鴛鴦湖電廠一期工程2×660MW機組汽輪機冷端系統優化運行方案

張國興

摘 要：汽輪機冷端系統是火電機組熱力系統的重要組成部分，主要作用是維持汽輪機出口背壓，并使熱力系統實現朗肯循環，其表征參數是排汽背壓，系統的效率直接影響了機組的經濟性和安全性。由于在單位能耗、排放量等方面有著明顯優勢，近年來大容量高參數機組在我國得到了快速發展。目前，我國已投運的空冷機組（不論容量大小）在運行過程中普遍存在著汽輪機排汽參數與空冷島運行參數匹配不能達到最優問題，因此，探索空冷機組冷端系統優化對其經濟高效運行具有十分重要的現實指導意義。

關鍵詞：660 MW空冷機組 冷端系統 優化方法分析

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0035-03

1 一期660 MW空冷機組冷端系統設備簡介及冷端參數影響因素分析

1.1 一期660 MW空冷機組冷端系統設備簡介

一期工程2×660 MW汽輪機為東方汽輪機有限公司生產的超臨界空冷汽輪機，型號： NZK660-24.2/566/566；型式為：超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、直接空冷凝汽式汽輪機；額定出力660 MW；最大連續出力為711.9 MW。采用復合變壓運行方式；汽輪機具有七級非調整回熱抽汽。高中壓缸合缸、兩個低壓缸均為雙層缸結構，兩個低壓缸均為雙流反向布置。高壓缸共有8級，中壓缸共有6級，低壓缸共有4×6級，共有壓力級20級，結構級38級。

直接空冷系統平行于主廠房布置在汽機房A列外場地上，每臺機設置獨立的單元冷卻系統，配置56個冷卻單元，共分8組，每組有7個空冷置冷卻單元，其中5個為順流單元，2個逆流單元，逆流單元布置在順流單元的中間。所有冷卻單元安裝在空冷平臺上，平臺標高約45 m。每個冷卻單元下部安裝1臺φ9 754 mm的軸流風機，同驅動裝置一起懸掛在空冷平臺的防振橋上，防振橋上裝有減振節的鋼彈簧。風機與電機是通過正齒輪聯動機構來驅動，所有風機均采用變頻調速，可以分組或獨立地控制其轉數，從而根據機組運行負荷和環境空氣溫度的變化進行最佳調節。為了防止熱風再回流，在空冷平臺的周圍設有擋風板，高度從平臺到蒸汽分配管頂部。

在直接空冷系統的基礎上配置FQN（Z）-15500型高效空蒸復合冷卻系統（見圖1高效空蒸復合冷卻系統外觀圖，圖2改造后汽輪機乏汽出力原則性系統圖），以直接空冷系統為主要運行方式，高效空蒸復合冷卻系統為降低背壓的優化措施。由原直接空冷系統主排汽管道上引接出蒸汽分配管，汽輪機部分排汽經蒸汽分配管道送至高效空蒸復合冷卻系統進行冷凝，凝結水通過凝結水管道送回至排汽裝置熱井，高效空蒸復合冷卻系統設置有抽真空管線，并入原直接空冷系統真空泵入口母管。

1.2 一期660 MW空冷機組冷端參數影響因素分析

DL/T 5339—2006《火力發電廠水工設計規范》列舉了濕冷機組冷端優化需要考慮的可變參數，將其推廣到一期660 MW空冷機組直接空冷系統運行冷端優化需要考慮的參數有：排汽背壓、溫度；直接空冷系統設計起始溫差IDT；直接空冷系統換熱面積、管子材質、管徑、壁厚、根數和長度；風機臺數、直徑、迎風面風速、冷卻風量等。將其推廣到一期660 MW空冷機組高效復合空蒸冷卻系統運行冷端優化需要考慮的參數有：排汽背壓、溫度；高效復合空蒸冷卻系統設計起始溫差IDT；高效復合空蒸冷卻系統換熱面積、管子材質、管徑、壁厚、根數和長度；風機臺數、直徑、迎風面風速、噴淋水量等。這些參數之間相互耦合、交叉影響，如果全部組合在一起，可變量太多，致使冷端優化異常復雜，計算工作量非常龐大。因此，借鑒（但不拘泥于）《冷端系統運行經濟性診斷方法的理論研究》中提出的空冷系統經濟性評價時劃階數指標體系的思想，針對一期660 MW空冷機組列出冷端優化時各變量內部間的層次關系圖（見圖3空冷機組冷端系統影響參數分析），根據對各個可變參數的分析，最終確定出所采用的優化參數。

