汽轮发电机组广义最佳真空的一种确定方法

汽轮发电机组广义最佳真空的一种确定方法

徐鹏

国电吉林龙华长春热电一 厂，长春， 130000

摘要：本文中介绍背压变化对汽轮机功率的影响的热力学计算方法，简要分析真空发生变化时的其它重要参数的变化原因和趋势。建立了发电机组各项参数的数学模型，通过合理的简化寻求其最优解。给出了控制功率情况下基本佳真空的计算方法。

关键词：机组；最佳真空；能量消耗

1引言

传统的最佳真空概念已经不能代表发厂的效益，随着对环境保护要求的提高，和物价上涨的影响，越来越多的因素影响着发电厂的经济效益，比如排污处理费用升高，煤炭价格飙升，水资源价格上涨，上网电价变化等^[1]。因此，要想使得发电厂的经济效益和社会效益最大化，就必须从更广的层面上定义最佳真空，将更多的影响经济性因素和环境保护的要素考虑在内，以此来确定发电厂运行的最佳真空。

1.1发电机组最佳真空概述

凝汽器真空是汽轮发电机组运行最重要的安全经济性指标之一。机组在较低的凝汽器真空下运行不安全也不经济，凝汽器真空过高，机组运行的热经济性也并非最好。因此，凝汽器真空存在一个最佳值。凝汽器最佳真空的传统定义为提高凝汽器真空后机组发电功率增量与为提高凝汽器真空所耗厂用电功率增量之差最大时的凝汽器真空^[2]。在以原料，燃料价格和上网电价等比较稳定的发输配电集中管理，运营时期，它一直在发电企业的运营实践中发挥着指导作用。

1.2传统定义的局限性

当汽轮机的进汽参数一定时，凝汽器真空越高，单位蒸汽在汽轮机中的理想比焓降越大，机组发电越多，但若达到极限真空，部分蒸汽在汽轮机末级动叶以外膨胀，机组发电功率并不增加。同时，为维持高真空循环水泵等辅助设备消耗的厂用电功率必然增加，机组热经济性不升反降，所以极限真空并非最佳真空。

为了与电力市场环境下发电企业最大赢利的需要一致，给出了凝汽器最佳真空新定义是提高凝汽器真空后的产出与为了提高凝汽器真空所措施的投入资金之差值达到最大时的真空^[3]。

2.汽轮发电机组原则性热力系统计算方法

要对原则性热力系统进行计算，必须计算工况下机组的类型、容量、初终参数、回热参数、再热参数及供热抽汽参数、回热系统的连接方式，机组相对内效率η_ri，机械效率η_m，以及发电机效率η_g等。

(1)加热器的热平衡方程式

吸热量=放热量×流入加热器的热=流出加热器的热量

(2)汽轮机物质平衡方程式

D_c=D₀-∑D_j (2-1)

(3)汽轮机的功率方程式

3600P_e = D₀w_iη_mη_g (2-2)

其中，w_i=h₀+α_rhq_rh-∑α_jh_j-α_ch_c。

功率方程式体现了能量的平衡，即输入系统的能量等于输出系统的能量，也就是机组所发出的电功率。通过功率方程可求出汽轮发电机组的电功率P_e或汽轮发电机组的汽耗量D₀。在此基础上计算出汽轮发电机组的热经济性指标^[4]。

3.发电机组原则性热力系统的计算

对于某一加热器，其热平衡方程为：

D_e1h₁+D₀ h_fw2=D₀h_fw1+D_e1h_1ss（3-1）

式中：

D_e1：抽汽流量；

D₀：出口的给水流量；

h₁：抽汽的焓值；

h_fw1：加热器入口的给水焓值；

h_fw2：加热器入口的给水焓值；

h_1ss：加热器疏水焓值。

4.机组最佳真空的确定原则

机组运行所需要的其它必备因素的影响也是我们必须考虑的内容。比如，水资源的价格，煤炭的价格，以及二氧化硫，粉尘排放，上网电价等因素对电厂经济性的影响不容忽视。经济利益和社会效益最大化一直是发电企业追求的目标，能源资源和环境资源消耗最少也成为了发电企业工作都最为关心的数据。电厂的经济指标考虑的要素很多，而且复杂，但可以归结为一点：发电企业经营管理所遵循的规则就是以最小的资金投入生产出最多的电能。现仅以以下几项比较常见的指标为例，作以简略介绍。

