1、汽轮机冷端优化方法摘 要随着电力市场竞争机制的进一步发展， 降低发电成本， 提高机组运行经济性己成为发电企业的当务之急。目前， 国内外机组运行中的突出问题是冷端系统运行性能达不到设计值， 严重影响了机组出力和能耗。因此，冷端系统的节能诊断和优化运行成为降低机组供电能耗的关键环节。本文主要从凝汽器、循环水系统、冷却塔设备等几个方面介绍冷端系统的运行优化方法。 关键词汽轮机；冷端；循环水泵；方法； 中图分类号：TK263 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0241-01 循环水系统的优化运行实质上就是根据机组的负荷和循环水温度，以最小的循环水流量达到机组运行的最佳背压、
2、凝结水最佳过冷度和最佳循环水流量之间的关系，合理配置循环泵的运行控制方式，以提高机组的经济性。 一、汽轮机冷端优化原理 凝汽器背压是机组运行中的一个重要参数，不论在凝汽器的热力设计中还是在汽轮机冷端设备运行时，都要求凝汽器背压有一个最佳值。凝汽器背压与机组的功率、微增功率有着密切的关系，而机组运行背压是由机组负荷、冷却水温度和循环水流量决定的。在机组负荷和冷却水温度一定的条件下，机组的背压随循环水流量而改变，而循环水流量的变化直接影响循环泵的功耗。增大循环泵的转速能够增加循环水流量，机组的背压减小，机组的出力增加，但循环泵的功耗也同时增加，当循环水流量增加太多时，因循环泵的功耗增加而将机组出力
3、的增加值抵消。因此，在一定的循环泵转速下，如果机组出力的增量与循环流量增加引起的功耗量之差最大时，这时背压最佳、循环水流量以及循环泵的转速也为最佳值，同时要考虑凝结水过冷度对机组综合经济性的影响。 二、汽轮机冷端运行特征及影响因素 汽轮机冷端系统按介质换热过程可分为两个子系统和两台换热设备，即凝结水系统、循环水系统、凝汽器设备、冷却塔设备。这些系统和设备对经济性的影响可归结为三类：一是影响排汽压力（背压）进而影响机组的内功；二是耗能设备如凝结水泵、循环泵等功耗影响厂用电；三是影响凝结水的过冷度，进而影响机组的综合经济性。因此，汽轮机冷端系统的优化应从三方面综合考虑。为此，从冷端系统的整体角度出
4、发，确定最佳背压、凝结水最佳过冷度和循环水流量，真实反映冷端系统运行的经济性。 三、汽轮机冷端运行方式优化方法 1.凝汽器设备优化。凝汽器设备是冷端系统的主要换热设备，其优化方法一般是从强化换热效果方面考虑的。 （1）凝汽器水侧污垢及胶球清洗。凝汽器水侧的污垢会降低凝汽器的换热系数和换热效果，导致排汽温度升高，真空变差，影响汽轮机的经济性和安全性。一些电厂投放了缓蚀剂和阻垢剂，但是凝汽器水侧换热面的结垢仍难以避免。调查表明，在其他条件不变的情况下，对水侧污垢进行清洗，凝汽器真空度可以得到显著提高。目前一般采用机械方法进行清洗，常用的是胶球在线清洗和人工停车清洗。胶球清洗一次时间短、方便，但收球
5、率低，存在一定的运行成本；而人工清洗需要停机，影响生产。某公司在 2004 年，将胶球清洗系统更换为胶球清洗装置，项目实施后凝汽器胶球收球率由过去的 60%升高到 98%， 胶球清洗装置投入率达到 100%，保证了凝汽器的清洁，有效地提高了机组真空度。优化措施：一是凝汽器污垢热阻在线监测仪及胶球优化投用。二是胶球清洗装置改造，采用新型的胶球清洗装置。 （2）凝汽器汽侧加强换热。目前，大多数凝汽器的换热管仍采用光滑管制造，但热电机组的大型化、高效化对电厂凝汽器的高效、紧凑、节材提出了更高的要求。为了加强换热，一方面可采用传热能力更强的螺旋管，另一方面可改变蒸汽的凝结方式。电站表面式凝汽器的凝结换
