600MW机组循环水系统的优化研究

摘 要：文章针对某600mw火力发电机的实际运作状况分析研究，把凝汽器内部的真空度作为凝汽器、汽轮机组以及循环水泵互相关联的重要纽带，采取循环水泵耗功和机组出力差值为目标函数构建循环水系统的数学模型。文章首先阐述了影响汽轮机凝汽器压力的诸多因素以及循环水系统的优化目标，在计算600MW机组的循环水系统优化运行手段的基础上获取到不同环境下凝汽器的最佳状态以及循环水系统的优化运作手段。可以说，关于汽轮机凝汽设备不断优化的研究具有相当显著的现实意义。

关键词：凝汽器；优化；真空；汽轮机；最佳；运行；循环水系统

1 概述

作为汽轮机组的一项核心的辅助设备，电站凝汽设备的经济性、安全性会给机组产生较大的影响。由此可知，关于汽轮机凝汽设备的优化研究有着较大的现实意义。凝汽设备的循环水系统的运作是为了向汽轮机的凝汽器供应冷却水，从而达到冷却排汽的目的。众所周知，在电厂中循环水泵起到了重要的辅助作用。通过对循环水泵的优化调整，可大大提高机组节能降耗的效果。本文结合600MW机组汽轮机凝汽设备的实际案例，针对影响凝汽压力的诸多因素展开分析，在介绍设备优化运行的工作原理的基础上，深入地阐释凝汽器最佳真空的确定方式以及循环水系统优化运行策略。

2 优化方式的对比分析

由于电力市场的上网电价竞争已进入到炽热化阶段，火电厂要想实现可持续发展，就必须在确保生产安全的基础上重视机组实际效益值，大幅度提高机组的运行与管理水平。在运行时，可借助详细的数据推导出机组的运行方式，并将其和以往的控制手段作对比，得出对比分析结果。

真空泵改造有以下可选方案：

方案一（推荐）：水环式真空泵+罗茨真空泵；方案二：水环式真空泵+大气喷射器；方案三：真空泵冷却水源优化（利用低温水源或者增设制冷设备）；方案四：增设变频调速装置。

1号机组真空泵组目前存在的主要问题为：设计容量偏大，真空泵耗电率较高，存在节电空间；真空泵冷却水流量相对不足，影响抽吸能力；真空泵抽吸能力受工作液温度影响。而针对水环真空泵运行常出现运行噪声大、叶轮汽蚀的问题，分析原因一般认为是真空泵入口压力过低、造成气泡破裂所致，严重时会导致真空泵转子断裂报废；在真空泵容量偏大时，该问题尤为严重。

3 凝汽器最佳真空的确定

在汽轮机末级动叶斜切部分蒸汽达到膨胀极限后，汽轮机功率不会由于真空的提高而增加。也就是说，就算汽轮机末级没有达到膨胀极限，然而因背压的减小，排汽比容的持续增加而末级排汽面积固定不变，末级排汽余速损失会持续增加。但是当因背压下降而增加的有效热降与余速损失的增量相等时，就会达到极限真空。若冷却水进口温度不是很低，那么就要以许多冷却水为代价才可达到极限真空。为此，在达到极限真空之前，水泵耗功增加量也许会比汽轮机功率的增加量大得多。如果再持续投入冷却水量，增加真空，则会导致电站出力减少。通过增加循环水量的方式让汽轮机电功率的增加值和循环水泵的耗电量增加值之间的差值达到顶峰时其对应的真空就是凝汽器最佳真空。

4 算例

某电厂配备了600MW机组共2台，每台机组上均配备了2台循环水泵以及一套双壳体、双出、双压、冷却水双进、单流程凝汽器，两台机组的循环水泵都同步运作。通过对电厂试验资料的分析可知，在采取3泵、2泵、4泵运行方式下，循环水泵分别消耗了3500kW、2300kW、5200kW。依照最佳凝汽器压力（最佳真空）的确定原理，借助编程运算遍历寻优可得到不同循环水进口温度、不同负荷下蒸汽器的最佳压力值，表2为机组部分最佳压力数据。

图1为循环水系统优化运行区域曲线图，其中区域分界线的求解的实现需要依靠计算机程序计算。由图1中可知，不论在何种负荷、循环水温多高的情况下都能将最佳的循环水泵运行方式确定下来。

凝汽器与抽真空系统优化改造对机组经济性影响在于厂用电下降和凝汽器运行清洁系数提高。

厂用电下降方面：改造前一台真空泵运行，改造后两台罗茨泵组+冷却水升压泵运行（一台罗茨泵组耗电为44kW）。厂用电节电效果为130-2×44-3.3=38.7kW。

凝汽器运行清洁系数提高方面：抽真空方式改造、真空泵节能改造以及胶球清洗系统改造后凝汽器高压侧-低压侧凝汽器压力差可有效建立，凝汽器清洁系数特别是低压侧清洁系数明显提升。预估改造后低压侧凝汽器清洁系数至少提高0.16，高压侧凝汽器清洁系数至少提高0.1。以此进行改造效果估算，结果见图1。

（1）600MW负荷下，改造后凝汽器平均压力下降0.8kPa。

（2）500MW负荷下，改造后凝汽器平均压力下降0.72kPa。

（3）400MW负荷下，改造后凝汽器平均压力下降0.61kPa。

（4）300MW负荷下，改造后凝汽器平均压力下降0.53kPa。

5 循环水泵优化运行结果

通过对实际试验数据的分析可知，在循环冷却水温度处在中低温环境下时，循环水泵运行方式优化能创造出最大经济效益。当循环水温度低于两机四泵切换点温度时，其被称作中低温。后者温度愈高，表明其经济效益的空间愈大，反之则愈小。通常而言，煤价、气候变化、煤的发热量以及机组热耗等因素都会给循环水泵运行方式产生影响，当前的计算分析是在结合标煤发热量的基础上实施的，媒的发热量下降的话，两机四泵的切换点温度也会相应地变低。煤价上涨，其切换点的温度会下降，否则会上升。机组热耗增多，两机四泵切换点的温度会下降，反之则会升高。年平均气温提高的话，两机四泵切换点温度就会下降。除却热耗，其他几种因素均属于自然条件与市场因素，这对电厂而言是不可控的。然而电厂应做到以下两点：其一，在选煤的过程中，要尽可能选择煤发热量和煤价之比更高的，如此才可确保两机四泵运行的切换点问题更高；其二，要减小并长期保持当前的热耗水平。

6 结束语

运用数学模型通过优化计算之后，可获取到在不同的循环水温度、负荷不同的环境下的循环水泵的最佳运行方式以及600MW机组凝汽器的最佳压力值，并绘制出优化运行区域曲线图，以此为电厂循环水系统的实践凭证。采取以上的优化策略后，机组能基本_保每台机组的蒸汽器运行真空与其最佳值之间的距离不大，尽可能地减少电厂厂用电，增强机组的实用性、经济性。但必须强调的是，一旦凝汽器的工作条件右边，循环水系统优化运行区域曲线图就一定要予以修正。

参考文献

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