汽轮机冷端优化运行和最佳背压的研究与应用

汽轮机冷端优化运行和最佳背压的研究与应用

巩凡

（内蒙古大板发电有限责任公司内蒙古赤峰市025150）

摘要：随着电力市场竞争机制的进一步发展,降低发电成本,提高机组运行经济性己成为发电企业的当务之急。目前,国内外机组运行中的突出问题是冷端系统运行性能达不到设计值,严重影响了机组出力和厂用电。因此,降低机组供电煤耗,冷端系统的节能诊断和优化运行成为关键环节。本文汽轮机冷端优化运行和最佳背压的研究与应用。

关键词：汽轮机；冷端优化运行；最佳背压；应用；

循环水系统的优化运行实质上就是根据机组的负荷和循环水温度，以最小的循环水流量达到机组运行的最佳背压、凝结水最佳过冷度和最佳循环水流量之间的关系，合理配置循环泵的运行控制方式，以提高机组的经济性。

一、汽轮机冷端优化原理

凝汽器背压是机组运行中的一个重要参数，不论在凝汽器的热力设计中还是在汽轮机冷端设备运行时，都要求凝汽器背压有一个最佳值。凝汽器背压与机组的功率、微增功率有着密切的关系，而机组运行背压是由机组负荷、冷却水温度和循环水流量决定的。在机组负荷和冷却水温度一定的条件下，机组的背压随循环水流量而改变，而循环水流量的变化直接影响循环泵的功耗。增大循环泵的转速能够增加循环水流量，机组的背压减小，机组的出力增加，但循环泵的功耗也同时增加，当循环水流量增加太多时，因循环泵的功耗增加而将机组出力的增加值抵消。因此，在一定的循环泵转速下，如果机组出力的增量与循环流量增加引起的功耗量之差最大时，这时背压最佳、循环水流量以及循环泵的转速也为最佳值，同时要考虑凝结水过冷度对机组综合经济性的影响。

二、汽轮机冷端运行特征及影响因素

汽轮机冷端系统按介质换热过程可分为两个子系统和两台换热设备，即凝结水系统、循环水系统、凝汽器设备、冷却塔设备。这些系统和设备对经济性的影响可归结为三类：一是影响排汽压力（背压）进而影响机组的内功；二是耗能设备如凝结水泵、循环泵等功耗影响厂用电；三是影响凝结水的过冷度，进而影响机组的综合经济性。因此，汽轮机冷端系统的优化应从三方面综合考虑。为此，从冷端系统的整体角度出发，确定最佳背压、凝结水最佳过冷度和循环水流量，真实反映冷端系统运行的经济性。

三、汽轮机冷端优化运行和最佳背压的应用

1.冷端优化数学模型的建立。由于机组负荷和冷却水入口的温度等值都是恒定的，所以，凝汽器压力只随冷却水量的变化而变化，而冷却水流量的多少又是直接影响循环水耗功能力的主要因素。当净收益功率和循泵增加的耗电功率两者之间的差值达到最大时，冷却机组所需要的水流量即为最优水流量。而在这一状态下凝汽器运行的压力就是最佳机组运行背压，相对应的循泵运行方式便是最佳的循泵运行方式。一是最佳运行背压目标函数。最佳运行背压目标函数主要包含了机组功率、冷却水进口温度以及冷却水流量等变量。换而言之，机组功率、冷却水进口温度以及冷却水流量都是影响机组运行背压值的主要因素。二是微增出力对机组背压的影响。利用机组微增出力试验，能求得不同负荷下微增出力对机组背压的影响程度，并建立关系。

