火電廠凝汽式汽輪機(jī)冷端運(yùn)行優(yōu)化分析

楊濤

摘 要：本文結(jié)合現(xiàn)階段我國(guó)在凝汽式汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化方面所存在的突出問(wèn)題，以電廠汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)為基本著眼點(diǎn)，在對(duì)凝汽器最佳冷卻水量、最佳真空給予明確時(shí)，不僅將傳統(tǒng)因素考慮在內(nèi)，還將水資源使用費(fèi)用、冷卻水熱污染的環(huán)保費(fèi)用考慮在內(nèi)，以此使整個(gè)冷端系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化與現(xiàn)實(shí)情況更加相符，本文就此作一探討。

關(guān)鍵詞：火電廠;凝汽式汽輪機(jī);冷端系統(tǒng);優(yōu)化

現(xiàn)階段，我國(guó)在研究凝汽器最佳真空方面，一般使在冷卻水進(jìn)水溫度以及汽輪機(jī)負(fù)荷都給定的情況下，通過(guò)將冷卻水量予以改變，以此來(lái)提高循環(huán)水泵耗功增量與汽輪機(jī)功率增量之間的差值來(lái)最終明確。此種研究方法僅將汽輪機(jī)功率所出現(xiàn)的變化，以及循環(huán)水泵耗功所存在的變化考慮在內(nèi)，而未能將用冷卻水的同時(shí)，消耗水資源，及提高環(huán)境保護(hù)意識(shí)考慮在內(nèi);還需要指出的是，凝汽機(jī)向大氣中所排放的熱水、汽量，或者是凝汽器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中所消耗的冷卻水量，已得到相關(guān)部門的深層化重視。還應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，電廠機(jī)組在處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，調(diào)整凝汽器真空，大多是借助冷卻水量的改變來(lái)達(dá)成。需要明確的是，凝汽式汽輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，存在著不同程度的能源、資源浪費(fèi)，因此，需要對(duì)其冷端運(yùn)行加以優(yōu)化，本文以此為切入點(diǎn)，對(duì)此作一深究。

1.以多因素為基礎(chǔ)的凝汽器最佳冷卻水量、真空的基本概念

需要說(shuō)明的是，盡管通過(guò)采取一定促使，促進(jìn)凝汽器真空的提升，能夠增加汽輪機(jī)中蒸汽的理想比焓，促使整個(gè)汽輪機(jī)能夠多發(fā)功率，但需要強(qiáng)調(diào)的是，不管是基于設(shè)計(jì)層面，還是基于運(yùn)行層面，汽輪機(jī)并非真空越高，其運(yùn)行效果越佳。當(dāng)冷卻水的在蒸汽負(fù)荷以及入口溫度保持不變的情況下，要想從根本上促進(jìn)凝汽器真空的提升，需要根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要，酌情增加冷卻水的流量，也就是要想促進(jìn)凝汽器真空的提高，需要將其他方面的耗費(fèi)作為代價(jià)，比如增加冷卻水熱污染環(huán)保費(fèi)用，以及加大冷卻水水資源在具體使用費(fèi)用上的支出。所以，在其整個(gè)架構(gòu)當(dāng)中，存在著能使背壓使汽輪機(jī)功率增量收益予以降低的具體數(shù)值ΔCt，在此情況下，是否可以通過(guò)補(bǔ)償增加冷卻水量的方式，來(lái)增加循環(huán)水泵耗功方面所對(duì)應(yīng)的支出ΔCp，以及增加冷卻水熱污染環(huán)保、水資源使用等方面費(fèi)用支出的ΔCw的問(wèn)題;因此，便提出了凝汽器最佳冷卻水量、最佳真空這一全新概念。也就是ΔCt-ΔCw-ΔCp=Δwnet處于最大值時(shí)，與其處于對(duì)應(yīng)狀態(tài)的真空就是最佳真空，而與其相對(duì)應(yīng)的冷卻水量，即為最佳冷卻水量。

當(dāng)汽輪機(jī)處于實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，當(dāng)排汽量Dc保持不變，且冷卻水在具體的入口溫度上保持恒定時(shí)，如果從中選擇一個(gè)初始階段的冷卻水量，那么便會(huì)隨之而產(chǎn)生一個(gè)初始的凝汽器壓力，在此期間，如果將冷卻水量予以增加，在條件相同時(shí)，凝汽器在具體壓力上，會(huì)出現(xiàn)明顯下降，另外，汽輪機(jī)功率的增加，會(huì)增加收益ΔC，帶動(dòng)整個(gè)循環(huán)水泵耗功方面的指出，同樣會(huì)使ΔCp增加;與此同時(shí)，不管是及冷卻水熱污染所帶來(lái)的環(huán)保費(fèi)用，還是水資源的實(shí)際使用費(fèi)用，均會(huì)使ΔCw增加，由此便可得出冷卻水量的凈收益，即ΔCt-ΔCw-ΔCp-=Δwnet。此時(shí)，Δwnet會(huì)伴隨冷卻水量的增大而隨之增加，當(dāng)處于最大值時(shí)，便會(huì)逐漸下降。由此可知，最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的冷卻水量，便為最佳冷卻水量Dwop。而最低點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的凝汽器真空，即為最佳真空Pcop。

