三菱M701F4燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組TCA冷卻系統(tǒng)水側(cè)的優(yōu)化策略探析

陽飛

【摘?要】TCA系統(tǒng)是三菱M701F4燃氣輪機組獨有的，是將冷卻水系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量進行利用，以此做到對全部聯(lián)合循環(huán)效率的提高。本文通過對TCA系統(tǒng)的配置情況進行分析，同時結(jié)合三菱M701F4的系統(tǒng)實際配置情況，對TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化措施進行研究，希望可以最大程度的提高系統(tǒng)在進行聯(lián)合循環(huán)時的工作效率，同時降低系統(tǒng)的電能消耗。達到對三菱M701F4燃氣輪機的冷卻水TCA系統(tǒng)的優(yōu)化目的。

【關(guān)鍵詞】三菱M701F4燃氣輪機;循環(huán)機組;TCA冷卻系統(tǒng)水側(cè);優(yōu)化策略

在現(xiàn)階段燃氣機輪的透平轉(zhuǎn)子的使用中往往會產(chǎn)生較高的熱量，因此需要用相應(yīng)的降溫冷卻技術(shù)使其的工作壽命得以延長。TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)是現(xiàn)階段三菱公司銷售較多的一種M701F4燃氣輪機組中國使用的冷卻系統(tǒng)，三菱公司在冷卻系統(tǒng)一方面的研究成果和研究經(jīng)驗均較為成熟，同時，三菱公司使用的TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)均使用這一典型設(shè)計。

一、TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)的典型設(shè)計

三菱公司使用的TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)均采用一種經(jīng)典款式的系統(tǒng)設(shè)計方法，具體示意圖如下圖1所示。

此種TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)設(shè)計方式上有兩個特點：

第一點為，三菱公司的TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)的冷卻水和高壓省煤器的進水使用的是同一高壓給水泵。

第二點為，TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)的冷卻水在TCA冷卻系統(tǒng)中先與高壓省煤器的出水口匯合，之后通過LCV控制閥讓其進入高壓汽包中。同時高壓給水泵的進口處有分別來自凝結(jié)水和低壓汽包的二路水，這兩路水中間設(shè)有調(diào)節(jié)門，以便在有機組預(yù)熱的狀態(tài)或者溫態(tài)狀態(tài)時，將低壓汽包中水溫較高的凝結(jié)水作為TCA的冷卻水，保障高壓泵的進水口溫度小于60攝氏度。

同時為了保障高壓省煤器中水在TCA冷卻器中的水有相同的壓差，該系統(tǒng)中的高壓省煤器前方設(shè)置了一個增壓閥。為了防止TCA冷卻器中出現(xiàn)閃蒸的情況，其內(nèi)一定需要保持一定的冷卻水流量，同時在副流量控制閥方面，系統(tǒng)會保障在主流量控制閥出現(xiàn)問題時，確保系統(tǒng)TCA冷卻器中有足夠的冷卻水流進。而且在TCA冷卻器前設(shè)置了緊急關(guān)斷閥，即當冷卻器出現(xiàn)泄漏時，可以緊急將系統(tǒng)進行關(guān)閉，防止由于泄漏出現(xiàn)的水進入氣側(cè)。系統(tǒng)的緊急關(guān)斷門邊上設(shè)有小旁路，防止在系統(tǒng)投入使用前充壓時出現(xiàn)的水錘現(xiàn)象。

二、典型設(shè)計中存在的問題

盡管典型設(shè)計中大多已較為完善且合理，但是在部分區(qū)域中進行推敲，典型設(shè)計也并非完美的。第一點便是TCA冷卻器水側(cè)壓力較高，使得高壓給泵受到的牽制耗能太高，尤其是負荷較低的情況下更是十分嚴重。因此，從節(jié)能的角度上來看，高壓泵需要在為高壓省煤器供給的同時還要為TCA冷卻器提供冷卻水，同時為了防止TCA冷卻器水側(cè)管道內(nèi)出現(xiàn)閃蒸的情況，三菱公司要求系統(tǒng)在設(shè)計時冷卻器面的出口壓力必須小于水側(cè)出口對應(yīng)的飽和壓力。

