M701F聯合循環機組凝汽器真空影響探析

陳秋輝

（深圳市廣前電力有限公司，廣東 深圳518054）

0 引言

凝汽器真空是影響汽輪機出力和供電煤耗的一個主要因素，往往作為機組競賽、性能考核的一項重要指標，它可以反映機組運行狀況以及冷端節能改造效果。真空變化對機組的出力影響趨勢及經濟效益計算依據，可指導機組經濟運行和評價相關改造效果。本文以某南方沿海電廠的三菱3×390MW 9F燃氣—蒸汽聯合循環機組為例進行研究。該廠的燃機型號為M701F；汽輪機型號為TC2F－30；配置杭鍋產的余熱鍋爐，型號為 NG－M701F－R。

圖1 汽輪機背壓與功率曲線

1 真空值的確定

與凝汽器真空有關的有以下幾項指標：設計絕對大氣壓PS，實際絕對大氣壓P1，凝汽器真空度K，汽輪機設計背壓KS，汽輪機實際運行背壓K1。凝汽器真空度K反映的是凝汽器相對真空值，它往往直接作為衡量運行機組的凝汽器真空高低情況，是三菱機組的報警信號之一，并在DCS監控系統上被跟蹤和記錄。三菱機組對凝汽器真空度K采用的算法為：K＝凝汽器絕對氣壓（背壓）K1－101．327kPa，為負值，絕對值一般小于100kPa。在計算凝汽器真空度K時，算法中的被減數若采用實際絕對大氣壓P1或設計絕對大氣壓PS，由于處于不同大氣壓地域和不同的機組，得出凝汽器真空度K因此有一定的偏差，造成各廠數據的統計口徑存在偏差的可能。據查，該廠設計絕對大氣壓PS＝100．8kPa，用于計算的定值101．327kPa與標準大氣壓P0＝101．3kPa差異較小。用標準大氣壓P0或定值代替實際絕對大氣壓PS計算凝汽器真空度K，用作報警信號方面，可以更可靠地避免現場氣壓表記讀數誤差和信號失真的影響。

2 真空度對機組的影響

2．1 真空度與汽輪機功率和熱耗率的關系

為方便描述，將汽輪機背壓對汽輪機功率和熱耗率的修正曲線圖拆分為2個單獨的修正曲線圖，如圖1、圖2所示。

汽輪機背壓與機組功率的修正多項關系式如下［1］：

y＝ －2．142 163 916 9e－06x5＋7．084 095 816 1e－05x4－8．314 845 099 2e－04x3＋3．798 562 980 5e－03x2－6．106 583 197 9e－03x ＋ 1．008 524 579 8e＋ 00；R2＝9．999 784 520 5e－01

背壓與熱耗率的修正多項關系式如下：

y＝－2．207 212 078e－06x5－7．314 760 468 2e－05x4＋864 280 261 42e－04x3－4．023 826 617 5e－03x2＋6．822 795 098 8e－03x ＋9．906 953 131 9e－ 01；R2＝9．999 794 594 9e－01

圖2 汽輪機背壓與熱耗曲線

真空度在－99～－90kPa變化時，按標準大氣壓P0與凝汽器真空度K的換算中，汽輪機實際運行背壓K1一般在2．3～11．3kPa之間變化。從圖1、圖2可以看出，當 K1在4．5～11kPa之間變化時，機組出力系數和熱耗率的變化曲線基本表現為按一定的斜率變化的直線；而在K1小于4．5kPa（對應最高點的凝汽器真空度約在96．8kPa）時，機組出力系數和熱耗率的變化曲線開始有拐點并略朝下。

以上兩組曲線的變化情況表明，在真空度K絕對值小于96．8kPa時，真空度越高，對機組的出力和熱耗率越有利，而真空度K絕對值大于96．8kPa后，真空度越高，對機組的出力和熱耗率影響很小，甚至負面。所以在溫度較高的季節，應采用增開循環水泵臺數以增加冷卻水流量和提高凝汽器鈦管換熱系數等方法來提高機組的真空度；而在低溫天氣，應控制循環水冷卻水流量（或采用變頻）和凝結水的過冷度，以達到在滿足機組的出力和熱耗率在較好的工況下，減少廠用電。

2．2 經濟計算

假設采用機組年平均運行負荷取在300MW、機組真空度絕對值前后從90kPa到95kPa變化、基準為設計大氣壓力、機組每年運行2 000h等為例，評估真空度K對機組運行的經濟性時，計算過程如表1所示。

由90kPa提高到95kPa，從圖1中幾乎呈直線的曲線關系看出，真空與功率的變化斜率約為：5．05MW／（10×0．5kPa），每年多發電約為：4 950 932．3元／（10×0．5kPa）。即按凝汽器真空度處在96．8kPa以下并在表1條件下作估算，若凝汽器真空度每變化1kPa，則發電量就會變化0．52MW、每年多或少發電近500萬元；影響功率和熱耗率分別為0．3%和0．35%。

表1 經濟計算過程

對以上計算結果，有兩個補充說明：（1）上述兩個修正曲線是對整個聯合循環機組的修正，所以產生的變化是按整個機組的功率和熱耗率而言，而不必再按汽輪機組129．4MW的功率份額進行折扣計算；（2）從圖1、圖2的修正曲線可以看出，汽輪機背壓對機組功率和熱耗率的變化都反映出吻合的一面，即當汽輪機背壓降低，機組功率上升、機組熱耗率下降；反之亦然。說明以上真空度變化產生的發電量和發電效益值都是純盈虧的，是反映運行機組真空是否合理的主要依據。

2．3 真空度的其他影響

凝汽器真空度也是影響該機組除氧的重要指標。由于三菱9F聯合循環機組熱力系統比較簡單，凝汽器的冷卻面積相對較大，凝結水再循環進入凝汽器內部后分成多個支管，布置在鈦管上面，支管上都裝有多6個將凝結水霧化的噴頭，在霧化狀態中的凝結水更有利于受熱和釋放出雜氣，因此凝汽器可以作為較好的真空除氧器使用，滿足無熱力除氧器系統的使用條件。根據道爾頓定律和亨利定律得出，在同一溫度下，凝汽器真空度越低，則除氧效果越理想。

3 結語

通過改造或加強凝汽器系統的維護，合理改善凝汽器真空度，可以提高機組出力和降低煤耗，同時防止汽水系統承壓金屬部件腐蝕。

［1］日本三菱重工．PLANT DESING AND SYSTEM DESCRIPION（SD）＆ OPERATION PROCEDURES AND INSTRUCTION（OP）＆ MAINTENANCEPROCEDURES AND INSTRUCTION（OP）（M701F）