电厂凝汽器循环水的优化运行

电厂凝汽器循环水的优化运行
发表时间：2019-03-29T17:24:24.693Z 来源：《电力设备》2018年第29期作者：姚志栋
[导读] 摘要：凝汽式汽轮机组凝汽器在真空严密性良好的条件下，真空随着外界环境温度不断变化。

环境温度一年四季变化0℃～ 27℃左右，同等负荷下，真空变化1 ～ 5kPa 左右，循泵的运行方式根据此季节应做出调整，以优化凝汽器的运行方式，既达到了汽轮机最佳效率，又降低了厂用电率。

（合肥明志电力工程有限公司安徽合肥 230071）
摘要：凝汽式汽轮机组凝汽器在真空严密性良好的条件下，真空随着外界环境温度不断变化。

环境温度一年四季变化0℃～ 27℃左右，同等负荷下，真空变化1 ～ 5kPa 左右，循泵的运行方式根据此季节应做出调整，以优化凝汽器的运行方式，既达到了汽轮机最佳效率，又降低了厂用电率。

关键词：电厂凝汽器；循环水；优化运行；
电厂的汽轮机排汽如果采用水冷凝汽器凝结，每台机组都配有两台或两台以上循环水泵，循环水泵是电厂中耗电较大的设备之一，机组运行中有的循泵运行、有的循泵备用。

在不同季节、不同负荷等条件下运行的循环水泵如何合理配置，对机组经济性有较大影响，因此确定循环水系统优化运行方式对电厂降低能耗，竟价上网意义重大。

一、实例分析
某电厂装设2 台汽轮机, 配套凝汽器。

冷却水采用母管方式供水, 4 台泵出口汇合后用2 条母管供至主厂房, 1、2 号汽轮机凝汽器分别从2条母管取水。

水温太低虽对经济运行有利, 但会使凝汽器水室与汽侧温差太大, 易造成凝汽器铜管管口渗漏, 从而造成凝结水硬度大, 影响安全运行, 甚至造成铜管损坏泄漏。

二、影响因素分析
实际运行中, 凝汽器冷却水温升均大于设计值4 ℃以上, 其原因是凝汽器不可能一直保持清洁状况运行。

凝汽器的水侧阻力也经历一个从小到大的过程。

运行资料表明, 一般情况下1 个冲洗周期内凝汽器水侧阻力变化(0 .05 ～ 0 .12)MPa , 其时间取决于河水的杂草含量,周期长的1 个月左右, 周期短的几个小时(洪水期间)。

在1 个运行周期, 由于系统阻力决定了循环水泵扬程要从(0 .16 ～ 0 .23)MPa 范围发生变化。

凝汽器总体传热系数除与其结构有关外, 受铜管清洁程度、冷却水流速、冷却水温度、蒸汽负荷率等运行因素的影响。

铜管清洁程度越差, 冷却水流速越低, 其传热系数越小, 凝汽器端差就越大。

此外, 杂草堵塞凝汽器管口, 冷却水量的减小, 使铜管内水流速度降低, 在冷却水泥沙含量较大时, 易造成铜管内的泥沙沉积。

受出口温度升高影响泥沙结成软垢, 使凝汽器端差急剧升高, 如不及时进行冲洗, 可能造成停机事故。

运行中在凝汽器冷却水反冲洗改造以前, 曾几次发生凝汽器铜管泥沙沉积被迫停机进行人工冲洗的事件, 但自凝汽器冷却水反冲洗改造后再未发生此类事故。

综上所述, 冷却水系统的运行, 无论是对机组的经济性还是安全性, 其影响都是举足轻重的。

不考虑端差的影响, 当冷却水进口温度高于16 ℃时, 汽轮机真空将低于设计值, 其排汽温度高于设计值。

由于水流速度及铜管清洁程度及其它换热条件的影响, 实际运行的凝汽器端差比设计值高出4 ℃以上, 如果考虑凝汽器端差的影响, 则汽轮机真空低于设计值对应的冷却水温度应是12 ℃。

因此, 当冷却水温度低于12 ℃时, 汽轮机可以在设计真空以上运行；当冷却水温度高于12 ℃时, 汽轮机真空将低于设计真空, 汽轮机排汽温度将高于设计值。

而且,冷却水进口温度每升高1 ℃, 汽轮机排汽温度将相应升高1 ℃。

三、电厂凝汽器循环水的优化运行
1.循环水量的确定方法。

采用仪器测量循环水量，即在不同的季节下，也就是在当地循环水最低进口温度、平均温度和当地循环水最高进口温度下，在不同的机组负荷下，循环水泵为不同组合时实测循环水泵的流量。

