600MW機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化研究

侯佳佳

摘 要：文章針對(duì)某600MW火力發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)作狀況分析研究，把凝汽器內(nèi)部的真空度作為凝汽器、汽輪機(jī)組以及循環(huán)水泵互相關(guān)聯(lián)的重要紐帶，采取循環(huán)水泵耗功和機(jī)組出力差值為目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建循環(huán)水系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。文章首先闡述了影響汽輪機(jī)凝汽器壓力的諸多因素以及循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)，在計(jì)算600MW機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行手段的基礎(chǔ)上獲取到不同環(huán)境下凝汽器的最佳狀態(tài)以及循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)作手段?？梢哉f，關(guān)于汽輪機(jī)凝汽設(shè)備不斷優(yōu)化的研究具有相當(dāng)顯著的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：凝汽器；優(yōu)化；真空；汽輪機(jī)；最佳；運(yùn)行；循環(huán)水系統(tǒng)

1 概述

作為汽輪機(jī)組的一項(xiàng)核心的輔助設(shè)備，電站凝汽設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性、安全性會(huì)給機(jī)組產(chǎn)生較大的影響。由此可知，關(guān)于汽輪機(jī)凝汽設(shè)備的優(yōu)化研究有著較大的現(xiàn)實(shí)意義。凝汽設(shè)備的循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)作是為了向汽輪機(jī)的凝汽器供應(yīng)冷卻水，從而達(dá)到冷卻排汽的目的。眾所周知，在電廠中循環(huán)水泵起到了重要的輔助作用。通過對(duì)循環(huán)水泵的優(yōu)化調(diào)整，可大大提高機(jī)組節(jié)能降耗的效果。本文結(jié)合600MW機(jī)組汽輪機(jī)凝汽設(shè)備的實(shí)際案例，針對(duì)影響凝汽壓力的諸多因素展開分析，在介紹設(shè)備優(yōu)化運(yùn)行的工作原理的基礎(chǔ)上，深入地闡釋凝汽器最佳真空的確定方式以及循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略。

2 優(yōu)化方式的對(duì)比分析

由于電力市場(chǎng)的上網(wǎng)電價(jià)競(jìng)爭(zhēng)已進(jìn)入到熾熱化階段，火電廠要想實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須在確保生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上重視機(jī)組實(shí)際效益值，大幅度提高機(jī)組的運(yùn)行與管理水平。在運(yùn)行時(shí)，可借助詳細(xì)的數(shù)據(jù)推導(dǎo)出機(jī)組的運(yùn)行方式，并將其和以往的控制手段作對(duì)比，得出對(duì)比分析結(jié)果。

真空泵改造有以下可選方案：

方案一（推薦）：水環(huán)式真空泵+羅茨真空泵；方案二：水環(huán)式真空泵+大氣噴射器；方案三：真空泵冷卻水源優(yōu)化（利用低溫水源或者增設(shè)制冷設(shè)備）；方案四：增設(shè)變頻調(diào)速裝置。

1號(hào)機(jī)組真空泵組目前存在的主要問題為：設(shè)計(jì)容量偏大，真空泵耗電率較高，存在節(jié)電空間；真空泵冷卻水流量相對(duì)不足，影響抽吸能力；真空泵抽吸能力受工作液溫度影響。而針對(duì)水環(huán)真空泵運(yùn)行常出現(xiàn)運(yùn)行噪聲大、葉輪汽蝕的問題，分析原因一般認(rèn)為是真空泵入口壓力過低、造成氣泡破裂所致，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致真空泵轉(zhuǎn)子斷裂報(bào)廢；在真空泵容量偏大時(shí)，該問題尤為嚴(yán)重。

3 凝汽器最佳真空的確定

在汽輪機(jī)末級(jí)動(dòng)葉斜切部分蒸汽達(dá)到膨脹極限后，汽輪機(jī)功率不會(huì)由于真空的提高而增加。也就是說，就算汽輪機(jī)末級(jí)沒有達(dá)到膨脹極限，然而因背壓的減小，排汽比容的持續(xù)增加而末級(jí)排汽面積固定不變，末級(jí)排汽余速損失會(huì)持續(xù)增加。但是當(dāng)因背壓下降而增加的有效熱降與余速損失的增量相等時(shí)，就會(huì)達(dá)到極限真空。若冷卻水進(jìn)口溫度不是很低，那么就要以許多冷卻水為代價(jià)才可達(dá)到極限真空。為此，在達(dá)到極限真空之前，水泵耗功增加量也許會(huì)比汽輪機(jī)功率的增加量大得多。如果再持續(xù)投入冷卻水量，增加真空，則會(huì)導(dǎo)致電站出力減少。通過增加循環(huán)水量的方式讓汽輪機(jī)電功率的增加值和循環(huán)水泵的耗電量增加值之間的差值達(dá)到頂峰時(shí)其對(duì)應(yīng)的真空就是凝汽器最佳真空。