2.凝汽器设备优化。凝汽器设备是冷端系统的主要换热设备，其优化方法一般是从强化换热效果方面考虑的。凝汽器水侧的污垢会降低凝汽器的换热系数和换热效果，导致排汽温度升高，真空变差，影响汽轮机的经济性和安全性。一些电厂投放了缓蚀剂和阻垢剂，但是凝汽器水侧换热面的结垢仍难以避免。调查表明，在其他条件不变的情况下，对水侧污垢进行清洗，凝汽器真空度可以得到显著提高。目前一般采用机械方法进行清洗，常用的是胶球在线清洗和人工停车清洗。目前，大多数凝汽器的换热管仍采用光滑管制造，但热电机组的大型化、高效化对电厂凝汽器的高效、紧凑、节材提出了更高的要求。为了加强换热，一方面可采用传热能力更强的螺旋槽管，另一方面可改变蒸汽的凝结方式。电站表面式凝汽器的凝结换热一般是按照膜式凝结设计的，在蒸汽与管壁之间增加了水膜的导热热阻，使总的传热系数下降，传热效果降低。而珠状凝结作为一种高效的传热方式，是凝结强化传热的重要措施。所谓珠状凝结，是指蒸汽凝结形成的液滴增大到一定程度时，在重力作用下迅速滚落，并沿途扫清其他液滴，从而始终保持蒸汽与换热面的直接接触，提高换热系数。实验证明，珠状传热的传热系数比膜式传热高一个数量级。通过表面技术获取表面能较低的换热面是能够实现珠状凝结的途径。优化措施：采用新材料换热管提高凝汽器的传热效果。

3.最佳运行背压和方式。根据运行方式时凝汽器冷却水流量、循环水泵耗功和汽轮机微增功率，结合凝汽器变工况特性，机组在不同负荷和凝汽器不同冷却水进口温度下的最佳运行背压，以及对应最佳运行背压的循环水泵最佳运行方式。在某电厂１号机组大修时，对B循环水泵电机进行双速改造，改造后B循环水泵高速运行时的转速与A、C循环水泵运行转速一致，相对于A、B（高速）、C循环水泵并联运行方式（①方式），优化调整后（②方式）的净出力增加值见表４；相对于A、循环水泵并联运行方式（③方式），优化调整后（⑤方式）的净出力增加。在机组负荷分别为320MW、300MW、270MW、240MW、210MW和190MW的前提下，考虑循环水泵运行方式的不同会对凝汽器冷却水量、循环水泵的耗功情况以及凝汽器性能等环节产生影响，根据6种不同循环水泵运行方式向凝汽器冷却水进口温度，分别计算5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、33℃以及35℃时的凝汽器压力，如果按照冷却水进口温度为20℃的试验数据计算，并根据计算的结果得出：当冷却水进口温度和冷却水流量相同时，机组负荷的降低会在一定程度上减少凝汽器压力；而当机组负荷与凝汽器冷却水进口温度相同时，水流量的增加会降低凝汽器压力值。

4.冷却塔技术改造。自然通风冷却塔一般运行10-15年，塔内除水器、配水系统、淋水填料、内壁涂料均会严重老化，导致冷却塔内部渗水、除水器变形、配水槽裂缝或配水管端头开裂、喷溅装置脱落或损坏、喷水填料结垢堵塞或破损，直接影响机组经济安全运行。因此，对电厂自然通风冷却塔的冷却能力进行技术诊断，检查各部件的老化、破损情况，及时采用相应的改造措施以保证冷却塔良好运行，是实现冷端优化的重要方法，也是火电厂节能降耗的有效途径之一。冷却塔的技术改造一般包括3个方面：更换淋水材料、配水系统改造和风道系统改造。某厂2座处理能力为5000t/h循环水的自然通风冷却塔，经过更新喷嘴，更换填料，在冷却塔进风口上檐、填料下部加装导水板等技术改造措施后，该自然通风冷却塔循环水出塔水温比同期降低了3℃。

在城市化进程不断加快，基础设施建设不断完善以及科学技术不断发展等因素的作用下，汽轮机被广泛的运用于我国日常的生活和生产中。与此同时，我们对汽轮机组的安全性能和工作效率等要求也在不断提高。而汽轮机冷端优化运行和最佳背压的确定不仅可以有效的增强电厂主设备的安全运行，同时还能提高其他辅助设备的安全性能，促进整个汽轮机组的正常运行。

参考文献：

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[2]孙荷静.蒸汽滴状冷凝传热机理和实现方法的研究进展[J].流体机械,2016,（10）

[3]赵斌,刘玲,张文兵.汽轮机冷端优化的研究[J].热力透平.2017年01期.