超声波流量计的安装位置位于凝汽器进口阀门井内两根循环水进口管道上。

记录循环水流量的同时记录循环水泵的功率，循环水泵出口压头与流量的平方成正比。

当多台循环水泵并列运行时，根据扬程不变，流量叠加的原理得到多台泵并列运行的扬程曲线。

循环水泵运行时的工作点由泵的特性曲线和管路特性来确定，将流量－扬程在同一张图上，两者交点就是水泵的运行工况点。

循环水量还可通过循环水泵的特性方程和管路特性方程求解得到。

2.循环水泵改用高效叶轮。

针对循环水系统存在的问题, 在将原来设计的凝汽器循环水系统改造为可以反冲洗运行的基础上, 在循环泵配用电机及水泵本体不变的情况下, 将循环水泵叶轮更换为新型高效叶轮。

由于实际循环水系统所需水泵扬程为(156 .9 ～ 196 .1)kPa , 原泵设计扬程257 .9 kPa , 偏离较多, 导致其运行效率较低。

在更换新型高效叶轮时, 以现场实际循环水系统所需水泵扬程为基础, 重新设计叶轮流道。

改造后的循环水泵流量增大, 消耗功率降低, 按增加冷却水流量1 000t/h 计算, 冷却水温升降低(汽侧条件不变)1 ℃, 相应汽轮机排汽温度也降低1 ℃。

循环水泵运行中电流降低5 A 左右, 按此估算循环水泵消耗功率降低41 .6kW, 按年运行7 000 h 计算, 循环水泵每年节电291 200kW•h。

采取上述措施以后, 使循环水系统运行状况得到改善, 凝汽器冷却水量不足问题有所缓解, 但还未能彻底解决冷却水温度高于12 ℃以上时, 凝汽器冷却水量不足, 汽轮机处于设计真空以下长期运行的被动局面。

事实上, 由于汽轮机相对内效率较低, 汽轮机热损失增大, 同样的排汽压力下, 汽轮机排汽焓将高于设计值。

在额定负荷下, 其排汽量将大于设计值。

热力试验中实际汽轮机排汽焓2 383 .4 kJ/kg , 排汽量279 .8 t/h , 均大于设计值, 使凝汽器冷却水量不足的矛盾更为突出。

3.优化循环水系统运行方式。

针对冷却水量不足的问题, 建议充分利用现有的循环水系统和设备, 当汽轮机真空低于设计值时, 增加1 台循环水泵运行, 这样在2 台机组运行时, 每台机增加冷却水流量5000 t/h 以上。

根据凝汽器热平衡方程可计算得出, 凝汽器冷却水量增加5000 t/h 时, 凝汽器冷却倍率将增大至62 .3 , 冷却水温升减小为8 .2 ℃, 与运行1 台循环泵相比较, 冷却水温升降低近4 ℃, 根据式(1)可知, 凝汽器蒸汽凝结温度将降低近4 ℃。

考虑到冷却水量对凝汽器端差的影响, 汽轮机排汽温度将降低4 ℃以上。

汽轮机排汽温度和排汽压力降低。

汽轮机真空低于设计值时, 增加1 台循环水泵运行, 其经济性需通过技术经济比较才能得出正确的结论。

在凝汽设备的运行中, 虽然从各方面采取措施, 以获得高度真空, 但受到极限真空的限制, 当真空达到极限真空后, 再继续提高真空, 汽轮机功率不再增加。

相反, 为了达到更高的真空要花费更多的厂用电量, 从经济上来说是不合算的。

对于运行中的机组, 应取得最有利真空, 以保证机组的热经济性。

所谓最有利真空,就是由于提高真空所增加的电功率与循环水泵等所消耗的电功率之差值达最大时的真空值, 即此时经济上的收益最大。

为此, 应尽量合理调配冷却水量, 即在不同的负荷、冷却水温度下, 合理调配循环水泵, 使经济上最有利。

电厂循环水泵的耗电量占全厂发电量的1 %～ 1 .2 %, 按1 .2 %计算, 单台机组由于第3 台循环水泵所消耗电量的影响, 使全厂厂用电量升高0 .6 %,供电标准煤耗增高2 .2 g/(kW•h)。

因此, 2 台机的排汽温度均高于设计值4 ℃以上时, 启动第3 台循环水泵是合理的, 是比较经济的。

计算的经济效益为降低全厂标准煤耗1 .8 g/(kW•h)以上。

根据不同的循环水系统的阻力特点, 选择不同型式循环水泵, 使其流量与扬程合理匹配, 使循环水泵经常在高效区运行, 可保证汽轮机组长期处于最有利真空运行。

建议对循环水泵进行改造, 以满足不同季节合理调配冷却水量的要求, 解决夏季增水、冬季节电的问题, 提高全厂的经济性。

参考文献：
[1]葛晓霞，缪国钧，钟澎，等．双压凝汽器的循环水系统的优化运行［J］．动力工程，2017，29( 4)：389 － 393．
[2]胡洪华，黄廷辉，艾卫国，等．大型火电机组运行优化目标值的研究和确定［J］．中国电力，2016，37( 9)：22 － 25．
[3]李勇，董玉亮，曹祖庆．考虑节水因素的凝汽器最佳真空的确定方法［J］．动力工程，2018，21( 4)：1338 － 1341．。