电厂汽轮机冷端湿冷系统运行优化

电厂汽轮机冷端湿冷系统运行优化发表时间：2019-09-10T09:04:42.937Z 来源：《基层建设》2019年第18期 作者： 刘志凯[导读] 摘要：中国人口基数大，同时，经济的发展也相对较快，所以中国的年资源能源消耗量不断的升高，而且，中国的资源储备量在世界上来看并不算多，资源的消耗量确是高居世界资源消耗量的前位，国内资源的不合理开采和大量需求等问题，给环境的保护造成极大的压力，并且资源的匮乏也会抑制社会经济的发展。所以必须要研究如何才能低排放、低消耗的对资源进行利用。

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摘要：中国人口基数大，同时，经济的发展也相对较快，所以中国的年资源能源消耗量不断的升高，而且，中国的资源储备量在世界上来看并不算多，资源的消耗量确是高居世界资源消耗量的前位，国内资源的不合理开采和大量需求等问题，给环境的保护造成极大的压力，并且资源的匮乏也会抑制社会经济的发展。所以必须要研究如何才能低排放、低消耗的对资源进行利用。

关键词：电厂；汽轮机；冷端系统；运行优化

随着国家的不断发展、社会经济的不断进步，中国对各资源方面的需求也随之增大，尤其是对电力的需求，较之以往，有了很大幅度的增加，庆幸的是这些年来不断涌现出火力发电厂的企业，这些火力发电厂在很大程度上解决了我国的电力需求问题，不过却有另一问题随之而来――火力发电厂的发展给中国的环境造成了极大的污染，而污染的问题，又逐渐成为人们关注的重点，目前各行业都在积极进行环保工作，努力减少和杜绝工作发展的污染因素，因此，火力发电厂的发展和生产也应该注意环保方面的问题，但是人们对于电力的需求又处于上升的状态，不可能为了环保而去少生产或不生产，所以如何提高效率就成为能否良好解决这一问题的关键。火力发电厂的良好运行，需要汽轮机冷端湿冷系统来调节。若是汽轮机冷端系统很好的运行，就能够提高整个机组的工作效率，也就能在一定程度上减少污染，即创造了收益，也保护了环境。汽轮机冷端湿冷的运行优化对机组也同样具有重大意义，运行时做到优化使用，合理分配，不仅可以提高此环节的工作效率，而且对整个机组的运行都有很大程度的提升。 1汽轮机工作原理

常提到的汽轮机工作原理一般分为两个方面，一是汽轮机级的工作原理；另一个就是指整个汽轮机组的工作原理。它的内容基本包括使汽轮机与外界负荷变化相适应的形式、蒸汽的流动还有叶片上作用力的产生和损耗的形成。 1.1级的工作原理

通常把汽轮机的级分成三个种类，根据蒸汽的能量值在汽轮机级内转换为机械功的方式分别是反动级、冲动级、速度级。先说反动级，反动级是蒸汽在静叶和动叶的流道中都发生膨胀，由于存在反动度而使得蒸汽在动叶的流道中加快，与此同时，它的流动性能也有所提高；而后是冲动级，冲动级和反动级原理上基本相反，冲动级是指蒸汽在喷嘴中膨胀，随着喷嘴流道截面积的逐渐变小，蒸汽在其中的速度逐渐加快；最后是速度级，也就是分几次利用蒸汽在喷嘴中膨胀后的动能，通常情况下是有两列动叶。单看理论，可以得出这样的结论：在同样的条件下，双列速度级的工作效率相当于3～4个冲动级或者6～8个反动级。也就是说，在不采用多级汽轮机的情况下，最大效率的设计方案是在蒸汽的等熵焓降大于一般的冲动级或反动级所能有效利用的限度时采用一个速度级。 1.2多级汽轮机原理

由于单级汽轮机所能有效利用的等熵焓降并不是很大，所以，为了能够有效利用较大的等熵焓降，一般会采用多级汽轮机。多级汽轮机的优点是：①各级等熵焓降之和大于整个汽轮机的等熵焓降H0，且两者之间的比值大于1。②在汽轮机工作的过程中，上一级的余速损失在特定的条件下可以在下一级中得到利用。 2优化原理

汽轮机冷端运行方式最直接有效的优化方式就是想办法提高机组的工作效率，而影响机组工作效率的其中一个重要因素就是凝汽器压力，正常情况下凝汽器压力的会有一个适应值，当凝汽器的压力减小时，机组的工作效率就会增大，也就达到了优化的目的。要想改变凝汽器的压力，需要改变微增功率，但是如何在当机组正常运行时，改变微增功率呢？当冷却水温和机组负荷条件不变时，凝汽器压力会随循环水流量的改变而发生改变，循环水流量的变化直接影响着循环水泵的消耗功率。循环水泵流量增加会使消耗的功率增大，但流量的增加，会使机组出力更多，效率得到提升，当水流量增加到一定程度时，机组出力效率增加所获得功率将会等于循环水泵的耗功。而在这之前，其差值会有一个最大值，循环水泵的叶片其角度是可以改变的，改变其叶片角度可以调节进水量。当水泵消耗与功率输出的差值最大时，这时整体输出（产生量-消耗量）也就最大。凝汽器真空压力才最适合。此时，叶片角度所控制的循环水量也就是该机组最优情况下所需的量。 3优化的方法

