影響火電機(jī)組冷端性能的因素分析及對策

李俊朋，王停戈，崔春暉

（1.四川神華天明發(fā)電有限責(zé)任公司，四川綿陽 621000；2.中廣核研究院有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

當(dāng)前我國電力市場化改革不斷深入推進(jìn)，在資源和環(huán)境的雙重壓力下，如何降低發(fā)電成本、提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益已成為火電企業(yè)需要直面并解決的問題。冷端系統(tǒng)作為火電機(jī)組重要的輔助系統(tǒng)，其性能好壞對機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常重要的影響[1]。對冷端系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究，分析關(guān)鍵影響因素、挖掘節(jié)能潛力、實(shí)施可行對策，是實(shí)現(xiàn)機(jī)組節(jié)能減排、增加效益的快捷途徑。

1 冷端系統(tǒng)介紹

火電機(jī)組冷端系統(tǒng)由汽輪機(jī)低壓缸末級組、凝汽器、循環(huán)水泵、冷卻塔、凝結(jié)水泵、抽真空裝置、靠近凝汽器最末一級的低壓加熱器等設(shè)備組成，主要系統(tǒng)有循環(huán)水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)等（圖1）。

圖1 火電機(jī)組冷端系統(tǒng)

2 影響冷端性能因素分析及對策

下面逐一分析影響冷端性能的主要因素，并從設(shè)計(jì)或運(yùn)維方面給出相應(yīng)的可行性對策。

2.1 汽輪機(jī)低壓缸末級組及排汽缸

2.1.1 排汽壓力

汽輪機(jī)排汽壓力變化對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性有著重要影響：當(dāng)排汽壓力過高時，汽輪機(jī)的理想焓降減少，機(jī)組出力和經(jīng)濟(jì)性變差；當(dāng)排汽壓力過低時，末級濕度增大，加大了濕氣損失，并且由于排汽體積的增大，會使汽輪機(jī)低壓部分結(jié)構(gòu)變化帶來的設(shè)計(jì)成本和冷卻水量變化帶來的循環(huán)水泵耗電量增大，導(dǎo)致機(jī)組相對收益變差。

對策：運(yùn)行中應(yīng)維持汽輪機(jī)在綜合最佳排汽壓力下運(yùn)行，建立最佳排汽壓力與機(jī)組負(fù)荷變化的動態(tài)跟蹤模型。當(dāng)排汽壓力在最高容許背壓和極限背壓之間時，降低排汽壓力可以提高汽輪機(jī)出力。

2.1.2 能量損失系數(shù)

汽輪機(jī)排汽缸作為連接汽輪機(jī)末級汽口和凝汽器入口的排汽通道，擔(dān)負(fù)著排汽的擴(kuò)壓和轉(zhuǎn)向兩大任務(wù)。目前排汽通道大多采用先擴(kuò)壓后轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)來充分利用排汽余速，降低排汽阻力來提高機(jī)組效率。然而，排汽通道存在著內(nèi)部流場混亂、排汽壓損過大、靜壓恢復(fù)能力喪失等問題，造成排汽的能量損失。通常用能量損失系數(shù)來評價排汽缸結(jié)構(gòu)特性優(yōu)劣，它與靜壓恢復(fù)系數(shù)之和為 1[2]。

對策：通過排汽缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化來降低排汽能量損失系數(shù)。優(yōu)化排汽通道，使得排汽流場分布盡量合理，如在凝汽器喉部加裝導(dǎo)流裝置或?qū)ε牌麑?dǎo)流環(huán)得型線展開優(yōu)化。

2.2 凝汽器

2.2.1 凝汽器漏入空氣量

凝汽器內(nèi)漏入空氣量隨然少但危害很大，漏入空氣會阻礙蒸汽放熱，降低傳熱系數(shù)，導(dǎo)致傳熱端差增大、真空下降。并且漏入的空氣還會使凝結(jié)水過冷度增大，這將增加凝結(jié)水回?zé)崴璩槠?，進(jìn)而降低機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

