汽輪機(jī)凝汽器運(yùn)行過程中循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化問題探析

田建軍

（寧夏大唐國(guó)際大壩發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏青銅峽751607）

0 引言

循環(huán)水系統(tǒng)可分為開式循環(huán)水系統(tǒng)和閉式循環(huán)水系統(tǒng)，又可分為母管制循環(huán)水系統(tǒng)和單元制循環(huán)水系統(tǒng)。 對(duì)于靠近江河湖海的電廠，一般采用開式循環(huán)水系統(tǒng)，即不設(shè)冷卻塔；對(duì)于用水緊張的地區(qū)，一般采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水經(jīng)冷卻塔冷卻后循環(huán)使用。 母管制循環(huán)水系統(tǒng)是幾臺(tái)循環(huán)水泵并列運(yùn)行，通過一根供水母管集中向各臺(tái)機(jī)組凝汽器供水；對(duì)于單元制循環(huán)水系統(tǒng)，各臺(tái)機(jī)組循環(huán)水量的調(diào)節(jié)互不影響，可以單獨(dú)進(jìn)行調(diào)節(jié)。隨著單機(jī)容量的增大，供水系統(tǒng)的進(jìn)排水管的斷面尺寸也相應(yīng)增大，采用母管制供水系統(tǒng)已不完全適應(yīng)，所以單機(jī)容量為200MW 及以上的電站宜采用單元制供水系統(tǒng)。 本文所討論的循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化模型僅限于單元制循環(huán)水系統(tǒng)。 這種系統(tǒng)中，每臺(tái)機(jī)組宜裝設(shè)2×50%容量的循環(huán)水泵，對(duì)于單元制的循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水量的調(diào)節(jié)大多采用臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)，即采用調(diào)整并聯(lián)運(yùn)行的水泵的臺(tái)數(shù)來適應(yīng)系統(tǒng)對(duì)水量需求的變化，一般不采用閥門調(diào)節(jié)，因?yàn)殚y門調(diào)節(jié)有節(jié)流因素，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

1 傳統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化

1.1 能耗量觀點(diǎn)

由凝汽器的變工況特性曲線可知， 在其他熱力參數(shù)不變的條件下，循環(huán)水流量增加，凝汽器壓力下降，汽輪機(jī)功率增加，熱耗減少；但另一方面，增加循環(huán)水流量，循環(huán)泵耗功增加，廠用電增加。 這就存在循環(huán)水的優(yōu)化調(diào)度問題。即只有當(dāng)由于背壓降低所增加的汽輪機(jī)電功率ΔNt與循環(huán)水泵多消耗的功率ΔNp間差ΔN 值最大時(shí)的循環(huán)水量才是最佳循環(huán)水量。

1.2 運(yùn)行費(fèi)用的觀點(diǎn)

有研究表明能耗量的觀點(diǎn)雖然已經(jīng)被電廠廣泛應(yīng)用，但這種方法有時(shí)并不能反映運(yùn)行費(fèi)用的全部。 例如，該方法只考慮到循環(huán)水泵所消耗的電功率，而未考慮到循環(huán)水消耗量本身所引起的費(fèi)用。實(shí)際上，隨著對(duì)環(huán)境及水資源保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)， 循環(huán)水本身的價(jià)格已不容忽視。以東北某熱電廠為例，該廠采用開式循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水取自松花江水資源管理部門收取該廠的水費(fèi)為每噸2 分錢， 而排放入松花江的每噸水，環(huán)保部門又收取熱污染費(fèi)1 分錢，這樣該廠每消耗1 噸循環(huán)水就要消耗3 分錢的費(fèi)用。 單對(duì)于一臺(tái)200MW 汽輪機(jī)，每年為此消耗515 萬元左右。 如此大的費(fèi)用在能耗量觀點(diǎn)中卻未能給予充分的重視。

1.3 傳統(tǒng)的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化模型的不足

前面介紹的兩種循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化模型，僅僅只是針對(duì)凝汽器建立的模型，僅僅考慮了循環(huán)水量變化對(duì)循環(huán)水溫升和端差的影響，而沒有考慮循環(huán)水量變化對(duì)凝汽器入口水溫的影響。 對(duì)于閉式循環(huán)水系統(tǒng)，由于在某一范圍內(nèi)減少循環(huán)水量，冷卻塔的冷卻能力保持不變，所以出塔水溫（即循環(huán)水入口水溫）就可以降低。這是因?yàn)樵谘h(huán)水量減少的條件下，為了保持原熱負(fù)荷，只有增加水的溫差。但如果進(jìn)一步減少循環(huán)水量，出塔水溫就不會(huì)繼續(xù)下降，因?yàn)榱芩盍蟽?nèi)水量過少，引起部分淋水填料內(nèi)缺水，造成空氣短路，使進(jìn)塔空氣量相對(duì)增加，空氣未飽和就排出塔外。冷卻塔效率下降，保持不了原來熱平衡，使熱水的散熱量降低。 因此在進(jìn)行閉式循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化時(shí)，要把凝汽器和冷卻塔作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮，充分考慮循環(huán)水量的變化對(duì)凝汽器入口水溫、冷卻水溫升、端差的影響。