目前可用的优化的方法基本分为两种，第一种试验法，在现有的设备条件下，设定正常工作时汽轮机冷端系统的冷却水进水温度和机组负荷，然后对循环水泵的最佳叶片安装角、最佳冷却水量、最佳真空这些地方进行单一变量的调试，每次调试后都要记录数据，当所有变量调试完成后，将所得数据进行分析，得出这些变量最合适的数值，依次来确定然后测得数据，分析计算，找到以上几个变量最适合的大小，然后确定最优的运行方式，这样的方式适应度较高，但是过程繁琐。

第二种方法是已经确定汽轮机的热力大小、机组容量，在设计阶段就采取较为经济的手段，并和已知的设备数据进行比较，计算分析得出冷却水量的多少、最佳真空等参数。 3.1凝汽器最佳真空

众所周知，提高凝汽器的真空可以让机组的电功率增大，但凝汽器的真空并不是越高越好，通过大量的计算和实验得出，凝汽器的真空有一个最佳值。水蒸气和循环水在凝汽器中相遇，用以凝结水蒸气。循环水流量的大小可以改变凝汽器的真空，增加循环水泵的流量就会让机组的功率增大，但是这样盲目提高循环水流量的话，机组厂用电消耗会更多，得不偿失。经过不断的实验发现，虽然增加流量会让机组做更多的功，但是当流量增加到一定速度的情况下，机组做功的功率就会等于循环水泵所消耗的功，在达到这个速度之前，两者的差值会有一个最大值，功率输出水泵消耗的差值最大时，这时整体输出也就最大。也就是说，当循环水泵所耗功率的增加值和改变循环水量使机组电功率的增加值之间的差值达到最大时所对应的真空称为最佳真空。 3.2最佳循环水流量确定方法

在计算循环水流量之前，首先要确定两个因素――汽轮机的排气量、循环水入口的温度，首先是温度，虽说循环水入口的温度受到很多因素的影响，但当地方确定时，温度值也就可以确定；另外正常工作环境下，运行的负荷可以确定，这样也就可以确定汽轮机的排汽量。条件确定后，开始计算最佳循环水流量：先改变汽轮机排汽量，循环水的温度自然也就随之改变，对结果进行记录（包括温度、循环水量），通过计算得出吸收的热量，之后在通过公式计算出凝汽器的饱和温度，得到凝汽器压力。接下来和计算凝汽器最佳真空相同，当流量增加到一定数量的情况下，机组做功的功率就会等于循环水泵所消耗的功，在达到这个速度之前，两者的差值会有一个最大值，功率输出水泵消耗的差值最大时，这时整体输出也就最大。也就是说，当循环水泵所耗功率的增加值和改变循环水量使机组电功率的增加值之间的差值达到最大时所对应的循环水流量就是最佳的循环水流量。

综合分析，这些设备不仅影响电厂发电的输出功率和能源消耗，同时运行的同时也消耗着发出的电能，如何合理使用设备，减少能源消耗，提高效率，对整个电厂有着重要的意义。所以，我们对冷端系统总体工作性能进行优化时，可以从这两个方面入手，不仅考虑各个设备的状态对机组输出的影响，还要考虑设备用电的变化情况，这样才能正确的反映冷端系统全部设备的运行状况。 4实践应用

根据本文前述在线冷端优化自动控制原理，在 某350MW 亚临界机组上应用了该技术，基于冷端优化模型的在线校正，采用热力学优化方法，对该机组两台定速循环水泵的运行组合进行自动优化控制。

该系统 2014 年底开始连续投入运行，为了准确估算冷端优化系统的经济效益，从 DCS 和 SIS 系统中提取了相关参数的历史数据用于比较。通过大量历史数据对比表明，该机 1． 2g /（kW•h），年平均出现差异时间约 2 个月，平均到全年，相当于年平均降低供电煤耗约0． 2g /（kW•h）。

根据上述结果可知，对于配置两台定速循泵的机组，尽管相比于人工经验判断，运行优化控制系统发挥作用的时期，所降低的平均供电煤耗非常可观（1．2g /（kW•h）），但因该机组循环水泵运行组合有限，因此，自动冷端优化控制发挥的空间也十分有限，平均到全年，当量年平均降耗则下降为0．2g /（kW•h），但如针对两台双速循泵，循泵运行组合共 5 种（两泵高速、一高一低、两泵低速、单泵高速、单泵低速），则年运行组合切换次数至少 10 次以上，因此，对切换时间的优化则具备较大节能潜力。对于变频循泵或直接空冷电站来说，更能发挥在线自动优化控制系统的优势，实现连续闭环控制，更可针对日负荷、环境温度、潮位变化（海水直接冷却）、风速风向（空冷机组）等条件进行优化控制，冷端运行自动优化控制的意义更为明显。 5结论

本文简单论述了火力发电厂汽轮机冷端湿冷系统运行优化的问题。文章主要对汽轮机发电的工作原理、汽轮机优化的原理和优化的方法进行阐述，基本可以解决汽轮机岭段系统的运行优化问题，能够提高这部分的工作效率，从而改善整个机体的性能，同时也减少了环境的污染，节约了能源。

参考文献： [1]马海龙.电厂汽轮机冷端湿冷系统运行优化[J].长沙理工大学，2013-04-01. [2]莫润锦，尹文文.张慧娥电厂汽轮机冷端湿冷系统运行优化[J].河南科技，2014-08-25. [3]孙龙.电厂循环冷却水系统水损失变化规律及节水方法研究[D].山东大学，2010-05-16.