影響火電機組冷端性能的因素分析及對策

李俊朋，王停戈，崔春暉

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

0 引言

當前我國電力市場化改革不斷深入推進，在資源和環境的雙重壓力下，如何降低發電成本、提高機組經濟效益已成為火電企業需要直面并解決的問題。冷端系統作為火電機組重要的輔助系統，其性能好壞對機組的安全經濟運行有著非常重要的影響[1]。對冷端系統進行優化研究，分析關鍵影響因素、挖掘節能潛力、實施可行對策，是實現機組節能減排、增加效益的快捷途徑。

1 冷端系統介紹

火電機組冷端系統由汽輪機低壓缸末級組、凝汽器、循環水泵、冷卻塔、凝結水泵、抽真空裝置、靠近凝汽器最末一級的低壓加熱器等設備組成，主要系統有循環水系統、凝結水系統、抽真空系統等（圖1）。

圖1 火電機組冷端系統

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，并從設計或運維方面給出相應的可行性對策。

2.1 汽輪機低壓缸末級組及排汽缸

2.1.1 排汽壓力

汽輪機排汽壓力變化對機組熱經濟性有著重要影響：當排汽壓力過高時，汽輪機的理想焓降減少，機組出力和經濟性變差；當排汽壓力過低時，末級濕度增大，加大了濕氣損失，并且由于排汽體積的增大，會使汽輪機低壓部分結構變化帶來的設計成本和冷卻水量變化帶來的循環水泵耗電量增大，導致機組相對收益變差。

對策：運行中應維持汽輪機在綜合最佳排汽壓力下運行，建立最佳排汽壓力與機組負荷變化的動態跟蹤模型。當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出力。

2.1.2 能量損失系數

汽輪機排汽缸作為連接汽輪機末級汽口和凝汽器入口的排汽通道，擔負著排汽的擴壓和轉向兩大任務。目前排汽通道大多采用先擴壓后轉向結構來充分利用排汽余速，降低排汽阻力來提高機組效率。然而，排汽通道存在著內部流場混亂、排汽壓損過大、靜壓恢復能力喪失等問題，造成排汽的能量損失。通常用能量損失系數來評價排汽缸結構特性優劣，它與靜壓恢復系數之和為 1[2]。

對策：通過排汽缸結構設計優化來降低排汽能量損失系數。優化排汽通道，使得排汽流場分布盡量合理，如在凝汽器喉部加裝導流裝置或對排汽導流環得型線展開優化。

2.2 凝汽器

2.2.1 凝汽器漏入空氣量

凝汽器內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，導致傳熱端差增大、真空下降。并且漏入的空氣還會使凝結水過冷度增大，這將增加凝結水回熱所需抽汽量，進而降低機組的經濟性。

對策：凝汽器內空氣主要是從各級與相應的抽汽系統、排汽缸、凝汽設備等不嚴密處漏入的。在安裝過程中應加強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 凝汽器熱負荷

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

對策：汽輪機排汽、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荷變化，因此在運行調整中應盡力避免增加額外的熱負荷，以防增加傳熱端差。

2.2.3 真空系統嚴密性

真空系統嚴密性差則會降低凝汽器真空。真空降低會使汽輪機理想比焓降和循環熱效率降低。真空降低后，為保持機組負荷將使耗汽量增加，進而降低機組經濟性。

對策：閥門內漏、低加疏水系統漏氣、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的嚴密性，可以通過更換泄漏閥門、系統查漏消缺、調整軸端汽封間隙、嚴格控制低壓汽封供汽壓力等方式來改進真空系統嚴密性。

2.2.4 凝汽器清潔系數

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

對策：凝汽器清潔系數的減小與內部結垢和外部污染有關。根據實際運行情況，定期投運膠球清洗系統，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，嚴重時將導致低壓缸進水；熱井水位過低，容易造成凝結水泵入口汽化，直接影響凝結水泵安全經濟運行。

對策：運行中保證凝汽器熱井水位在規定范圍內，且避免引起水位大幅波動的操作。還可結合多路補水問題，對凝汽器水位控制系統進行優化。

2.3 凝結水系統

2.3.1 凝結水過冷度

凝結水過冷度是指凝汽器壓力下飽和溫度與凝結水溫度的差值。由于凝結水存在過冷，為提高低加出口水溫，則需要增加回熱抽汽量，從而降低機組出力。凝結水過冷還會增加凝結水含氧量，使得設備可靠性下降。

對策：凝結水過冷可能是由于漏入空氣、熱井水位過高和抽氣設備工作不良等問題造成的。運行中要加強對機組真空變化和凝汽器水位的監視；抽氣裝置要保證狀態良好并且有足夠的出力。

2.3.2 凝結水溶氧量

凝結水溶氧量過大，會在換熱器表面形成一層薄膜，導致換熱熱阻增大、換熱效率降低。若溶氧量大幅超標或長期不合格，會造成管道、設備的氧腐蝕，降低設備的可靠性和使用壽命，嚴重時影響機組安全經濟運行。

對策：凝結水過熱度增加、空氣漏入量增加以及凝補水除氧不足等問題都會引起凝結水溶氧量的增加，可通過加強運行調整、化學監督、優化凝結水補水方式等措施將溶氧量控制在合格范圍內。

2.4 循環水系統

2.4.1 循環水量

在實際運行中，機組主要通過增加循環水量來提高凝汽器真空。然而，增加循環水量的同時也增加了循環水泵所消耗的功率，只有當增加循環水量使得汽輪機增發功率的收益大于循環水泵耗功的支出時，增加循環水量才是有益的，兩者之差達到最大時對應的循環水量稱為最佳循環水量，相應凝汽器真空稱為最佳真空。

對策：根據機組實際運行參數，建立以機組功率、循環水入口溫度和循環水量為變量的最佳真空計算模型，確定最佳循環水量（最佳真空下的循環水量）和循環水泵最優組合方式，讓機組始終在最佳真空下運行。

2.4.2 循環水入口溫度

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

對策：循環水入口溫度是與電站所在地的季節、氣候以及冷卻塔的冷卻效率有關，其中季節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到理想的循環水入口溫度。

2.5 冷卻塔

冷卻塔是電廠熱力循環中的重要輔助設備，它通過空氣與水接觸進行熱、質傳遞，將水冷卻。當冷卻塔冷卻效率降低時，出塔水溫（循環水入口溫度）會升高，導致凝汽器真空下降，不僅會影響電廠的循環熱效率，甚至會危及汽輪機運行的安全性。

對策：冷卻塔的冷卻效率與淋水填料性能、配水系統性能、循環水量和環境溫度等因素有關。在設計階段，可考慮性能優良的淋水填料，并對配水系統布置型式、淋水填料高度進行優化[4]；在運維階段，通過運行調整循環水量至最佳值，日常要加強對冷卻塔的性能檢測和檢查維護等。

2.6 抽真空系統

抽氣裝置工作不良或抽氣出力不足會使凝汽器內漏入空氣不能被及時抽出而集聚，導致凝汽器真空下降，機組經濟性變差。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：加強對抽氣裝置的檢查維護，在保證抽氣能力下，進一步實現節能運行，探索蒸汽噴射器抽真空系統[5]在火電機組的應用。

3 結束語

通過對影響冷端性能的主要因素進行分析，逐一給出可行性對策。其中，某些對策的實施可快速有效地保證機組的經濟安全運行，實現機組經濟效益的提升。此外，通過對冷端系統中主要影響因素的分析，探究其與關聯因素的影響關系，為今后對冷端系統開展全面優化研究提供了思路。