2 新的閉式循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化

對(duì)于閉式循環(huán)水系統(tǒng)，當(dāng)進(jìn)入凝汽器中的循環(huán)水量在一定范圍內(nèi)減少時(shí)，凝汽器入口水溫會(huì)降低，循環(huán)水的溫升會(huì)升高，而端差可能升高也可能降低。 那么凝汽器的壓力將發(fā)生改變，而凝汽器的壓力如何變化、變化多少，是循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.1 化后循環(huán)水溫升的確定循環(huán)水溫升主要受汽輪機(jī)廣義排汽量和循環(huán)水量的影響，循環(huán)水量變化后循環(huán)水溫升的預(yù)測(cè)值：

Δtyc=（525～560）Dt／Dwyc

2.2 循環(huán)水量變化后凝汽器入口水溫的確定根據(jù)冷卻塔變工況計(jì)算模型中可得到凝汽器入口水溫的預(yù)測(cè)值：

Δtyc=（525～560）Dc／Dwyc

2.3 循環(huán)水量變化后，凝汽器入口溫度的測(cè)定

將循環(huán)水量變化后的值帶入冷卻塔變工況計(jì)算模型中，就可得到凝汽器入口水溫的預(yù)測(cè)值。

2.4 循環(huán)水量變化后， 凝汽器端差的確定

凝汽器端差的計(jì)算公式為：

凝汽器端差主要是冷卻水溫升、傳熱面積、傳熱系數(shù)、冷卻水量的函數(shù)。其中冷卻水溫升Δt 主要受廣義排汽量和冷卻水量的影響，忽略凝汽器銅管結(jié)垢和熱井水位高淹沒銅管的情況，可以認(rèn)為傳熱面積是定值。

由上式可知，循環(huán)水量不僅對(duì)凝汽器端差有直接影響，而且還通過影響循環(huán)水溫升、傳熱系數(shù)間接影響端差。

2.5 循環(huán)水量變化后，凝汽器壓力的確定

循環(huán)水量變化后，凝汽器飽和溫度的預(yù)測(cè)值為：

tkyc=twlyc+Δtyc+δtyc

蒸汽壓力的預(yù)測(cè)值為：

Pcyc=9.81×［（tsyc＋100）／57.66］7.46

2.6 循環(huán)水量變化后，氣輪機(jī)微增出力ΔNt 的計(jì)算

有研究表明，機(jī)組在不同負(fù)荷下，微增出力與背壓的關(guān)系為：ΔNt＝f（N，Pcyc），其中N 為機(jī)組負(fù)荷，KW。

2.7 循環(huán)水量變化后，循環(huán)水泵耗功增量ΔNp 的計(jì)算

由于單元制循環(huán)水系統(tǒng)大多采用臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)，這樣就可根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)的試驗(yàn)，得出增加或減少一臺(tái)泵循環(huán)水泵耗功的變化量ΔNp。

2.8 最佳循環(huán)水運(yùn)行方式的確定

對(duì)于帶有單元制循環(huán)水系統(tǒng)的機(jī)組，首先分別計(jì)算出由開一臺(tái)泵變?yōu)殚_兩臺(tái)泵或由開兩臺(tái)泵變?yōu)殚_一臺(tái)泵時(shí)的代價(jià)和收益，如果代價(jià)大于收益，則維持循環(huán)水量不變，如果收益大于代價(jià)，則改變循環(huán)水量，當(dāng)機(jī)組由開一臺(tái)泵變?yōu)殚_兩臺(tái)泵時(shí)，所付出的代價(jià)是泵的耗功增加，所得到的收益是機(jī)組的內(nèi)功率增加。 所以只要ΔNt＞ΔNp，就應(yīng)該改變循環(huán)水量；當(dāng)機(jī)組由開兩臺(tái)泵變?yōu)殚_一臺(tái)泵時(shí)，所付出的代價(jià)是汽輪機(jī)內(nèi)功率的減少，所得到的收益是泵耗功的減少，所以只要ΔNt＞ΔNp，（此時(shí)ΔNt＞0，ΔNp＜0），就應(yīng)該改變循環(huán)水量。

3 結(jié)束語

3.1 在該模型中，沒有考慮循環(huán)水補(bǔ)水對(duì)凝汽器入口水溫的影響，在補(bǔ)水量很大的情況下，應(yīng)該把凝汽器、冷卻塔、循環(huán)水補(bǔ)水系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行考慮，從整體上進(jìn)行循環(huán)水量及其補(bǔ)水量的優(yōu)化分析。

3.2 為了簡(jiǎn)化該模型，本文循環(huán)水量取的是設(shè)計(jì)值，實(shí)際上應(yīng)該根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)的管路阻力特性和泵的性能曲線，確定循環(huán)水泵的工作點(diǎn)進(jìn)而確定循環(huán)水量。

3.3 為了簡(jiǎn)化該模型，汽輪機(jī)微增出力是根據(jù)試驗(yàn)曲線得到的，下一步需要做的工作是進(jìn)行回?zé)嵯到y(tǒng)的詳細(xì)熱力計(jì)算，研究背壓變化與汽輪機(jī)微增出力的關(guān)系。

3.4 使該模型向通用化方向發(fā)展， 該模型不僅適用于單元制循環(huán)水系統(tǒng)，且還適用于母管制循環(huán)水系統(tǒng)，不僅適用于開式循環(huán)水系統(tǒng)，而且還適用于閉式循環(huán)水系統(tǒng)，不僅適用于凝汽式電廠，而且也適用于熱電廠。

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