而當機組從滿負荷向著部分負荷變化時，流量產(chǎn)生減少，同時在高壓主汽的壓力也隨之降低，但是TCA冷卻器的出水口水溫卻在增加，為了保障TCA冷卻器的水側(cè)不發(fā)生汽化現(xiàn)象，這便需要高壓給泵出口壓力增加。第二點是因為高壓汽包的液位控制閥LCV在高壓省煤器后面，所以在任何時間只要高壓給泵處于運行過程中，高壓省煤器便需要承受16MPa以上的壓力，對高壓省煤器的要求因此也就越來越高。第三點為TCA水側(cè)流量的調(diào)節(jié)閥FCV-2在調(diào)節(jié)過程中會和高壓汽包的液位控制閥LCV產(chǎn)生干擾，因此調(diào)試的過程十分困難。

三、TCA冷卻系統(tǒng)典型設(shè)計的優(yōu)化措施

基于現(xiàn)階段三菱公司TCA冷卻系統(tǒng)設(shè)計工作中存在的問題，對系統(tǒng)設(shè)計方面進行優(yōu)化措施：首先便是對TCA冷卻水出口溫度進行降低。從節(jié)能的角度來看，離心泵的功率和流量以及揚程是成正比的，同時因為TCA冷卻水出口處的溫度較高，導致高壓給泵的耗能壓力較大。再根據(jù)能量轉(zhuǎn)換定律計算，降低TCA冷卻水出水口溫度的方法還有：增加TCA冷卻器的換熱面積，增加TCA冷卻水的流量，降低TCA冷卻水的進口溫度。這三種方法均能對系統(tǒng)的耗能壓力進行分擔，同時降低系統(tǒng)中TCA冷卻水的出口溫度，以及降低TCA冷卻水側(cè)的壓力，增加系統(tǒng)的使用壽命。

其次是增加系統(tǒng)中獨立的TCA泵，這種方法是降低TCA冷卻水出口溫度之外的另一種節(jié)能的方法，這一方法的主要思路是TCA冷卻水側(cè)對壓力要求高，但是其流量較小，如果三菱公司將這部分水分離并單獨把其作為一個循環(huán)系統(tǒng)，這種方法可以將壓力較低高壓給水進行分擔，降低高壓給水的壓力，同時系統(tǒng)的其他部分仍和之前的方法一致，這樣既能降低系統(tǒng)中的能量消耗和系統(tǒng)壓力，同時還能增加系統(tǒng)的使用壽命。

再次是TCA泵使用的特點便是揚程較大，流量較小，因此若使用普通的泵，使用的效率較低，所以如果想要保證TCA冷卻水的出口溫度，便需要讓高壓水泵在TCA冷卻系統(tǒng)停機后仍運行一段時間，降低系統(tǒng)的能源消耗。

結(jié)束語：綜上所述，三菱公司的M701F4燃氣輪機組中使用的TCA冷卻系統(tǒng)雖然使用的系統(tǒng)設(shè)計為經(jīng)典，但是仍存在一定的問題，尤其是對于能量損耗這方面，如何將節(jié)能效益最大化，并不僅僅體現(xiàn)在經(jīng)濟效益方面，因此，如何在TCA冷卻器的系統(tǒng)方面進行能量的控制優(yōu)化是現(xiàn)在三菱公司重點進行攻關(guān)的課題，加強系統(tǒng)TCA冷卻系統(tǒng)水側(cè)的優(yōu)化，是現(xiàn)今節(jié)能減排大環(huán)境中公司必須重視的問題，而且三菱的典型系統(tǒng)配置，水冷式TCA系統(tǒng)對高壓給水泵的壓頭要求較高，使得機組運行的電耗增加。為了在確保機組聯(lián)合循環(huán)效率的同時盡可能地降低電耗。

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（作者單位：杭州華電江東熱電有限公司）