计最佳值作为应达值。比如滑压运行机组的滑压曲线，就是主汽压力的应达值曲线。曲线上对应某个负荷的主汽压力，就是主汽压力在该负荷时的应达值。对于定转速循环水泵，当单泵运行改变成双泵运行时候，由于循环水量是离散点，无法保证所得到的循环水量是对应最佳真空的最佳循环流量，而只能是接近最佳值。即改变循环水泵的运行台数并不能保证△Pnet（整个发电机组功率净增加值）达到最大值，即一般无法达到最佳真空。为此，引入凝汽器真空应达值的概念。

实际运行中，运行人员得到凝汽器真空应达值有很多途径，经常采取的简洁的方式是根据凝汽器特性曲线（由厂家提供）读取。然而厂家提供的凝汽器特性曲线，是在设计汽轮机组排汽焓值和设计冷却水流量值的条件下经过计算得出的凝汽器真空应达值。在机组变工况运行中，机组或遇到调峰，或遇到参数调整，或进行辅机切换，包括气候条件的变化，无论外部扰动还是内部扰动，均可能使得汽轮机组的排汽焓值和冷却水流量不在设计值运行，此时，便不能运用汽轮机厂家提供的凝汽器特性曲线读取凝汽器真空应达值，我们可以通过计算来准确的确定凝汽器的真空应达值，而凝汽器真空主要是由冷却水温度、冷却水在凝汽器内的温升以及凝汽器的端差来决定的。因此，当得到了冷却水温升应达值和凝汽器端差应达值，便可计算凝汽器真空的应达值。

2、循环水泵优化运行

循环水泵是火电厂冷端的一个重要设备，它的运行方式直接影响着凝汽器的真空和厂用电率等相关指标。实现循环水泵的优化运行，是对火电厂冷端进行优化的十分重要的方面，一方面循环水泵是火电厂一个耗电量较大的辅机，另一方面是由于循环水泵可以通过调节循环冷却水量去影响凝汽器真空进而影响机组的出力，而凝汽器真空是汽轮机机组运行的一个十分重要的指标。

在凝汽器所要冷凝的气体不同的情况下，可以通过选择不同容量的循环水泵来满足不同设备的需要。若水泵容量过大，则不能够充分利用，导致水泵使用效率的下降；若水泵容量不足，则难以为凝汽器提供充足的低温水进行排汽凝结，从而导致系统内气压过高，影响汽轮机冷端系统的工作效率。除此之外，为确保汽轮机冷端系统运行过程中的不断优化，还应特别注重循环水泵的安装位置及其与水体的配合特性。例如不同水质在不同设备中流动时，其遇到的阻力、流动的距离等存在差异，因而形成的凝汽器气压特性亦不尽相同，故在选择循环水泵类型及安装方位时，需充分考虑多重因素。

结语

总之，凝汽器是汽轮机冷端的核心设备，在冷端中发挥着重要的作用，从某种意义上，可以说冷端对汽轮机组循环热效率的影响完全决定于凝汽器是否正常高效的工作。因此，研究电厂汽轮机冷端系统运行优化，对于提高火电厂的净电能输出，节能降耗，提高火电厂运行的经济性、节约水环保等方面都具有重要的意义。

参考文献

[1]欧俊师.电厂汽轮机冷端系统运行优化[J].低碳世界，2014（14）

[2]马立恒，王运民.火电厂凝汽式汽轮机冷端运行优化研究[J].汽轮机技术，2010，52（2）