火电机组冷端系统运行经济性分析及优化.pdf

第 3 5卷 第2期 2 0 1 3年 2月 华 电技 术 Hu a d i a n T e c h n o l o g y V0 1 ． 3 5 No． 2 Fe b． 2 01 3 火 电机组冷端 系统运行经济性分析及优化 张克凡 ， 黄锦涛 ， 闰水河 1 ． 内蒙古呼和浩特金桥电厂， 内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 7 0 ； 2 ． 西安交通大学 能源与动力工程学院， 陕西 西安7 1 0 0 4 9 摘要 冷端系统是火电厂发电机组重要的辅助系统， 它的工作状态和运行特征对整个电站机组的稳定性、 安全性和经 济性都有较大的影响。以内蒙古某电厂3 0 0M W 机组为例 ， 分析了几种典型工况下背压变化对机组经济性的影响， 重点 分析了真空泵工作水温的变化对吸气量、 凝汽器压力、 机组热耗率及煤耗率的影响。提出了增加一路工业水作为冷却水 的改造措施， 经测试 ， 改造效果良好， 可显著提高机组的经济性。 关键词 冷端系统 ； 经济性； 真空泵； 背压 ； 热耗； 煤耗 ； 冷却水； 优化 中图分类号 T K 2 6 4 ． 1 文献标志码 A 文章编号 1 6 7 41 9 5 1 2 0 1 3 0 2 0 0 4 2 0 4 0 引言 根据我国燃料结构的特点 ， 目前 7 0 ％ 以上发电 机组为燃煤火力发 电机组 ， 其每年消耗 的煤炭资源 占全 国煤炭消耗 的 5 0 ％ 以上， 因此 ， 火 电厂机组 的 经济效益对资源及环境有着至关重要的影响。 目前 ， 冷端系统实际运行效果达不到要求是 国 内外发电机组 的一个突出问题 I 4 J ， 对 机组 出力和 厂用 电产生了严重影响。尤其是 国产的 2 0 0 MW 和 3 0 0 MW 发电机组 ， 循环水系统与机组不匹配、 冷却 塔出力不足、 冷却管结垢和凝汽器漏人空气等问题 都影响了汽轮机组 的真空度 ， 导致发 电煤耗增加。 所以， 冷端系统的节能诊断与优化运行是降低机组 供电煤耗的关键环节及研究热点 。本文 以内蒙 古某 电厂 3 0 0 MW 机组为例 ， 分析 了冷端变工况对 机组 热 经 济 性 的影 响 ， 为优 化 机 组 运 行 奠定 基 础 。 ] 。 l 机组概况 内蒙古某 电厂 3 0 0 MW 机组为东方汽轮机厂生 产的 C 3 0 0 ／ 2 3 51 6 ． 7 ／ 0 ． 3 5 ／ 5 3 7 ／ 5 3 7型亚临界 、 一次 中间再热、 双缸双排汽 、 抽汽凝汽式汽轮机， 共有 8级 给水回热抽汽， 3台高压加热器、 1 台除氧器和4台低 压加热器用汽。机组额定工况下的参数见表 1 。 2 机组变工况经济性分析 对该机组在几种典型工况下的经济性进行计 算， 结果见表 2 。 由计算结果可以看出， 在实际运行工况下， 由于 收稿 15 1 期 2 0 1 2一 O 9一O 6 表 1 机 组额定工况下 的参数 背压提高， 机组做功能力降低， 导致汽轮机组热效率 及全厂热效率降低， 汽轮机组汽耗率、 热耗率随背压 均呈不 同程度 的上升。图 1 和图 2为背压变化对机 组热耗率和功率的影响。 3 真空泵工作水温对背压的影响 3 ． 1 工作水温对真空泵吸气压力的影响 对于实际运行的真空泵和凝汽器系统， 工作水 进 口温度改变后 ， 在影响真空泵抽吸能力的同时， 真 空泵吸人 口压力 、 进 口汽气混合物温度也相应改变。 图 3为与不同工作水温下的吸气压力与吸气流量关 系， 图4为吸气压力与真空泵工作水温的关系。 该 电厂水环真 空泵在设计工况下吸人压力为 4 ． 9 k P a ， 工作水温度为 l 5℃ ， 从 图 3中读取此时 的 吸气量。当其他条件不变 ， 仅工作水温度发生变化 时， 可认为吸气量仍不变。在图3中作水平线， 与各 曲线相交 ， 得 到不 同工作水 温下对 应 的吸人压力 如图4 所示 ， 拟合出来的多项式为 P 2 ． 2 5 3 6 0． 0 05 2 4 t0． 