對策：凝汽器內(nèi)空氣主要是從各級與相應(yīng)的抽汽系統(tǒng)、排汽缸、凝汽設(shè)備等不嚴(yán)密處漏入的。在安裝過程中應(yīng)加強(qiáng)對易泄漏部位的檢查，采取效果良好的密封措施，如在法蘭外圈纏繞密封膠布等。

2.2.2 凝汽器熱負(fù)荷

凝汽器熱負(fù)荷的變化，必然會引起傳熱端差的變化[3]。隨著熱負(fù)荷的增加凝汽器性能會有所下降。

對策：汽輪機(jī)排汽、軸封漏氣和接入凝汽器疏水量的變化都會引起凝汽器熱負(fù)荷變化，因此在運(yùn)行調(diào)整中應(yīng)盡力避免增加額外的熱負(fù)荷，以防增加傳熱端差。

2.2.3 真空系統(tǒng)嚴(yán)密性

真空系統(tǒng)嚴(yán)密性差則會降低凝汽器真空。真空降低會使汽輪機(jī)理想比焓降和循環(huán)熱效率降低。真空降低后，為保持機(jī)組負(fù)荷將使耗汽量增加，進(jìn)而降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

對策：閥門內(nèi)漏、低加疏水系統(tǒng)漏氣、低壓軸封泄漏、軸封供汽壓力不足等問題都會影響真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性，可以通過更換泄漏閥門、系統(tǒng)查漏消缺、調(diào)整軸端汽封間隙、嚴(yán)格控制低壓汽封供汽壓力等方式來改進(jìn)真空系統(tǒng)嚴(yán)密性。

2.2.4 凝汽器清潔系數(shù)

凝汽器清潔系數(shù)大小直接反映了凝汽器銅管的臟污程度和水側(cè)的傳熱性能。清潔系數(shù)減小則傳熱系數(shù)變小，導(dǎo)致凝汽器傳熱端差增大、真空下降。

對策：凝汽器清潔系數(shù)的減小與內(nèi)部結(jié)垢和外部污染有關(guān)。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，定期投運(yùn)膠球清洗系統(tǒng)，在保證清洗效果的同時獲得最佳清洗周期和單次清洗時間；在運(yùn)行期間盡量提高膠球清洗裝置收球率。

2.2.5 凝汽器熱井水位

凝汽器熱井水位過高，會造成整個凝汽器的冷卻面積減少，凝汽器真空值下降，嚴(yán)重時將導(dǎo)致低壓缸進(jìn)水；熱井水位過低，容易造成凝結(jié)水泵入口汽化，直接影響凝結(jié)水泵安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

對策：運(yùn)行中保證凝汽器熱井水位在規(guī)定范圍內(nèi)，且避免引起水位大幅波動的操作。還可結(jié)合多路補(bǔ)水問題，對凝汽器水位控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 凝結(jié)水系統(tǒng)

2.3.1 凝結(jié)水過冷度

凝結(jié)水過冷度是指凝汽器壓力下飽和溫度與凝結(jié)水溫度的差值。由于凝結(jié)水存在過冷，為提高低加出口水溫，則需要增加回?zé)岢槠?，從而降低機(jī)組出力。凝結(jié)水過冷還會增加凝結(jié)水含氧量，使得設(shè)備可靠性下降。

對策：凝結(jié)水過冷可能是由于漏入空氣、熱井水位過高和抽氣設(shè)備工作不良等問題造成的。運(yùn)行中要加強(qiáng)對機(jī)組真空變化和凝汽器水位的監(jiān)視；抽氣裝置要保證狀態(tài)良好并且有足夠的出力。

2.3.2 凝結(jié)水溶氧量

凝結(jié)水溶氧量過大，會在換熱器表面形成一層薄膜，導(dǎo)致?lián)Q熱熱阻增大、換熱效率降低。若溶氧量大幅超標(biāo)或長期不合格，會造成管道、設(shè)備的氧腐蝕，降低設(shè)備的可靠性和使用壽命，嚴(yán)重時影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

