电厂汽轮机排汽湿度及凝汽器的最佳真空和最佳冷却水量的确定

在湿蒸汽中高速流动的水滴撞击叶片表面造成低压级叶片水蚀， 水蚀使得叶片的强度和振动特性向着有害的方向变化，使叶片变得粗 糙，出现凹坑，甚至断裂，造成叶片事故，对汽轮机的安全运行造成了 威胁。 据统计，叶片事故在汽轮机各部件中居首位。 美国电力研究所 EPRI (Electric Power Research Institute) 指 出 ，美 国 电 站 汽 轮 机 强 迫 停 运率的 70％与叶片损坏有关，各国统计还一致反映，叶 片 事 故 引 起 的 损失往往占全部损失的一半左右。 与此同时，水蚀也增加了叶片通流 部分的流动损失，导致汽轮机的级效率降低可多达 0.664％。 同样湿度 造成的湿汽损失也降低了汽轮机的效率，所以湿度对汽轮机的安全性 和经济性有着重要的影响。
湿蒸汽在汽轮机级内膨胀做功时，同过热蒸汽相比还额外增加了 湿汽损失，使汽轮机的低压级效率降低，蒸汽湿度越大，湿汽损失就越 大。 英国统计数字表明，仅由汽轮机中湿度引起的效率降低带来的经 济 损 失 每 年 高 达 5000 万 英 镑 ，所 以 ，湿 蒸 汽 带 来 的 湿 汽 损 失 不 可 低 估。
【关键词】电厂机组；汽轮机系统；冷却水量；循环水泵；综合效益；运行优化；最佳真空
0 引言
随着国民经济的持续快速发展和能源消耗量的日益增加，我国已 成为世界第二大能源消费国和世界上对能源依赖程度最高的国家之 一。 特别是近几年，我国大部分地区，能源短缺已成为当地制约经济和 社会可持续发展的重要因素之一。 因此，以“低消耗、低排放、高效率” 的集约型增长方式逐步取代传统的“高消耗、高污染、低效率”的粗放 型增长方式， 已越来越得到我国政府和各阶层的广泛重视。 在我国， “节能减排”已成为 21 世纪的主题。
火力发电行业是一个资源消耗巨大的产业。我国目前的燃煤机组 约占全国装机总容量的 74％， 它对不可再生资源— ——煤的消耗巨大， 同时也是消耗水资源和产生污染的大户，所以火力发电厂的“节能减 排”显得尤其重要。 汽轮机冷端系统是火电机组的重要组成部分。
1 汽轮机排汽湿度
在大型发电厂中， 凝汽式汽轮机的末几级都工作在湿蒸汽区，因 此部分蒸汽在湿蒸汽区内发生自发凝结，以十分细小水滴的型式悬浮 于汽相中，形成湿蒸汽。 湿蒸汽主要给汽轮机运行带来两方面的影响 ： 一是，湿蒸汽中水分会对汽轮机动叶产生侵蚀与冲击，威胁汽轮机的 安全运行；二是，产生较大的湿汽损失，使湿蒸汽级的效率大大低于干 蒸汽级。
由此可见, 蒸汽的湿度对机组的经济性和安全性有很大的影响， 降低蒸汽湿度是保证末几级叶片安全工作的必要手段之一。运行中限 制蒸汽的湿度，一般规定汽轮机未级叶片后排汽的最大可见湿度（是 指在 h-s 图上查到的湿度）不得超过 12％-15％。
2 凝汽器的最佳真空和最佳冷却水量的确定
2．1 最佳真空和最佳冷却水量的确定方法 首先， 在给定的冷却水进水温度 tw1 和汽轮机 排 汽 量 Dc 条 件 下 ，
改 变 冷 却 水 量 Dw，分 别 求 出 汽 轮 机 功 率 增 量 ΔPt、循 环 水 泵 耗 功 增 量 ΔPp 和水资源使用费及冷却水热污染的环保收费 ΔCw。 知道汽轮机功 率增量 ΔPt 和循环水泵耗功增量 ΔPp 后，就能计 算 出 汽 轮 功 率 增动机耗功增量的支出 ΔCp， 然后再确定 净收益：
2013 年 第 5 期