0 09 6 2 t 式中 P为吸气压力 ， k P a ； t 为工作水温度 ， c c。 第2期 张克凡 ， 等 火电机组冷端 系统运行经济性分析及优化 4 3 表2 3 0 0 M W 机组几种典型工况下的热力计算结果 图 2机组功率随背压变化的修正 曲线 由此 可以看 出， 工作水温的变化会导致真空泵 吸气压力发生变化 。 3 ． 2 漏入空气对背压的影响 当真空系统严密性正常、 水环真空泵也 正常工 作时， 水环真空泵可将漏人真空系统的空气全部及 时抽出， 使传热系数和凝汽器压力基本保持不变。 当水环真空泵 出力不足时 ， 从凝 汽器内抽 出的空气 量小于外界漏人的空气量， 将引起凝汽器内空气浓 度的增加。空气浓度的增加会恶化凝汽器汽侧换 热， 影响凝汽器的传热系数， 进而影响凝汽器端差。 3 0 0 M W机组负荷不变时， 漏人空气量对凝汽器 7 0 6 0 0 l O 2 0 3 0 4 0 吸气压力， k P a 图 3 不 同工作水 温下吸气 压力与吸气流量的关系 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 工作水N／ o 图 4 吸气压力与真空泵工作水温 的关 系 性能的影响如图5 、 图 6所示。 由图 5 、 图 6可知 ， 在不 同凝汽器压力下 ， 随着漏 入空气量的增加， 凝汽器压力升高， 真空度下降。由 此可以得到凝汽器压力与漏入空气量的关系， 图7 是在凝汽器压力为 6 k P a 时， 凝汽器压力与漏人空气 量的关系。 由上述分析可知 在同一吸气压力下， 工作水温 提高， 吸气量将大大降低， 导致凝汽器中空气分压力 提高， 影响凝汽器内的换热， 导致凝汽器真空度降 低、 汽轮机背压提高； 在同一吸气流量下， 由于工作 水温的提高， 所需的吸气压力也提升， 由于水环真空 ∞ ∞ 如 m 目 l Ⅲ ． ￡ 县、 _軎媾 O 8 6 4 2 B d R 4 4 华 电技 术 第 3 5卷 尊 圃 唧 】 煺 蚓 蜓 嘿 图 5 3 0 0 MW机组空气流量与真空严密性的关系 图 6 3 0 1 1 MW 机组凝汽器压力与真空度下降 速率的关 系曲线 图 7 3 0 0 MW 机组凝汽器压 力与漏入 空气量的关 系 泵吸气量降低， 漏人凝汽器的空气量将增加， 直接影 响凝汽器的工作压力， 导致机组背压提高， 机组的热 经济性降低。 4系统 改造 4 ． 1 存在的问题 该 3 0 0 M W机组水环真空泵板式冷却器冷却水 为开式， 设计温度为 2 0 ℃， 夏季最高能达到 3 3℃。 工作水入口温度设计值为 1 5 ℃， 而夏季实际运行中 该机真空泵工作水出口温度达到4 0 4 4 oI ， 人 口温 度达到 3 5 ～ 3 9 o 【 ， 真空泵工作水人口温度超过设计 温度 2 02 4℃ ， 远远偏离设计工况 ， 致使机组背压 升高， 热经济性降低。 结合前述分析可知， 机组在设计工况下吸气量 为 4 0 ． 7 m ／ m i n ， 当工作水温 由 1 5℃升至 3 0℃并假 设其他条件不变时， 真空泵的吸气量降为 1 0 ． 0 m ／ m i n ， 则多漏入空气量为 3 0 ． 7 m ／ m i n ， 转化为标 准状态下相 当于漏 人空 气 的质量 流量 为 1 0 2 ． 7 5 k g ／ h 。 从 图5一图 7可以看 出， 由于该机组水环真空 泵抽吸力不足 ， 凝汽器 内空气 的浓度增加 ， 漏人空气 的质量流量每增加 1 k g ／ h ， 凝汽器压力增加 0 ． 0 2 2 k P a ， 由此可 以计算出， 真空泵人 口工作水温 由设计 值 1 5 ℃提高到3 0 时， 将使凝汽器背压提高 2 ． 2 6 k P a ， 背压将 由设计值升至 7 ． 1 6 k P a ， 则发电煤耗将 由设 计 时 的 2 9 1 ．3 8 g ／ k W h 升 至 3 1 6 ．2 4 g ／ k W h 左右 ， 汽耗、 热耗也相应提高 见表 2 。 当真空泵入口工作水温升至 3 5 ℃时， 漏入空气的质 量流 量将 增 至 1 3 6 ． 