火電廠凝汽式汽輪機冷端運行優(yōu)化分析

楊濤

摘 要：本文結(jié)合現(xiàn)階段我國在凝汽式汽輪機冷端系統(tǒng)運行優(yōu)化方面所存在的突出問題，以電廠汽輪機冷端系統(tǒng)為基本著眼點，在對凝汽器最佳冷卻水量、最佳真空給予明確時，不僅將傳統(tǒng)因素考慮在內(nèi)，還將水資源使用費用、冷卻水熱污染的環(huán)保費用考慮在內(nèi)，以此使整個冷端系統(tǒng)運行優(yōu)化與現(xiàn)實情況更加相符，本文就此作一探討。

關(guān)鍵詞：火電廠;凝汽式汽輪機;冷端系統(tǒng);優(yōu)化

現(xiàn)階段，我國在研究凝汽器最佳真空方面，一般使在冷卻水進水溫度以及汽輪機負荷都給定的情況下，通過將冷卻水量予以改變，以此來提高循環(huán)水泵耗功增量與汽輪機功率增量之間的差值來最終明確。此種研究方法僅將汽輪機功率所出現(xiàn)的變化，以及循環(huán)水泵耗功所存在的變化考慮在內(nèi)，而未能將用冷卻水的同時，消耗水資源，及提高環(huán)境保護意識考慮在內(nèi);還需要指出的是，凝汽機向大氣中所排放的熱水、汽量，或者是凝汽器在實際運行過程中所消耗的冷卻水量，已得到相關(guān)部門的深層化重視。還應強調(diào)的是，電廠機組在處于運行狀態(tài)時，調(diào)整凝汽器真空，大多是借助冷卻水量的改變來達成。需要明確的是，凝汽式汽輪機在實際運行當中，存在著不同程度的能源、資源浪費，因此，需要對其冷端運行加以優(yōu)化，本文以此為切入點，對此作一深究。

1.以多因素為基礎(chǔ)的凝汽器最佳冷卻水量、真空的基本概念

需要說明的是，盡管通過采取一定促使，促進凝汽器真空的提升，能夠增加汽輪機中蒸汽的理想比焓，促使整個汽輪機能夠多發(fā)功率，但需要強調(diào)的是，不管是基于設計層面，還是基于運行層面，汽輪機并非真空越高，其運行效果越佳。當冷卻水的在蒸汽負荷以及入口溫度保持不變的情況下，要想從根本上促進凝汽器真空的提升，需要根據(jù)現(xiàn)實需要，酌情增加冷卻水的流量，也就是要想促進凝汽器真空的提高，需要將其他方面的耗費作為代價，比如增加冷卻水熱污染環(huán)保費用，以及加大冷卻水水資源在具體使用費用上的支出。所以，在其整個架構(gòu)當中，存在著能使背壓使汽輪機功率增量收益予以降低的具體數(shù)值ΔCt，在此情況下，是否可以通過補償增加冷卻水量的方式，來增加循環(huán)水泵耗功方面所對應的支出ΔCp，以及增加冷卻水熱污染環(huán)保、水資源使用等方面費用支出的ΔCw的問題;因此，便提出了凝汽器最佳冷卻水量、最佳真空這一全新概念。也就是ΔCt-ΔCw-ΔCp=Δwnet處于最大值時，與其處于對應狀態(tài)的真空就是最佳真空，而與其相對應的冷卻水量，即為最佳冷卻水量。

當汽輪機處于實際運行狀態(tài)時，當排汽量Dc保持不變，且冷卻水在具體的入口溫度上保持恒定時，如果從中選擇一個初始階段的冷卻水量，那么便會隨之而產(chǎn)生一個初始的凝汽器壓力，在此期間，如果將冷卻水量予以增加，在條件相同時，凝汽器在具體壓力上，會出現(xiàn)明顯下降，另外，汽輪機功率的增加，會增加收益ΔC，帶動整個循環(huán)水泵耗功方面的指出，同樣會使ΔCp增加;與此同時，不管是及冷卻水熱污染所帶來的環(huán)保費用，還是水資源的實際使用費用，均會使ΔCw增加，由此便可得出冷卻水量的凈收益，即ΔCt-ΔCw-ΔCp-=Δwnet。此時，Δwnet會伴隨冷卻水量的增大而隨之增加，當處于最大值時，便會逐漸下降。由此可知，最大值時所對應的冷卻水量，便為最佳冷卻水量Dwop。而最低點所對應的凝汽器真空，即為最佳真空Pcop。

