循環水流量改變對機組經濟性影響分析

摘 要：在分析了循環水流量變化而引起的凝結水過冷對機組電功率影響的基礎上，加入了水資源成本，凝結水除氧費用因素的考慮，對發電機組進行經濟性分析。

關鍵詞：循環水流量；過冷度；經濟性

中圖分類號：TK-9 文獻識別碼：A

Abstract：On the base of analysis of the influence of the condensate subcooling degree caused by the change of circulating water flow on the power performance of the unit， the economic of the unit is analyzed by adding the consideration of the cost of water resources and defrosting.

Key words：crculating water flow；condensate subcooling degree；economic

火力發電廠是國內重要的能源消耗企業，對不可再生資源的消耗巨大，同時地節能潛力也很大。凝汽器作為發電機組重要的輔助設備之一，其運行的工況對整個發電機組的安全性，經濟性都會產生直接的影響。傳統的凝汽器最佳運行工況是根據凝汽器的最佳真空來確定。目前凝汽器的最佳真空主要是通過功量來判定，調整循環水流量，當汽輪機出力的增量與循環水泵能耗的差值達到最大時凝汽器的真空度即為最佳真空。但是這種確定最佳運行真空的方法僅僅考慮了循環水量變化對機組功量的影響，并沒有考慮循環水量變化對過冷度、水資源的成本、以及化學除氧等因素。本文將從循環水量變化入手，綜合考慮過冷度，凝結水除氧等相關因素，對汽輪機組進行經濟性分析。

1 循環水流量變化對機組發電功率的影響

1.1 循環水流量變化對凝結水過冷度的影響

凝結水溫度與進入凝汽器的排汽壓力所對應的飽和溫度之間的差值稱為凝結水的過冷度。主要有以下兩種表示方法：

1.1.1溫度表示方法

1.1.2 熱單位表示方法

循環水流量發生變化時，首先影響凝汽器氣阻，再影響凝結水的過冷度，所以本文先從循環水量變化對凝汽器氣阻的影響入手進行分析。凝汽器氣阻在飽和蒸汽凝結過程中起到阻礙凝結的作用，隨著氣阻的增大，蒸汽的凝結變得更加困難，凝結過程就需要釋放越多的熱量，凝結時的溫度也就越低，凝結水的過冷度也就越大，對電廠發電機組的經濟性產造成不利影響。很多因素都會凝汽器汽阻，包括蒸汽內的不凝性氣體、管束的阻力、換熱管的水膜等，通常在計算氣阻的時候采取以下公式進行估算：

觀察上式可以發現，當飽和蒸汽流量一定時，凝汽器的氣阻只受到進入凝汽器的飽和蒸汽比體積影響。

為了分析循環水流量對凝汽器氣阻以及凝結水過冷度的影響，本文對某電廠350MW凝汽器式發電機組進行了定量計算。取循環水溫度為12℃，控制循環水流量，計算得到如下結果：

由圖1、圖2、圖3、圖4曲線可以發現，取相同的排汽流量，隨著循環水流量增大，凝汽器壓力降低，排汽比體積增大，凝汽器氣阻隨之增大，凝結水過冷度相應地增加，圖中趨勢趨勢與上面分析保持一致。

由圖1、圖2、圖3、圖4曲線還可以發現，取相同的循環水流量，排汽流量增大，凝汽器壓力上升（對應于圖1曲線），汽輪機低壓缸排汽比體積減小（對4于圖2），參照上面氣阻公式（1）可以得知，排汽流量和排汽比體積對氣阻都有影響，但是排汽流量的影響更大，因此在排汽流量增加，排汽比體積降低的情況下，凝汽器氣阻是呈上升的趨勢（對應于圖3），凝結水的過冷度也同樣呈現上升的趨勢（對應于圖4），圖中趨勢與分析依然保持一致。

1.2 凝結水過冷度變化對汽輪機電功率影響的計算

隨著凝結水過冷度的增大，更多的熱量會被循環水帶走，為了保證最末級低壓加熱器的換熱量，回熱抽汽量需要發生改變，汽輪機做功相應地受到影響，降低了循環的熱效率。為了分析凝結水過冷度對汽輪組做功能力的影響進行，本文借助等效焓降法。

2 循環水流量變化引起的化學除氧費用

當增大循環水流量時會導致凝汽器壓力降低，凝汽器真空度隨之增大，更多的外界空氣漏入凝汽器，氧氣在凝汽器中的分壓力相應地增大，凝結水中的氧氣地溶解度隨之增加，這會加快輸水管路的腐蝕，對機組設備的正常使用造成影響，更有甚會影響機組的安全運行，因此必須加大除氧力度和除氧成本投入，同時也影響了機組的經濟性。凝結水含氧量計算公式如下：

3 水資源成本

電廠冷端對循環水量的消耗巨大，水費高昂，同時對環境排放的熱水需要治理，都需要花費一定的財力，水資源的成本采用公式（6）進行計算：

4 凝汽器最佳工況的確定

通過上述分析，得到機組的綜合收益計算公式：

求解上式所得到的循環水流量才是考慮了凝結水過冷度對機組電功率影響以及水資源成本，凝結水除氧費用因素而得到的循環水量最優值，其對應的凝汽器真空度，才是真正從經濟性角度考慮的最佳真空度。上述通過先找到最佳循環水流量再來確定得到最佳真空度的思路，才是最符合經濟收益的。

5 結語

1）增大循環水流量， 在增大發電機功率和循環水泵功率的同時，也同樣提高了凝汽器的真空度，凝汽器汽阻增大，凝結水的過冷度隨之增大，凝結水被循環水帶走的熱量也會增加， 此時更多的熱量補充就需要燃燒更多的燃料來獲取， 對系統經濟性很不利。

2）本文所計算得出的最佳工況不僅考慮了在調節循環水流量時，對汽輪機電功率以及循環水泵消耗功率的影響，同時考慮了凝結水過冷度變化對發電機組電功率影響，以及水資源成本，凝結水除氧費用，相比傳統的最佳工況計算方式而已更具有經濟效益。

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作者簡介：

楊旭東（1993-），男，安徽滁州人，碩士，主要研究方向為微尺度傳熱。