經過層層分析剝離，可清晰地看出：排汽背壓和環境因素（溫度、風向、風速、污垢熱阻等）為冷端優化時的核心參數。考慮到環境因素的季節變動性和人力不可為（盡管在夏季可以采用霧化噴水降低風溫的措施，但調節范圍畢竟有限）的特性，關于一期660 MW空冷機組冷端優化技術的探討研究最終簡化為探討排汽裝置最佳背壓的問題。

2 冷端優化模型（利用空冷風機風量建立數學模型）

排汽背壓是運行中的任何容量級別機組的一個重要參數。尤其對660 MW空冷機組而言，由于其具有進口參數高、排汽流量大、以及其排汽背壓隨環境溫度變化幅度大特點，不論是在冷端系統的熱力設計還是在機組冷端系統運行中，都要求排汽背壓達到最佳值，以實現大容量機組經濟、高效運行的設計目標。

對于一期660 MW機組直接空冷和高效復合空蒸冷卻系統，其最佳背壓與機組功率、風機耗功（含耗水量，通過折標系數核算）和排汽流量之間的關系可以用如圖4表示出來。

運行中，保持汽輪機的主蒸汽溫度、流量為常數不變，當選取一個初始的風機風量和噴淋水量時，有一個初始的排汽背壓，隨著風機風量和噴淋水量的增加，同樣條件下排汽背壓降低，機組發電功率增加了△Pe，同時風機群耗功卻增加△Pu，則機組發電功率凈增加量為△Pnet=△Pe-△Pu。如圖所示，△Pnet到a點時達到最大，與其對應的b點即為最佳凝汽器背壓，以及與此時對應的最佳風機風量和最佳噴淋水量。

3 冷端優化模型（利用背壓和廠用電率耗差建立數學模型）

3.1 背壓和廠用電率耗差確定

3.1.1 背壓耗差確定

根據汽機背壓變化對汽輪機熱耗的影響曲線“背壓變化28 kPa，熱耗變化12%”得出：背壓每上升（下降）1 kPa，影響汽機熱耗率變化33.2 kJ/kWh，影響供電煤耗升高（降低）1 g/kWh（見圖5）。

3.1.2 廠用電率耗差確定

廠用電率耗差即為輔機耗電率總耗差（bgcyd ）。

基準廠用電率Eb計算公式：

由上述公式和供電煤耗計算公式此得出一期2×660 MW機組廠用電率耗差為：廠用電率每升高（降低）1%，影響供電煤耗升高（降低）3.55 g/kWh。

3.2 冷端優化計算模型

3.2.1 按對供電煤耗的影響分析

根據背壓和廠用電率耗差對供電煤耗的影響，改變運行方式前后供電煤耗變化可由下式計算：

式中△P 為背壓變化值；

△η為廠用電率變化值；

k1為背壓變化對供電煤耗影響耗差系數（背壓影響單位耗差）；

k2為廠用電率變化對供電煤耗影響耗差系數（廠用電率影響單位耗差）。

3.2.2 按對經濟收益的影響分析

改變運行方式前后經濟收益變化可由下式計算：

2

式中Pf為發電量。

標煤單價按430元/t計算，上網電價按0.315 2元/kWh計算。

3.3 計算案例

2015年1月30日進行了空冷風機運行方式變更試驗，試驗數據及計算結果見表1，表2。

試驗結論：在試驗環境溫度和11.4 kPa背壓下，改變運行方式后供電煤耗較原運行方式升高，經濟效益較原運行方式下降。

4 結語

對于給定汽輪機負荷，影響排汽背壓的因素很多，有影響空冷系統的環境溫度、空冷系統周圍環境空氣動力場、空冷風機出力和空冷系統換熱器表面潔凈程度等。汽輪機冷端系統不但直接影響發電機組的安全運行，在節能降耗方面也發揮了不可小覷的作用。通過該文中的冷端優化模型，得出空冷機組最佳冷端背壓，提高機組運行經濟性，在火力發電機組中具有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1] 繆國鈞.600 MW機組循環水系統的優化[J].電站輔機，2009（4）：1-3，30.

[2] 付文鋒，黃海東.空氣濃度對凝汽器壓力影響的計算模型[J].汽輪機技術，2009（6）：404-406.