9 8 k g ／ h ， 凝 汽 器 背压 将 升 至 7 ． 9 1 0 k P a ， 发电煤耗将增至 3 2 9 ． 3 3 g ／ k W h ， 机 组汽耗 、 热耗也将大大增加。 通过上述分析可以看出， 真空泵工作水温对机 组背压、 机组的发电功率、 机组发电煤耗及热耗等参 数都有极大的影响， 因此 ， 对该机组冷端系统进行改 造是极其必要的。 4 ． 2 改造方案 开式冷却水温度受环境 温度的影响 比较大 ， 如 果单一依靠开式冷却水水源 ， 无法满足冷却真空泵 工作水 的需求 ， 找到温度较低 的水源才能解决该 问 题 。而该厂工业水泵出口水压力为 5 0 0 k P a ， 温度为 l 6℃ ， 水源来 自地下水 ， 温度较低 ， 是 比较理想的冷 却水水源 ， 因此 ， 可将工业水作为冷却水。 改造方案 在原有开式冷却水 8 9 m m管路冷 却器冷却水阀门之后 ， 并接一来 自汽轮机房工业水 母管的工业水 8 9 m m管路并安装 1个 阀门， 而 回 水仍然直接回至开式冷却水 回水， 可方便地进行 2 种水源 的切换 。另外 ， 工业水加装管路保温 ， 减小夏 季环境高温对其影响， 改造方案如图8 所示。 4 ． 3 改造效果 为了更加真实地反映运行工况， 将 真空泵的冷 却水分别采用开式冷却水和工业水， 在 2 4 h内取 1 2 个点进行测量 ， 每个点 间隔 2 h ， 然后求平均值。当 用开式冷却水作为冷却水时求得的平均值为 真空 泵工作水的入 口水温为 4 3 ． 8 c I ， 出 口水温为 4 6 ． 5 ℃ ； 真空泵冷却水的入 口水温为 2 6 ． 9℃， 出 口水温 为3 7 ． 2 ℃； 真空度为 一 7 8 ． 5 2 k P a 。当用工业水作为 冷却水时求得的平均值为 真空泵工作水的人口水 温为3 6 ． 8 ℃， 出口 水温为3 8 ． 7 ℃； 真空泵冷却水的 第 2期 张克凡 ， 等 火电机组冷端 系统运行经济性分析及优化 4 5 1 5 9 3 -5 工业水母管 图 8 冷却水改造方案 入 口水温为 2 0 ． 0℃ ， 出 口水温 为 2 9 ． 2℃ ； 真空度 为 一8 1 ． 3 4 k P a 。 图9为改造前、 后 1个工作 日内负荷与真空度 的变化曲线 ， 从 图 9可 以看出 ， 改造前 、 后负荷变化 不同， 但在负荷发生大范围变化时， 改造后真空度的 变化曲线没有改造前变化得剧烈 ， 说明改造后真空 度受负荷变化的影响减小 ， 并能保持相对 比较高 的 数值 ， 改造效果 良好。 罨 柱 图 9改造前 、 后 1个工作 日内负荷与 5 结论 以内蒙古某电厂 3 0 0 M W机组的运行数据为依 据， 分析了几种典型工况下背压变化对机组经济性的 影响， 通过分析及定量计算可以看出， 真空泵冷却水 温的变化， 对机组背压、 发电煤耗及热耗都有明显的 影响。该机组采用工业水作为冷却水的一部分， 经实 地测试， 改造效果良好， 可显著提高机组的经济性。 参考文献 [ 1 ] 朱信义． 真空泵密封水和抽入气体温度对机组真空的影 响[ J ] ． 热力发电， 2 0 1 0 8 9 3 9 5 ． [ 2 ] 周兰欣 ， 林琦， 周玉． 水环式真空泵工作水温度过高对机 组真空的影响及应对措 施 [ J ] ． 电力建设 ， 2 0 1 0 1 2 9 81 0 1 ． [ 3 ] 丘宇新． 水环式真空泵的原理和常见故障分析[ J ] ． 中国 电力教育 ， 2 0 1 0 S 1 4 5 7 4 5 8 ． [ 4 ] 曾华． 一种提高凝汽器真空度的方法 [ J ] ． 华 电技术， 2 0 1 0 ， 3 2 8 2 5 2 9 ． [ 5 ] 邓荣才． 水环式真空泵对凝汽器真空的制约与改善[ J ] ． 大众科技 ， 2 0 1 1 7 1 5 41 5 5 ． [ 6 ] 秦文防， 王鹏， 李秋诚． 电厂水环式真空泵冷却水系统的 改造[ J ] ． 通用机械， 2 0 1 1 3 8 0 8 1 ． [ 7 ] 张建军． 