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
○电力与能源○
科技信息
电厂汽轮机排汽湿度及凝汽器的最佳真空和 最佳冷却水量的确定
张捷尚 （宁夏大唐国际大坝发电有限责任公司，宁夏 青铜峡 751607）
【摘 要】在电厂机组实际运行中，凝汽器真空的调整是通过改变冷却水量来实现的。 例如，在夏季或高负荷时，对定速不可调循环水泵，往 往通过投入多台甚至全部循环水泵运行，达到增加冷却水量的目的；而对变速可调循环水泵，是通过调整动叶安装角或提高循环水泵的转速， 达到增加冷却水量的目的。 在冬季或低负荷时，冷却水量的调整方法则相反。 这样的调整方法看似合理，实际上并不能保证在各种负荷下汽轮 机的凝汽器均在最佳真空下运行。 因而对汽轮机冷端系统进行运行优化研究很有必要。
Δwnet=ΔCt-ΔCp-ΔCw 对应上式净收益最大时所对应的真空和冷却水量即为最佳真空 和最佳冷却水量。 这样，选取不同的冷却水进水温度和汽轮机的排汽 量，就能得到各种对应工况下的凝汽器最佳真空和最佳冷却水量。 对于变速可调或可动叶片调节的循环水泵，可通过改变转速或改 变动叶安装角来改变循环水量；对于冷却水量不能连续调节的定速不 可调循环水泵，当改变循环水泵的运行台数后，并不能保证所得的冷 却水量是最佳值，只能是接近最佳值。 因此，判别循环水泵的运行方式 是否属于最优运行方式 ， 应该根据 Δwnet 值的大小来判断， 当 Δwnet＞0 时，即当循环水泵的运行台数改变后，净收益大于零时，可以采用多泵 运行，否则应采用单泵运行。 2．2 循环水泵的常见调节方式 2．2．1 改变循环水泵台数调节 目前，大多数电厂常用的冷却水量调节方法是通过启停循环水泵 的台数来达到改变循环冷却水量的目的。 一机两泵扩大单元制方式： 设 置 两 台 50％容 量 的 循 环 水 泵 ，冬 季 运 行 一 台 ，夏 季 运 行 两 台 ，春 秋 季节两机三泵（即运行三台循环水泵，供两台机组）；一机三泵方式：设 置 三 台 33％容 量 的 循 环 泵 ，冬 季 运 行 一 台 ，春 秋 季 运 行 两 台 ，夏 季 运 行三台。运行人员主要根据运行经验和环境温度等因素调整循环水泵 运行的台数，虽然有一定的经济性，但其效果取决于电厂运行人员的 操作水平和判断能力，随机性和盲目性较强。 2．2．2 循环水泵转速调节 大功率循环水泵改变转速的方法主要是通过变极调速和变频调 速两种手段，近年来，变频调速发展很快，是通过改变供给电动机的供 电频率，来改变电机的转速，从而改变负载的转速，具有效率高、调速 范围宽、精度高、调速平稳、无级变速等优点。 循环水泵的流量与转速 的一次方成正比，压力与转速的平方成正比，功率与转速的三次方成 正比，当通过降低转速以减少流量来达到节流目的时，所消耗的功率 将降低很多。 2．2．3 循环水泵导叶和叶片的安装角调节 可调叶片循环水泵可分为动叶可调和静叶可调， 有级和无级，静 叶可调循环水泵以前用得比较多。 静叶可调采用人工控制，分不同季 节和不同运行工况停泵后人工调叶，操作管理繁琐，节能效果不理想。 而采用动叶无级可调叶泵并配套全自动调叶软件可以通过不停泵的 状态下来调节叶片角度，改变循环水泵的流量、扬程参数，使得循环水 泵适应机组的各种工况，运行更经济，充分发挥其节能功能，也适应于 电厂循环水系统无人值班的管理方式。动叶可调循环水泵与传统的固 定叶循环水泵比较，前者的制造技术难度大、造价高。