燃气—蒸汽联合循环机组汽轮机冷端优化

燃气—蒸汽联合循环机组汽轮机冷端优化

莫世欢

大唐苏州热电有限责任公司  邮编：215200

摘要

燃气—蒸汽联合循环机组近年来发展迅速，在电网调峰、环保发电、中扮演了不可或缺的角色。在整个联合循环机组中，=燃气轮机效率+（1-燃气轮机效率）余热锅炉效率*汽轮机效率，在此计算式中，汽轮机效率成为影响、可调因素中重要的一环，而对于汽轮机而言，排汽损失举足轻重。如何降低汽轮机排汽损失，提升汽轮机效率优化汽轮机排汽端（冷端）运行，是本文研究重点。

关键词：联合循环机组 汽轮机 冷端优化 效率 厂用电率

概况

汽轮机冷端是指汽轮机排汽低压侧，通常涵盖汽轮机真空系统、循环水系统及凝结水系统。根据汽轮机效率公式：=，在热端汽轮机进汽参数受燃气轮机排气及余热锅炉受热面影响，调整范围有限；在冷端降低汽轮机排汽焓能提升汽轮机整体效率，如何在保障机组安全的情况下降低排汽焓及辅机厂用电量、提升机组整机效率和降低机组厂用电率是本文燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机冷端优化的方向。

正文

汽轮机排汽焓由排汽压力、排汽温度及湿度三个因素决定的。因汽轮机排汽为湿饱和蒸汽，排气温度可根据排气压力查表得知；汽轮机排汽压力因排汽汽阻会略高于凝汽器真空，但两者变化趋势一致，本文从凝汽器真空入手，探究燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机冷端优化方式方法，提升汽轮机效率及降低机组厂用电率。

1、凝汽器真空值得选择

凝汽器真空并不是越高越好，当凝汽器真空超过极限真空，汽轮机循环效率不升反降，同时汽轮机排汽湿度增加，导致汽轮机末几级叶片受“水蚀”的情况也越严重，不仅降低机组运行的经济性，也提升了主设备运行风险，以某燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机数据为例，展示排汽压力变化对循环效率的影响：

以上为例，排汽压力为4.7kPa时，循环效率达最高值，此时对应的真空为极限真空。通常选取汽轮机设备说明书中包含设计真空为调整目标值，或者根据汽轮机运行导则相关规定选取目标真空值，此两者均能在满足机组安全运行的情况下经济效率最大化。

2、冷端优化的具体措施

（1）循环水系统优化

a、循环水泵采用变频运行方式的要求。根据泵的功率P∝n3，流量Q∝n可知，在满足循环水流量的前提下降低循环水泵的频率能大幅度减少厂用电量，以某燃气-蒸汽联合循环电厂为例，在2017年12月，循环水泵运行在41HZ便能使汽机真空达设计真空，循环水泵在工频运行时功率为490kW，循环水泵运行在41HZ时功率为364kW，则：P=P1-P2=126kW；每日可节省厂用电量=P*24=3024kWh；每日单机厂用电率约为400万kWh，则每日厂用电率降低=/W总=0.3024/400=0.076%。

b、循环水泵运行方式优化。根据环境温度、机组负荷确定循环水泵运行方式：在秋末、冬季、初春时期环境温度低，选用变频循环水泵调节循环水量，在夏季环境温度高，单台循环水泵水量不足，可启动两台循环水泵运行，增加循环水量，提升凝汽器真空，同工况下提升汽机负荷，以某燃气-蒸汽联合循环电厂试验数据为例：

依上图数据所示，在同燃机负荷、抽汽流量几乎一致的工况下，多启动一台循环水泵后凝汽器真空上升-1.63kPa，汽机负荷上升0.61MW；而新启循环水泵功率为0.49MW，=st-xb=0.61-0.49=0.12MW，每日增发电量=*24=2.88MWh。