2.明確凝汽器最佳冷卻水量、最佳真空的具體方法

（1）凝汽器的飽和溫度。需要說明的是，當凝汽式汽輪機處于運行狀態(tài)，那么此時的汽輪機排汽溫度與排汽壓力之間的關(guān)系，從根本上來講，就是飽和蒸汽的溫度與壓力之間的關(guān)系。所以，而對于凝汽器當中的蒸汽壓力來講，可通過與之處于對應狀態(tài)的飽和溫度來明確，可用公式計算出飽和溫度tc，即tw1+Δt+δt=tc。在此公式當中，δt所表示的是凝汽器傳熱端差，Δt表示的是冷卻水溫升，tw1表示的是冷卻水進水溫度。

需要強調(diào)的是，冷卻水的進水溫度tw1密切相關(guān)于環(huán)境溫度;對于直流供水系統(tǒng)而言，其與環(huán)境當中冷卻水的溫度直接對等;而對于循環(huán)供水系統(tǒng)來講，其與冷卻塔所對應的出口水溫對等。

（3）凝汽器壓力與汽輪機功率之間所存在的關(guān)系

現(xiàn)階段，要想就汽輪機背壓所出現(xiàn)變化對其自身功率增量所產(chǎn)生的影響加以明確，一般情況下，可采取如下方法：其一為常規(guī)熱平衡法，其二是熱力學方法，其三為汽輪機原理方法，其四為特性曲線擬合方法。需要指出的是，因特性曲線擬合方法更具實用性，并且準確、簡便，所以，通常會依據(jù)制造廠所提供的總體性的汽輪機特性曲線，以一種特性曲線擬合方法，獲取各種蒸汽負荷狀態(tài)下，汽輪機排汽壓力與功率之間所存在的關(guān)系，公式為：Pt=f（pc）。

（4）冷卻水熱污染的環(huán)保費用與水資源使用費用

冷卻水熱污染所對應的環(huán)保費用及水資源使用費ΔCw與冷卻水量之間存在何種關(guān)系，此費用可依據(jù)當?shù)卣块T的具體規(guī)定來進行計算。

（5）明確凝汽器最佳冷卻水量與最佳真空

首先，在事先明確的冷卻水進水溫度tw1以及汽輪機排汽量Dc下，將冷卻水量Dw予以改變，將冷卻水熱污染的環(huán)保收費與水資源使用費ΔCw給求出來，除此之外，還應求出、循環(huán)水泵耗功增量ΔPp以及汽輪機功率增量ΔPt。在明確循環(huán)水泵耗功增量ΔPp以及汽輪機功率增量ΔPt之后，便可以將汽輪機功率增量所對應的收益ΔCt給計算出來，此外，還能將拖動循環(huán)水泵所對應的電動機耗功增量支出ΔCp給計算出來，最后便可對凈收益加以明確，即ΔCt-ΔCw-ΔCp=Δwnet。當凈收益維持在最大時，與其處于對應狀態(tài)的冷卻水量、真空，便是最佳冷卻水量與最佳真空，這樣便可以達到對此系統(tǒng)運行進行優(yōu)化的目的。

3.結(jié)語

綜上，通過將凝汽器所對應的最佳冷卻水流量、最佳真空給明確下來，并將水資源使用費，以及冷卻水熱污染費用考慮在內(nèi)，能夠最大化提高汽輪機冷端運行的經(jīng)濟收益，這除了能使電廠發(fā)電成本得以降低之外，還能提高機組實際運行的經(jīng)濟性，降低污染，提高運行效率。

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