6、热一般是按照膜式凝结设计的，在蒸汽与管壁之间增加了水膜的导热热阻，使总的传热系数下降，传热效果降低。而珠状凝结作为一种高效的传热方式，是凝结强化传热的重要措施。所谓珠状凝结，是指蒸汽凝结形成的液滴增大到一定程度时，在重力作用下迅速滚落，并沿途扫清其他液滴，从而始终保持蒸汽与换热面的直接接触，提高换热系数。实验证明，珠状传热的传热系数比膜式传热高一个数量级。通过表面技术获取表面能较低的换热面是能够实现珠状凝结的途径。优化措施：采用新材料换热管提高凝汽器的传热效果。 2.凝汽器最佳真空和最佳循环水流量。虽然提高凝汽器的真空可使汽轮机的理想比焓降增大， 电功率增大， 但无论从设计角度还是从运行角度来
7、看， 都不是真空越高越好。影响凝汽器真空的原因是多方面的，在换热面积一定的情况下， 主要有：蒸汽负荷、循环水流量、循环水入口温度。其中循环水入口温度取决于当地的气候条件， 短时间内不会改变， 则在蒸汽负荷一定的条件下， 要提高凝汽器的真空只有靠增加循环水流量。也就是说， 要提高凝汽器真空必须以增加循环水泵的泵耗为代价。然而循环水泵是厂用电大户，增大循环水量虽然可使汽轮发电机组电功率增加， 但同时循环水泵的耗功率也要增加。这就存在背压降低使汽轮发电机组电功率增加的数值能否补偿增加水量使循环水泵耗功率的增加值的问题， 因此有了最佳真空（或最佳背压）的概念。即当改变循环水量使机组电功率的增加值与循环
8、水泵所耗功率的增加值之间的差值达到最大时所对应的真空称为最佳真空。最佳真空和循环水流量之间的关系一般为：运行中保持汽轮机的进汽量不变，排汽量不变，循环水入口温度 Tw 一定，选择一个初始的循环水流量，有一个初始的背压，增加循环水流量 Dw，背压 Pv 下降，机组的功率增加了 P1，循环泵的功耗也增加了 P2，机组功率的净增值为 P = P1-P2。P 开始随循环水流量 Dw 的增加而增加，但是不会持续增加下去，到某个值时机功率的净增值为 P 最大，以后又开始下降，直到降到零值。则这个最大 P 对应的循环水流量为最佳循环水流量，相应此循环水量所对应的背压为最佳背压。而当循环水流量增继续增加到达一
9、点时，此时机组的功率基本不变，则此时的循环水量所对应的背压为极限背压。 3.冷却塔技术改造。自然通风冷却塔一般运行 10-15 年，塔内除水器、配水系统、淋水填料、内壁涂料均会严重老化，导致冷却塔内部渗水、除水器变形、配水槽裂缝或配水管端头开裂、喷溅装置脱落或损坏、喷水填料结垢堵塞或破损，直接影响机组经济安全运行。因此，对电厂自然通风冷却塔的冷却能力进行技术诊断，检查各部件的老化、破损情况，及时采用相应的改造措施以保证冷却塔良好运行，是实现冷端优化的重要方法，也是火电厂节能降耗的有效途径之一。冷却塔的技术改造一般包括 3 个方面：更换淋水材料、配水系统改造和风道系统改造。某厂 2 座处理能力为
10、 5000t/h 循环水的自然通风冷却塔，经过更新喷嘴，更换填料，在冷却塔进风口上檐、填料下部加装导水板等技术改造措施后，该自然通风冷却塔循环水出塔水温比同期降低了 3。 循环水系统焓值控制方案，能够准确、快速反映凝结水系统和循环水系统以及机组负荷的变化，极大地改善了控制系统的动态特性，实现对循环水系统稳定、经济的自动控制；同时有效解决了系统的大滞后和诸多不确定的因素对控制系统的制约。 参考文献 1冀玉春. 循环水泵运行方式优化方法试验分析J. 东北电力技术， 2014（2）：18-20. 2王伟.基于凝汽器强化传热技术的循环水系统节水研究D.济南：山东大学， 2015. 3孙荷静. 蒸汽滴状冷凝传热机理和实现方法的研究进展J. 流体机械， 2013， （10）
