火电厂凝汽式汽轮机冷端运行优化分析

杨涛

摘 要：本文结合现阶段我国在凝汽式汽轮机冷端系统运行优化方面所存在的突出问题，以电厂汽轮机冷端系统为基本着眼点，在对凝汽器最佳冷却水量、最佳真空给予明确时，不仅将传统因素考虑在内，还将水资源使用费用、冷却水热污染的环保费用考虑在内，以此使整个冷端系统运行优化与现实情况更加相符，本文就此作一探讨。

关键词：火电厂;凝汽式汽轮机;冷端系统;优化

现阶段，我国在研究凝汽器最佳真空方面，一般使在冷却水进水温度以及汽轮机负荷都给定的情况下，通过将冷却水量予以改变，以此来提高循环水泵耗功增量与汽轮机功率增量之间的差值来最终明确。此种研究方法仅将汽轮机功率所出现的变化，以及循环水泵耗功所存在的变化考虑在内，而未能将用冷却水的同时，消耗水资源，及提高环境保护意识考虑在内;还需要指出的是，凝汽机向大气中所排放的热水、汽量，或者是凝汽器在实际运行过程中所消耗的冷却水量，已得到相关部门的深层化重视。还应强调的是，电厂机组在处于运行状态时，调整凝汽器真空，大多是借助冷却水量的改变来达成。需要明确的是，凝汽式汽轮机在实际运行当中，存在着不同程度的能源、资源浪费，因此，需要对其冷端运行加以优化，本文以此为切入点，对此作一深究。

1.以多因素为基础的凝汽器最佳冷却水量、真空的基本概念

需要说明的是，尽管通过采取一定促使，促进凝汽器真空的提升，能够增加汽轮机中蒸汽的理想比焓，促使整个汽轮机能够多发功率，但需要强调的是，不管是基于设计层面，还是基于运行层面，汽轮机并非真空越高，其运行效果越佳。当冷却水的在蒸汽负荷以及入口温度保持不变的情况下，要想从根本上促进凝汽器真空的提升，需要根据现实需要，酌情增加冷却水的流量，也就是要想促进凝汽器真空的提高，需要将其他方面的耗费作为代价，比如增加冷却水热污染环保费用，以及加大冷却水水资源在具体使用费用上的支出。所以，在其整个架构当中，存在着能使背压使汽轮机功率增量收益予以降低的具体数值ΔCt，在此情况下，是否可以通过补偿增加冷却水量的方式，来增加循环水泵耗功方面所對应的支出ΔCp，以及增加冷却水热污染环保、水资源使用等方面费用支出的ΔCw的问题;因此，便提出了凝汽器最佳冷却水量、最佳真空这一全新概念。也就是ΔCt-ΔCw-ΔCp=Δwnet处于最大值时，与其处于对应状态的真空就是最佳真空，而与其相对应的冷却水量，即为最佳冷却水量。

当汽轮机处于实际运行状态时，当排汽量Dc保持不变，且冷却水在具体的入口温度上保持恒定时，如果从中选择一个初始阶段的冷却水量，那么便会随之而产生一个初始的凝汽器压力，在此期间，如果将冷却水量予以增加，在条件相同时，凝汽器在具体压力上，会出现明显下降，另外，汽轮机功率的增加，会增加收益ΔC，带动整个循环水泵耗功方面的指出，同样会使ΔCp增加;与此同时，不管是及冷却水热污染所带来的环保费用，还是水资源的实际使用费用，均会使ΔCw增加，由此便可得出冷却水量的净收益，即ΔCt-ΔCw-ΔCp-=Δwnet。此时，Δwnet会伴随冷却水量的增大而随之增加，当处于最大值时，便会逐渐下降。由此可知，最大值时所对应的冷却水量，便为最佳冷却水量Dwop。而最低点所对应的凝汽器真空，即为最佳真空Pcop。

2.明确凝汽器最佳冷却水量、最佳真空的具体方法

（1）凝汽器的饱和温度。需要说明的是，当凝汽式汽轮机处于运行状态，那么此时的汽轮机排汽温度与排汽压力之间的关系，从根本上来讲，就是饱和蒸汽的温度与压力之间的关系。所以，而对于凝汽器当中的蒸汽压力来讲，可通过与之处于对应状态的饱和温度来明确，可用公式计算出饱和温度tc，即tw1+Δt+δt=tc。在此公式当中，δt所表示的是凝汽器传热端差，Δt表示的是冷却水温升，tw1表示的是冷却水进水温度。

需要强调的是，冷却水的进水温度tw1密切相关于环境温度;对于直流供水系统而言，其与环境当中冷却水的温度直接对等;而对于循环供水系统来讲，其与冷却塔所对应的出口水温对等。

（3）凝汽器压力与汽轮机功率之间所存在的关系

现阶段，要想就汽轮机背压所出现变化对其自身功率增量所产生的影响加以明确，一般情况下，可采取如下方法：其一为常规热平衡法，其二是热力学方法，其三为汽轮机原理方法，其四为特性曲线拟合方法。需要指出的是，因特性曲线拟合方法更具实用性，并且准确、简便，所以，通常会依据制造厂所提供的总体性的汽轮机特性曲线，以一种特性曲线拟合方法，获取各种蒸汽负荷状态下，汽轮机排汽压力与功率之间所存在的关系，公式为：Pt=f（pc）。

（4）冷却水热污染的环保费用与水资源使用费用

冷却水热污染所对应的环保费用及水资源使用费ΔCw与冷却水量之间存在何种关系，此费用可依据当地政府部门的具体规定来进行计算。

（5）明确凝汽器最佳冷却水量与最佳真空

首先，在事先明确的冷却水进水温度tw1以及汽轮机排汽量Dc下，将冷却水量Dw予以改变，将冷却水热污染的环保收费与水资源使用费ΔCw给求出来，除此之外，还应求出、循环水泵耗功增量ΔPp以及汽轮机功率增量ΔPt。在明确循环水泵耗功增量ΔPp以及汽轮机功率增量ΔPt之后，便可以将汽轮机功率增量所对应的收益ΔCt给计算出来，此外，还能将拖动循环水泵所对应的电动机耗功增量支出ΔCp给计算出来，最后便可对净收益加以明确，即ΔCt-ΔCw-ΔCp=Δwnet。当净收益维持在最大时，与其处于对应状态的冷却水量、真空，便是最佳冷却水量与最佳真空，这样便可以达到对此系统运行进行优化的目的。

3.结语

综上，通过将凝汽器所对应的最佳冷却水流量、最佳真空给明确下来，并将水资源使用费，以及冷却水热污染费用考虑在内，能够最大化提高汽轮机冷端运行的经济收益，这除了能使电厂发电成本得以降低之外，还能提高机组实际运行的经济性，降低污染，提高运行效率。

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