C、 冷水塔运行优化

定期检查冷水塔填料及填料层喷管。检查冷水塔填料层喷管时可根据冷水塔各扇去下水情况进行重点检查，必要时可隔离某个扇区对其全方位检查，确保冷水塔各喷管水流通畅，冷水塔散热正常。

（2）  真空系统优化

       a、 定期执行真空严密性试验。真空严密性试验有助于判断真空系统严密情况，定期执行此试验可利于对真空系统严密性监测。根据凝汽器与真空系统运行维护导则的要求：停机超过15天，机组启动后3天内应执行真空严密性试验；机组正常运行期间每月应进行一次真空严密性试验。

       b、 真空系统查漏。根据真空严密性试验结果，若真空严密性超出标准要求，可对汽轮机真空系统查漏治理，必要时可进行灌水查漏。燃气-蒸汽联合循环机组真空系统在机组频繁启停中因膨胀收缩不均匀而导致结合面罅隙增大，严密性降低，因此在查漏时可将查找重点放在启停过程温度、压力变化大的结合面或部位，比如：凝汽器喉部、汽封集箱阀门法兰处、机封集箱阀门门杆、汽轮机大气薄膜阀等处。

       c、 真空泵运行优化。①真空泵冷却水改善。根据真空泵性能试验数据，常温下真空泵工作液温度与真空泵抽吸能力成反比，而真空泵工作液温度主要受冷却水水温影响，厂区如有溴化锂集中制冷机组，可在夏季炎热时期采用溴化锂机组的冷水作为真空泵冷却水，由循环水作为冷却水在夏季时可高达35~40℃，而暖通冷水水温在8~12℃，用暖通冷水作为真空泵工作液的冷却水必然能极大提高真空泵工作效率。② 真空泵与电机使用磁力耦合器连接，在单台真空泵维持凝汽器真空有裕量时，通过调整耦合面气隙来调整真空泵转速，进而改变真空泵出力，以某电厂机组为例，真空泵工频出力时电流110A，通过调整气隙至65%时能维持凝汽器真空，此时真空泵电流90A，每小时节省耗电量

=*0.4*（110-90）*0.85=11.78kWh，每月节省厂用电量为=*24*30=8481.6kWh。

（3）  凝汽器系统优化

       a、保持凝汽器铜管或钢管内表面清洁。其中主要措施：①定期投运胶球清洗装置。投运胶球清洗装置前应选取弹性合适、质量合格的胶球；在投运过程加强关注装置收球率，若收球率低，部分胶球积蓄在凝汽器内，不仅未达到清洗铜管内壁的目的，同时也会造成堵塞铜管，导致传热恶化，降低凝汽器工作效率。②加强循环水水质监督。根据火力发电厂汽水品质监督导则，对循环水浓缩倍率及余氯等指标有严格要求，日常运行工作中应加强指标的监督，定期化验，根据变化趋势及时调整，切忌待水质不合格再进行调整。

       b、 将凝汽器关键指标引进组态，实现在线实时监测。凝汽器部分主要指标比如凝结水过冷度、凝汽器端差等无法直接测量，需根据相关数据计算得出。凝结水过冷度和凝汽器端差计算都涉及到饱和压力下对应的饱和温度，这是需要查询而无法直接测量的。可将饱和压力对应饱和温度做成小型数据库嵌入到组态中，实现实时查询，并将查询值返回到参数计算公式中，从而实现将凝汽器关键指标引入组态进行实时监测。监测的目的是为了更好的指导参数调整，比如根据凝结水过冷度来调整循环水量等，从而更好的服务机组安全、可靠、经济运行。

3、总结

燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机冷端优化涉及设备较多，本文主要从循环水系统、真空系统、凝汽器系统三个方面进行优化，优化措施主要来源于日常工作的经验总结和一些可行性想法阐述，以最佳真空为调整目标，以多元调整方式与措施为手段，旨在将燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机冷端运行最优化，提升整机运行效率，降低机组厂用电率。

参考文献：

张力.锅炉原理[M]:机械工业出版社,2011

齐福江.动力工程师手册[M]:中国标准出版社,1999