對策：凝結(jié)水過熱度增加、空氣漏入量增加以及凝補(bǔ)水除氧不足等問題都會引起凝結(jié)水溶氧量的增加，可通過加強(qiáng)運(yùn)行調(diào)整、化學(xué)監(jiān)督、優(yōu)化凝結(jié)水補(bǔ)水方式等措施將溶氧量控制在合格范圍內(nèi)。

2.4 循環(huán)水系統(tǒng)

2.4.1 循環(huán)水量

在實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)組主要通過增加循環(huán)水量來提高凝汽器真空。然而，增加循環(huán)水量的同時也增加了循環(huán)水泵所消耗的功率，只有當(dāng)增加循環(huán)水量使得汽輪機(jī)增發(fā)功率的收益大于循環(huán)水泵耗功的支出時，增加循環(huán)水量才是有益的，兩者之差達(dá)到最大時對應(yīng)的循環(huán)水量稱為最佳循環(huán)水量，相應(yīng)凝汽器真空稱為最佳真空。

對策：根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，建立以機(jī)組功率、循環(huán)水入口溫度和循環(huán)水量為變量的最佳真空計(jì)算模型，確定最佳循環(huán)水量（最佳真空下的循環(huán)水量）和循環(huán)水泵最優(yōu)組合方式，讓機(jī)組始終在最佳真空下運(yùn)行。

2.4.2 循環(huán)水入口溫度

循環(huán)水入口溫度直接影響凝汽器的端差和凝汽器真空，當(dāng)循環(huán)水量一定時，凝汽器端差隨著循環(huán)水入口溫度的增加而減小，凝汽器真空隨著循環(huán)水入口溫度的升高而降低。因此，降低循環(huán)水入口溫度可以提高凝汽器真空和循環(huán)熱效率。

對策：循環(huán)水入口溫度是與電站所在地的季節(jié)、氣候以及冷卻塔的冷卻效率有關(guān)，其中季節(jié)和氣候是無法左右的，目前主要靠提高冷卻塔冷卻效率來達(dá)到理想的循環(huán)水入口溫度。

2.5 冷卻塔

冷卻塔是電廠熱力循環(huán)中的重要輔助設(shè)備，它通過空氣與水接觸進(jìn)行熱、質(zhì)傳遞，將水冷卻。當(dāng)冷卻塔冷卻效率降低時，出塔水溫（循環(huán)水入口溫度）會升高，導(dǎo)致凝汽器真空下降，不僅會影響電廠的循環(huán)熱效率，甚至?xí)＜捌啓C(jī)運(yùn)行的安全性。

對策：冷卻塔的冷卻效率與淋水填料性能、配水系統(tǒng)性能、循環(huán)水量和環(huán)境溫度等因素有關(guān)。在設(shè)計(jì)階段，可考慮性能優(yōu)良的淋水填料，并對配水系統(tǒng)布置型式、淋水填料高度進(jìn)行優(yōu)化[4]；在運(yùn)維階段，通過運(yùn)行調(diào)整循環(huán)水量至最佳值，日常要加強(qiáng)對冷卻塔的性能檢測和檢查維護(hù)等。

2.6 抽真空系統(tǒng)

抽氣裝置工作不良或抽氣出力不足會使凝汽器內(nèi)漏入空氣不能被及時抽出而集聚，導(dǎo)致凝汽器真空下降，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性變差。尤其在夏季因冷卻水溫度的升高，抽氣裝置極限真空會變差，其抽氣能力會下降。

對策：加強(qiáng)對抽氣裝置的檢查維護(hù)，在保證抽氣能力下，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，探索蒸汽噴射器抽真空系統(tǒng)[5]在火電機(jī)組的應(yīng)用。

3 結(jié)束語

通過對影響冷端性能的主要因素進(jìn)行分析，逐一給出可行性對策。其中，某些對策的實(shí)施可快速有效地保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益的提升。此外，通過對冷端系統(tǒng)中主要影響因素的分析，探究其與關(guān)聯(lián)因素的影響關(guān)系，為今后對冷端系統(tǒng)開展全面優(yōu)化研究提供了思路。