水环真空泵冷却水改造后节能效果[ J ] ． 内蒙古 科技与经济， 2 0 1 1 1 0 1 1 81 2 0 ． [ 8 ] 吴河生， 范朝光． 3 0 0 MW供热机组水环式真空泵系统技 术改造[ J ] ． 江苏电机工程 ， 2 0 1 0 5 7 0 7 2 ． [ 9 ] 徐仿优， 胡光明， 刘光耀 ， 等． 沙角 A电厂 3 0 0M W 机组冷 端系统经济性诊断及优化运行[ J ] ． 热力发电， 2 0 1 0 7 71 O． [ 1 0 ] 张克凡． 3 0 0 MW机组冷端系统改造的经济性分析[ D] ． 西安 西安交通大学， 2 0 1 2 ． [ 1 1 ] 赵佰波， 王欣． 2 3 5 0 MW改建机组循环水系统的优化 设计[ J ] ． 华电技术， 2 0 1 1 ， 3 3 1 0 3 7 4 1 ． 本文责编 刘芳 作者简介 张克凡 1 9 7 9 一 ， 男 ， 内蒙古赤峰人， 工程师， 从事电力 生产运行技术及管理等方面的工作 E ． ma i l l a o w u 2 3 2 2 s i n a ． t o m 。 黄锦涛 1 9 6 8 一 ， 女 ， 陕西西安人， 副教授， 工学博士， 西安能源研究会会员， 中国动力工程学会会员 ， 从事分布式 能源系统、 热力系统性能分析等方面的研究。 闫水河 1 9 6 8 一 ， 男 ， 内蒙古呼和浩特人， 高级工程师， 真空度变化曲线 从事电力生产运行技术及管理等方面的工作。 o●o● 争●o● ‘ ●o●o● ●o●o●o●o● ● 争●o● 争●o●o● 争● o●o●o●o● o●o●o●o●o●o●o●0●o●o●o● o●o●o●◇●◇● o●o●o●◇●o●o●◇● 上接第 3 8页 [ 4 ] R o s a s ，C e s a r ．I m p r o v e m e n t o f t h e C o o l i n g P r o c e s s o f O i l - i m m e r s e d E l e c t r i c a l T r a n s f o r m e rs U s i n g He a t P i p e s [ J ] ． I E E E T r a n s a c t i o n s o n P o w e r D e l i v e r y ，2 0 0 5 ， 2 0 2 1 9 5 51 9 6 1 ． [ 5 ] P a r a d i s C l a u d e ． 世界首台浇注 固体绝缘配电变压器 [ J ] ． 西北电力技术 ， 1 9 9 9， 2 7 6 5 7 6 0 ． [ 6 ] P a r a d i s C l a u d e ， F o r t i n M a r c e 1 ．S o l i d I n s u l a t i o n T r a n s f o rme r [ J ] ． A p p l i e d T h e r m a l E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 8 ， 1 8 6 4 9 1 5 0 2 ． [ 7 ] 雷东强 ， 王秀春， 朱威力， 等．热管技术在变压器 中的应 用研究[ J ] ． 变压器， 2 0 0 7 ， 4 4 1 3 7 4 | D ． [ 8 ] 付宁宁． 热管在浸式变压器中温度场分布的F l u e n t 数值 模拟[ D] ． 天津 河北工业大学 ， 2 0 0 7 ． [ 9 ] 李勇， 刘志安， 安亦然． 介绍流体力学通用软件F l u e n t [ J ] ． 水动力学研究与进展， 2 0 0 1 ， 1 6 2 2 5 4 2 5 8 ． 本文责编 刘芳 作者简介 刘红蕾 1 9 7 1 一 ， 女 ， 山东泰安人， 高级讲师， 工程硕 士， 从事火力 发 电厂热工控 制方 面 的教学 和研究 工作 E - ma i l h o n g l e i _ t a s o h u ． c o rn 。