2.明確凝汽器最佳冷卻水量、最佳真空的具體方法

（1）凝汽器的飽和溫度。需要說(shuō)明的是，當(dāng)凝汽式汽輪機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，那么此時(shí)的汽輪機(jī)排汽溫度與排汽壓力之間的關(guān)系，從根本上來(lái)講，就是飽和蒸汽的溫度與壓力之間的關(guān)系。所以，而對(duì)于凝汽器當(dāng)中的蒸汽壓力來(lái)講，可通過(guò)與之處于對(duì)應(yīng)狀態(tài)的飽和溫度來(lái)明確，可用公式計(jì)算出飽和溫度tc，即tw1+Δt+δt=tc。在此公式當(dāng)中，δt所表示的是凝汽器傳熱端差，Δt表示的是冷卻水溫升，tw1表示的是冷卻水進(jìn)水溫度。

需要強(qiáng)調(diào)的是，冷卻水的進(jìn)水溫度tw1密切相關(guān)于環(huán)境溫度;對(duì)于直流供水系統(tǒng)而言，其與環(huán)境當(dāng)中冷卻水的溫度直接對(duì)等;而對(duì)于循環(huán)供水系統(tǒng)來(lái)講，其與冷卻塔所對(duì)應(yīng)的出口水溫對(duì)等。

（3）凝汽器壓力與汽輪機(jī)功率之間所存在的關(guān)系

現(xiàn)階段，要想就汽輪機(jī)背壓所出現(xiàn)變化對(duì)其自身功率增量所產(chǎn)生的影響加以明確，一般情況下，可采取如下方法：其一為常規(guī)熱平衡法，其二是熱力學(xué)方法，其三為汽輪機(jī)原理方法，其四為特性曲線擬合方法。需要指出的是，因特性曲線擬合方法更具實(shí)用性，并且準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便，所以，通常會(huì)依據(jù)制造廠所提供的總體性的汽輪機(jī)特性曲線，以一種特性曲線擬合方法，獲取各種蒸汽負(fù)荷狀態(tài)下，汽輪機(jī)排汽壓力與功率之間所存在的關(guān)系，公式為：Pt=f（pc）。

（4）冷卻水熱污染的環(huán)保費(fèi)用與水資源使用費(fèi)用

冷卻水熱污染所對(duì)應(yīng)的環(huán)保費(fèi)用及水資源使用費(fèi)ΔCw與冷卻水量之間存在何種關(guān)系，此費(fèi)用可依據(jù)當(dāng)?shù)卣块T的具體規(guī)定來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

（5）明確凝汽器最佳冷卻水量與最佳真空

首先，在事先明確的冷卻水進(jìn)水溫度tw1以及汽輪機(jī)排汽量Dc下，將冷卻水量Dw予以改變，將冷卻水熱污染的環(huán)保收費(fèi)與水資源使用費(fèi)ΔCw給求出來(lái)，除此之外，還應(yīng)求出、循環(huán)水泵耗功增量ΔPp以及汽輪機(jī)功率增量ΔPt。在明確循環(huán)水泵耗功增量ΔPp以及汽輪機(jī)功率增量ΔPt之后，便可以將汽輪機(jī)功率增量所對(duì)應(yīng)的收益ΔCt給計(jì)算出來(lái)，此外，還能將拖動(dòng)循環(huán)水泵所對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)耗功增量支出ΔCp給計(jì)算出來(lái)，最后便可對(duì)凈收益加以明確，即ΔCt-ΔCw-ΔCp=Δwnet。當(dāng)凈收益維持在最大時(shí)，與其處于對(duì)應(yīng)狀態(tài)的冷卻水量、真空，便是最佳冷卻水量與最佳真空，這樣便可以達(dá)到對(duì)此系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化的目的。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上，通過(guò)將凝汽器所對(duì)應(yīng)的最佳冷卻水流量、最佳真空給明確下來(lái)，并將水資源使用費(fèi)，以及冷卻水熱污染費(fèi)用考慮在內(nèi)，能夠最大化提高汽輪機(jī)冷端運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)收益，這除了能使電廠發(fā)電成本得以降低之外，還能提高機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，降低污染，提高運(yùn)行效率。

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