三菱M701F4燃氣輪機聯合循環機組TCA冷卻系統水側的優化策略探析

陽飛

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

【關鍵詞】三菱M701F4燃氣輪機;循環機組;TCA冷卻系統水側;優化策略

在現階段燃氣機輪的透平轉子的使用中往往會產生較高的熱量，因此需要用相應的降溫冷卻技術使其的工作壽命得以延長。TCA冷卻水側系統是現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，三菱公司在冷卻系統一方面的研究成果和研究經驗均較為成熟，同時，三菱公司使用的TCA冷卻水側系統均使用這一典型設計。

一、TCA冷卻水側系統的典型設計

三菱公司使用的TCA冷卻水側系統均采用一種經典款式的系統設計方法，具體示意圖如下圖1所示。

此種TCA冷卻水側系統設計方式上有兩個特點：

第一點為，三菱公司的TCA冷卻水側系統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冷卻水側系統的冷卻水在TCA冷卻系統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水和低壓汽包的二路水，這兩路水中間設有調節門，以便在有機組預熱的狀態或者溫態狀態時，將低壓汽包中水溫較高的凝結水作為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，該系統中的高壓省煤器前方設置了一個增壓閥。為了防止TCA冷卻器中出現閃蒸的情況，其內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，系統會保障在主流量控制閥出現問題時，確保系統TCA冷卻器中有足夠的冷卻水流進。而且在TCA冷卻器前設置了緊急關斷閥，即當冷卻器出現泄漏時，可以緊急將系統進行關閉，防止由于泄漏出現的水進入氣側。系統的緊急關斷門邊上設有小旁路，防止在系統投入使用前充壓時出現的水錘現象。

二、典型設計中存在的問題

盡管典型設計中大多已較為完善且合理，但是在部分區域中進行推敲，典型設計也并非完美的。第一點便是TCA冷卻器水側壓力較高，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冷卻器水側管道內出現閃蒸的情況，三菱公司要求系統在設計時冷卻器面的出口壓力必須小于水側出口對應的飽和壓力。

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冷卻器的水側不發生汽化現象，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水側流量的調節閥FCV-2在調節過程中會和高壓汽包的液位控制閥LCV產生干擾，因此調試的過程十分困難。

三、TCA冷卻系統典型設計的優化措施

基于現階段三菱公司TCA冷卻系統設計工作中存在的問題，對系統設計方面進行優化措施：首先便是對TCA冷卻水出口溫度進行降低。從節能的角度來看，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。再根據能量轉換定律計算，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的耗能壓力進行分擔，同時降低系統中TCA冷卻水的出口溫度，以及降低TCA冷卻水側的壓力，增加系統的使用壽命。

其次是增加系統中獨立的TCA泵，這種方法是降低TCA冷卻水出口溫度之外的另一種節能的方法，這一方法的主要思路是TCA冷卻水側對壓力要求高，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系統，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，同時系統的其他部分仍和之前的方法一致，這樣既能降低系統中的能量消耗和系統壓力，同時還能增加系統的使用壽命。

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冷卻系統停機后仍運行一段時間，降低系統的能源消耗。

結束語：綜上所述，三菱公司的M701F4燃氣輪機組中使用的TCA冷卻系統雖然使用的系統設計為經典，但是仍存在一定的問題，尤其是對于能量損耗這方面，如何將節能效益最大化，并不僅僅體現在經濟效益方面，因此，如何在TCA冷卻器的系統方面進行能量的控制優化是現在三菱公司重點進行攻關的課題，加強系統TCA冷卻系統水側的優化，是現今節能減排大環境中公司必須重視的問題，而且三菱的典型系統配置，水冷式TCA系統對高壓給水泵的壓頭要求較高，使得機組運行的電耗增加。為了在確保機組聯合循環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）