600MW機組循環水系統的優化研究

侯佳佳

摘 要：文章針對某600MW火力發電機的實際運作狀況分析研究，把凝汽器內部的真空度作為凝汽器、汽輪機組以及循環水泵互相關聯的重要紐帶，采取循環水泵耗功和機組出力差值為目標函數構建循環水系統的數學模型。文章首先闡述了影響汽輪機凝汽器壓力的諸多因素以及循環水系統的優化目標，在計算600MW機組的循環水系統優化運行手段的基礎上獲取到不同環境下凝汽器的最佳狀態以及循環水系統的優化運作手段。可以說，關于汽輪機凝汽設備不斷優化的研究具有相當顯著的現實意義。

關鍵詞：凝汽器；優化；真空；汽輪機；最佳；運行；循環水系統

1 概述

作為汽輪機組的一項核心的輔助設備，電站凝汽設備的經濟性、安全性會給機組產生較大的影響。由此可知，關于汽輪機凝汽設備的優化研究有著較大的現實意義。凝汽設備的循環水系統的運作是為了向汽輪機的凝汽器供應冷卻水，從而達到冷卻排汽的目的。眾所周知，在電廠中循環水泵起到了重要的輔助作用。通過對循環水泵的優化調整，可大大提高機組節能降耗的效果。本文結合600MW機組汽輪機凝汽設備的實際案例，針對影響凝汽壓力的諸多因素展開分析，在介紹設備優化運行的工作原理的基礎上，深入地闡釋凝汽器最佳真空的確定方式以及循環水系統優化運行策略。

2 優化方式的對比分析

由于電力市場的上網電價競爭已進入到熾熱化階段，火電廠要想實現可持續發展，就必須在確保生產安全的基礎上重視機組實際效益值，大幅度提高機組的運行與管理水平。在運行時，可借助詳細的數據推導出機組的運行方式，并將其和以往的控制手段作對比，得出對比分析結果。

真空泵改造有以下可選方案：

方案一（推薦）：水環式真空泵+羅茨真空泵；方案二：水環式真空泵+大氣噴射器；方案三：真空泵冷卻水源優化（利用低溫水源或者增設制冷設備）；方案四：增設變頻調速裝置。

1號機組真空泵組目前存在的主要問題為：設計容量偏大，真空泵耗電率較高，存在節電空間；真空泵冷卻水流量相對不足，影響抽吸能力；真空泵抽吸能力受工作液溫度影響。而針對水環真空泵運行常出現運行噪聲大、葉輪汽蝕的問題，分析原因一般認為是真空泵入口壓力過低、造成氣泡破裂所致，嚴重時會導致真空泵轉子斷裂報廢；在真空泵容量偏大時，該問題尤為嚴重。

3 凝汽器最佳真空的確定

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

4 算例

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

圖1為循環水系統優化運行區域曲線圖，其中區域分界線的求解的實現需要依靠計算機程序計算。由圖1中可知，不論在何種負荷、循環水溫多高的情況下都能將最佳的循環水泵運行方式確定下來。

凝汽器與抽真空系統優化改造對機組經濟性影響在于廠用電下降和凝汽器運行清潔系數提高。

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

凝汽器運行清潔系數提高方面：抽真空方式改造、真空泵節能改造以及膠球清洗系統改造后凝汽器高壓側-低壓側凝汽器壓力差可有效建立，凝汽器清潔系數特別是低壓側清潔系數明顯提升。預估改造后低壓側凝汽器清潔系數至少提高0.16，高壓側凝汽器清潔系數至少提高0.1。以此進行改造效果估算，結果見圖1。

（1）600MW負荷下，改造后凝汽器平均壓力下降0.8kPa。

（2）500MW負荷下，改造后凝汽器平均壓力下降0.72kPa。

（3）400MW負荷下，改造后凝汽器平均壓力下降0.61kPa。

（4）300MW負荷下，改造后凝汽器平均壓力下降0.53kPa。

5 循環水泵優化運行結果

通過對實際試驗數據的分析可知，在循環冷卻水溫度處在中低溫環境下時，循環水泵運行方式優化能創造出最大經濟效益。當循環水溫度低于兩機四泵切換點溫度時，其被稱作中低溫。后者溫度愈高，表明其經濟效益的空間愈大，反之則愈小。通常而言，煤價、氣候變化、煤的發熱量以及機組熱耗等因素都會給循環水泵運行方式產生影響，當前的計算分析是在結合標煤發熱量的基礎上實施的，媒的發熱量下降的話，兩機四泵的切換點溫度也會相應地變低。煤價上漲，其切換點的溫度會下降，否則會上升。機組熱耗增多，兩機四泵切換點的溫度會下降，反之則會升高。年平均氣溫提高的話，兩機四泵切換點溫度就會下降。除卻熱耗，其他幾種因素均屬于自然條件與市場因素，這對電廠而言是不可控的。然而電廠應做到以下兩點：其一，在選煤的過程中，要盡可能選擇煤發熱量和煤價之比更高的，如此才可確保兩機四泵運行的切換點問題更高；其二，要減小并長期保持當前的熱耗水平。

6 結束語

運用數學模型通過優化計算之后，可獲取到在不同的循環水溫度、負荷不同的環境下的循環水泵的最佳運行方式以及600MW機組凝汽器的最佳壓力值，并繪制出優化運行區域曲線圖，以此為電廠循環水系統的實踐憑證。采取以上的優化策略后，機組能基本確保每臺機組的蒸汽器運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，增強機組的實用性、經濟性。但必須強調的是，一旦凝汽器的工作條件右邊，循環水系統優化運行區域曲線圖就一定要予以修正。

參考文獻

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