張國興

摘 要：汽輪機冷端系統(tǒng)是火電機組熱力系統(tǒng)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(tǒng)實現(xiàn)朗肯循環(huán)，其表征參數(shù)是排汽背壓，系統(tǒng)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(yōu)勢，近年來大容量高參數(shù)機組在我國得到了快速發(fā)展。目前，我國已投運的空冷機組（不論容量大?。┰谶\行過程中普遍存在著汽輪機排汽參數(shù)與空冷島運行參數(shù)匹配不能達到最優(yōu)問題，因此，探索空冷機組冷端系統(tǒng)優(yōu)化對其經濟高效運行具有十分重要的現(xiàn)實指導意義。

關鍵詞：660 MW空冷機組 冷端系統(tǒng) 優(yōu)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(tǒng)設備簡介及冷端參數(shù)影響因素分析

1.1 一期660 MW空冷機組冷端系統(tǒng)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(xù)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(tǒng)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(tǒng)，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(jié)的鋼彈簧。風機與電機是通過正齒輪聯(lián)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(shù)，從而根據機組運行負荷和環(huán)境空氣溫度的變化進行最佳調節(jié)。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(tǒng)的基礎上配置FQN（Z）-15500型高效空蒸復合冷卻系統(tǒng)（見圖1高效空蒸復合冷卻系統(tǒng)外觀圖，圖2改造后汽輪機乏汽出力原則性系統(tǒng)圖），以直接空冷系統(tǒng)為主要運行方式，高效空蒸復合冷卻系統(tǒng)為降低背壓的優(yōu)化措施。由原直接空冷系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)設置有抽真空管線，并入原直接空冷系統(tǒng)真空泵入口母管。

1.2 一期660 MW空冷機組冷端參數(shù)影響因素分析

DL/T 5339—2006《火力發(fā)電廠水工設計規(guī)范》列舉了濕冷機組冷端優(yōu)化需要考慮的可變參數(shù)，將其推廣到一期660 MW空冷機組直接空冷系統(tǒng)運行冷端優(yōu)化需要考慮的參數(shù)有：排汽背壓、溫度；直接空冷系統(tǒng)設計起始溫差IDT；直接空冷系統(tǒng)換熱面積、管子材質、管徑、壁厚、根數(shù)和長度；風機臺數(shù)、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(tǒng)運行冷端優(yōu)化需要考慮的參數(shù)有：排汽背壓、溫度；高效復合空蒸冷卻系統(tǒng)設計起始溫差IDT；高效復合空蒸冷卻系統(tǒng)換熱面積、管子材質、管徑、壁厚、根數(shù)和長度；風機臺數(shù)、直徑、迎風面風速、噴淋水量等。這些參數(shù)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(yōu)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(tǒng)運行經濟性診斷方法的理論研究》中提出的空冷系統(tǒng)經濟性評價時劃階數(shù)指標體系的思想，針對一期660 MW空冷機組列出冷端優(yōu)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(tǒng)影響參數(shù)分析），根據對各個可變參數(shù)的分析，最終確定出所采用的優(yōu)化參數(shù)。

經過層層分析剝離，可清晰地看出：排汽背壓和環(huán)境因素（溫度、風向、風速、污垢熱阻等）為冷端優(yōu)化時的核心參數(shù)?？紤]到環(huán)境因素的季節(jié)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(jié)范圍畢竟有限）的特性，關于一期660 MW空冷機組冷端優(yōu)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(yōu)化模型（利用空冷風機風量建立數(shù)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(shù)。尤其對660 MW空冷機組而言，由于其具有進口參數(shù)高、排汽流量大、以及其排汽背壓隨環(huán)境溫度變化幅度大特點，不論是在冷端系統(tǒng)的熱力設計還是在機組冷端系統(tǒng)運行中，都要求排汽背壓達到最佳值，以實現(xiàn)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(tǒng)，其最佳背壓與機組功率、風機耗功（含耗水量，通過折標系數(shù)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(shù)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(fā)電功率增加了△Pe，同時風機群耗功卻增加△Pu，則機組發(fā)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(yōu)化模型（利用背壓和廠用電率耗差建立數(shù)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(yōu)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(shù)（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(shù)（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(fā)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(shù)據及計算結果見表1，表2。

試驗結論：在試驗環(huán)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(tǒng)的環(huán)境溫度、空冷系統(tǒng)周圍環(huán)境空氣動力場、空冷風機出力和空冷系統(tǒng)換熱器表面潔凈程度等。汽輪機冷端系統(tǒng)不但直接影響發(fā)電機組的安全運行，在節(jié)能降耗方面也發(fā)揮了不可小覷的作用。通過該文中的冷端優(yōu)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(fā)電機組中具有一定的借鑒意義。

參考文獻

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