4 算例

某電廠配備了600MW機(jī)組共2臺(tái)，每臺(tái)機(jī)組上均配備了2臺(tái)循環(huán)水泵以及一套雙殼體、雙出、雙壓、冷卻水雙進(jìn)、單流程凝汽器，兩臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水泵都同步運(yùn)作。通過對(duì)電廠試驗(yàn)資料的分析可知，在采取3泵、2泵、4泵運(yùn)行方式下，循環(huán)水泵分別消耗了3500kW、2300kW、5200kW。依照最佳凝汽器壓力（最佳真空）的確定原理，借助編程運(yùn)算遍歷尋優(yōu)可得到不同循環(huán)水進(jìn)口溫度、不同負(fù)荷下蒸汽器的最佳壓力值，表2為機(jī)組部分最佳壓力數(shù)據(jù)。

圖1為循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行區(qū)域曲線圖，其中區(qū)域分界線的求解的實(shí)現(xiàn)需要依靠計(jì)算機(jī)程序計(jì)算。由圖1中可知，不論在何種負(fù)荷、循環(huán)水溫多高的情況下都能將最佳的循環(huán)水泵運(yùn)行方式確定下來(lái)。

凝汽器與抽真空系統(tǒng)優(yōu)化改造對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響在于廠用電下降和凝汽器運(yùn)行清潔系數(shù)提高。

廠用電下降方面：改造前一臺(tái)真空泵運(yùn)行，改造后兩臺(tái)羅茨泵組+冷卻水升壓泵運(yùn)行（一臺(tái)羅茨泵組耗電為44kW）。廠用電節(jié)電效果為130-2×44-3.3=38.7kW。

凝汽器運(yùn)行清潔系數(shù)提高方面：抽真空方式改造、真空泵節(jié)能改造以及膠球清洗系統(tǒng)改造后凝汽器高壓側(cè)-低壓側(cè)凝汽器壓力差可有效建立，凝汽器清潔系數(shù)特別是低壓側(cè)清潔系數(shù)明顯提升。預(yù)估改造后低壓側(cè)凝汽器清潔系數(shù)至少提高0.16，高壓側(cè)凝汽器清潔系數(shù)至少提高0.1。以此進(jìn)行改造效果估算，結(jié)果見圖1。

（1）600MW負(fù)荷下，改造后凝汽器平均壓力下降0.8kPa。

（2）500MW負(fù)荷下，改造后凝汽器平均壓力下降0.72kPa。

（3）400MW負(fù)荷下，改造后凝汽器平均壓力下降0.61kPa。

（4）300MW負(fù)荷下，改造后凝汽器平均壓力下降0.53kPa。

5 循環(huán)水泵優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果

通過對(duì)實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析可知，在循環(huán)冷卻水溫度處在中低溫環(huán)境下時(shí)，循環(huán)水泵運(yùn)行方式優(yōu)化能創(chuàng)造出最大經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)循環(huán)水溫度低于兩機(jī)四泵切換點(diǎn)溫度時(shí)，其被稱作中低溫。后者溫度愈高，表明其經(jīng)濟(jì)效益的空間愈大，反之則愈小。通常而言，煤價(jià)、氣候變化、煤的發(fā)熱量以及機(jī)組熱耗等因素都會(huì)給循環(huán)水泵運(yùn)行方式產(chǎn)生影響，當(dāng)前的計(jì)算分析是在結(jié)合標(biāo)煤發(fā)熱量的基礎(chǔ)上實(shí)施的，媒的發(fā)熱量下降的話，兩機(jī)四泵的切換點(diǎn)溫度也會(huì)相應(yīng)地變低。煤價(jià)上漲，其切換點(diǎn)的溫度會(huì)下降，否則會(huì)上升。機(jī)組熱耗增多，兩機(jī)四泵切換點(diǎn)的溫度會(huì)下降，反之則會(huì)升高。年平均氣溫提高的話，兩機(jī)四泵切換點(diǎn)溫度就會(huì)下降。除卻熱耗，其他幾種因素均屬于自然條件與市場(chǎng)因素，這對(duì)電廠而言是不可控的。然而電廠應(yīng)做到以下兩點(diǎn)：其一，在選煤的過程中，要盡可能選擇煤發(fā)熱量和煤價(jià)之比更高的，如此才可確保兩機(jī)四泵運(yùn)行的切換點(diǎn)問題更高；其二，要減小并長(zhǎng)期保持當(dāng)前的熱耗水平。

6 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用數(shù)學(xué)模型通過優(yōu)化計(jì)算之后，可獲取到在不同的循環(huán)水溫度、負(fù)荷不同的環(huán)境下的循環(huán)水泵的最佳運(yùn)行方式以及600MW機(jī)組凝汽器的最佳壓力值，并繪制出優(yōu)化運(yùn)行區(qū)域曲線圖，以此為電廠循環(huán)水系統(tǒng)的實(shí)踐憑證。采取以上的優(yōu)化策略后，機(jī)組能基本確保每臺(tái)機(jī)組的蒸汽器運(yùn)行真空與其最佳值之間的距離不大，盡可能地減少電廠廠用電，增強(qiáng)機(jī)組的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性。但必須強(qiáng)調(diào)的是，一旦凝汽器的工作條件右邊，循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行區(qū)域曲線圖就一定要予以修正。

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