4.1水资源的消耗

火电厂是一个用水大户，各个生产环节都离不开水，主蒸汽系统用水要求十分严格，处理成本很高，在各处以水为工质的设备中节能潜力最为明显，故水资源消耗这里我们仅计算这一项：

Y₁=D×p₁（4-1）

式中：

Y₁：主蒸汽用水的总处理成本，元/小时；

D：发电机组的主蒸汽流量，吨/小时；

P₁：单位重量的主蒸汽系统用水处理成本，元/吨。

4.2燃料成本计算

当循环水量发生变化时，机组的理想循环热效率得到提高，单位工质的做功能力增加。相应地，发电机组的汽耗量下降，煤耗量也随着汽耗量的下降而下降，机组单位时间消耗的资金也随之下降。与此同时，发电机组单位时间消耗的风量及产生的烟气量所引起的送风机引风机电耗等系列资金消耗也随之下降。

4.3 二氧化硫排污费用

M_so2=S_ar×B×1.5 （4-2）

M_so2：燃料燃烧产生的烟气中二氧化硫的质量分数；

Y4= M_so2×p₃（4-3）

M_so2：燃料燃烧产生的烟气中二氧化硫的质量分数；

p₃：单位质量的二氧化硫排污费用，元/吨。

4.4 烟尘的排污费用计算

根据2003年7月1日起施行的《排污费征收定理办法》，任何企业在生产过程中产生污染的，要根据当地的标准缴纳一定量的排污治理费用。

M_yc=A_ar×（1-η）×B×p₄（4-4）

A_ar：煤的灰分；

η：锅炉的燃烧效率，取0.94；

B：发电机组的煤耗量；

p₄：排放单位质量的SO2所要缴纳的费用。

粉尘的排放费用：

Y₄= M_yc×p₄； （4-4）

M_yc：单位时间发电机组排放的粉尘的质量；

p₄：当地排放单元质量粉尘所要缴纳的费用。

4.5 循环水泵功率费用计算

当机组的运行工况发生变化时，比如机组的进汽参数、排汽压力、电网负荷等发生变化时，循环水泵的负荷和效率都将会发生很明显的变化，由于循环水泵消耗的功率基数非常大，所以，其效率微小的变化都将引起用电量很大的波动，因此，循环水泵功率的计算公式:

Y₅=P_w×p₅（4-5）

P₅：当地上网电价。

4.5总费用计算

综上，总费用为：

Y= Y₁+Y₂+ Y₃+ Y₄+ Y₅（4-6）

上式上所示即为热电厂消耗资源的价格总数。此费用的大小，与D_w的值有关。比如，当D_w增加时，凝汽器真空提高，汽轮机排汽焓值（指小于汽轮机末级排汽这一区间内）降低，机组消耗的主蒸汽量减少，就使得以上各项消耗都减小。若D_w减小，则结论反之。如此，当D_w在其允许的区间内变化时，必有一个D_w值使得全厂总消耗Y₀的数值最小。此时，凝汽器对应的真空值即为最佳真空。

5.结论

在控制功率条件下，凝汽器的真空值和汽轮发电机组消耗的能源量这间存在着十分紧密的联系，以最小的资源消耗为原则的条件下计算出的最佳真空值，符合实际运行情况，比较真实地反应了汽轮发电机组在定功率情况下资源消耗水平。文章中综合考虑了各种影响汽轮发电机组运行经济性的因素，如水资源价格，循环水泵功耗，发电机组煤耗率，粉尘，二氧化硫的排污费用等。在确定最佳真空的确定原则时，基本全面地考虑了影响经济性较为明显的因素。但是，本文中对于一些计算起来比较复杂的因素如循环水量变化引起的送、引风机电耗的变化考虑的并不全面。总的来说，本文对最佳真空的计算原则和是正确的，可以作为指导实践的参考。

参考文献：

[1] 张文全，高亮试论提高汽轮机凝汽器真空度的措施[J] 经济技术协作信息，2010(29)

[2] 叶涛.热力发电厂.第2版.中国电力出版社，2006

[3] 瓮志广，张洁供热机组热经济性的分析[J]. 华北电力技术，2007(2)

[4] 朱明善.能量系统的火用分析[M].北京：清华大学出版社，1998

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