鸳鸯湖电厂一期工程2×660MW机组汽轮机冷端系统优化运行方案

张国兴

摘 要：汽轮机冷端系统是火电机组热力系统的重要组成部分，主要作用是维持汽轮机出口背压，并使热力系统实现朗肯循环，其表征参数是排汽背压，系统的效率直接影响了机组的经济性和安全性。由于在单位能耗、排放量等方面有着明显优势，近年来大容量高参数机组在我国得到了快速发展。目前，我国已投运的空冷机组（不论容量大小）在运行过程中普遍存在着汽轮机排汽参数与空冷岛运行参数匹配不能达到最优问题，因此，探索空冷机组冷端系统优化对其经济高效运行具有十分重要的现实指导意义。

关键词：660 MW空冷机组 冷端系统 优化方法分析

中图分类号：TM62 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）11（a）-0035-03

1 一期660 MW空冷机组冷端系统设备简介及冷端参数影响因素分析

1.1 一期660 MW空冷机组冷端系统设备简介

一期工程2×660 MW汽轮机为东方汽轮机有限公司生产的超临界空冷汽轮机，型号： NZK660-24.2/566/566；型式为：超临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、直接空冷凝汽式汽轮机；额定出力660 MW；最大连续出力为711.9 MW。采用复合变压运行方式；汽轮机具有七级非调整回热抽汽。高中压缸合缸、两个低压缸均为双层缸结构，两个低压缸均为双流反向布置。高压缸共有8级，中压缸共有6级，低压缸共有4×6级，共有压力级20级，结构级38级。

直接空冷系统平行于主厂房布置在汽机房A列外场地上，每台机设置独立的单元冷却系统，配置56个冷却单元，共分8组，每组有7个空冷置冷却单元，其中5个为顺流单元，2个逆流单元，逆流单元布置在顺流单元的中间。所有冷却单元安装在空冷平台上，平台标高约45 m。每个冷却单元下部安装1台φ9 754 mm的轴流风机，同驱动装置一起悬挂在空冷平台的防振桥上，防振桥上装有减振节的钢弹簧。风机与电机是通过正齿轮联动机构来驱动，所有风机均采用变频调速，可以分组或独立地控制其转数，从而根据机组运行负荷和环境空气温度的变化进行最佳调节。为了防止热风再回流，在空冷平台的周围设有挡风板，高度从平台到蒸汽分配管顶部。

在直接空冷系统的基础上配置FQN（Z）-15500型高效空蒸复合冷却系统（见图1高效空蒸复合冷却系统外观图，图2改造后汽轮机乏汽出力原则性系统图），以直接空冷系统为主要运行方式，高效空蒸复合冷却系统为降低背压的优化措施。由原直接空冷系统主排汽管道上引接出蒸汽分配管，汽轮机部分排汽经蒸汽分配管道送至高效空蒸复合冷却系统进行冷凝，凝结水通过凝结水管道送回至排汽装置热井，高效空蒸复合冷却系统设置有抽真空管线，并入原直接空冷系统真空泵入口母管。

1.2 一期660 MW空冷机组冷端参数影响因素分析

DL/T 5339—2006《火力发电厂水工设计规范》列举了湿冷机组冷端优化需要考虑的可变参数，将其推广到一期660 MW空冷机组直接空冷系统运行冷端优化需要考虑的参数有：排汽背压、温度；直接空冷系统设计起始温差IDT；直接空冷系统换热面积、管子材质、管径、壁厚、根数和长度；风机台数、直径、迎风面风速、冷却风量等。将其推广到一期660 MW空冷机组高效复合空蒸冷却系统运行冷端优化需要考虑的参数有：排汽背压、温度；高效复合空蒸冷却系统设计起始温差IDT；高效复合空蒸冷却系统换热面积、管子材质、管径、壁厚、根数和长度；风机台数、直径、迎风面风速、喷淋水量等。这些参数之间相互耦合、交叉影响，如果全部组合在一起，可变量太多，致使冷端优化异常复杂，计算工作量非常庞大。因此，借鉴（但不拘泥于）《冷端系统运行经济性诊断方法的理论研究》中提出的空冷系统经济性评价时划阶数指标体系的思想，针对一期660 MW空冷机组列出冷端优化时各变量内部间的层次关系图（见图3空冷机组冷端系统影响参数分析），根据对各个可变参数的分析，最终确定出所采用的优化参数。

经过层层分析剥离，可清晰地看出：排汽背压和环境因素（温度、风向、风速、污垢热阻等）为冷端优化时的核心参数。考虑到环境因素的季节变动性和人力不可为（尽管在夏季可以采用雾化喷水降低风温的措施，但调节范围毕竟有限）的特性，关于一期660 MW空冷机组冷端优化技术的探讨研究最终简化为探讨排汽装置最佳背压的问题。

2 冷端优化模型（利用空冷风机风量建立数学模型）

排汽背压是运行中的任何容量级别机组的一个重要参数。尤其对660 MW空冷机组而言，由于其具有进口参数高、排汽流量大、以及其排汽背压随环境温度变化幅度大特点，不论是在冷端系统的热力设计还是在机组冷端系统运行中，都要求排汽背压达到最佳值，以实现大容量机组经济、高效运行的设计目标。

对于一期660 MW机组直接空冷和高效复合空蒸冷却系统，其最佳背压与机组功率、风机耗功（含耗水量，通过折标系数核算）和排汽流量之间的关系可以用如图4表示出来。

运行中，保持汽轮机的主蒸汽温度、流量为常数不变，当选取一个初始的风机风量和喷淋水量时，有一个初始的排汽背压，随着风机风量和喷淋水量的增加，同样条件下排汽背压降低，机组发电功率增加了△Pe，同时风机群耗功却增加△Pu，则机组发电功率净增加量为△Pnet=△Pe-△Pu。如图所示，△Pnet到a点时达到最大，与其对应的b点即为最佳凝汽器背压，以及与此时对应的最佳风机风量和最佳喷淋水量。

3 冷端优化模型（利用背压和厂用电率耗差建立数学模型）

3.1 背压和厂用电率耗差确定

3.1.1 背压耗差确定

根据汽机背压变化对汽轮机热耗的影响曲线“背压变化28 kPa，热耗变化12%”得出：背压每上升（下降）1 kPa，影响汽机热耗率变化33.2 kJ/kWh，影响供电煤耗升高（降低）1 g/kWh（见图5）。

3.1.2 厂用电率耗差确定

厂用电率耗差即为辅机耗电率总耗差（bgcyd ）。

基准厂用电率Eb计算公式：

由上述公式和供电煤耗计算公式此得出一期2×660 MW机组厂用电率耗差为：厂用电率每升高（降低）1%，影响供电煤耗升高（降低）3.55 g/kWh。

3.2 冷端优化计算模型

3.2.1 按对供电煤耗的影响分析

根据背压和厂用电率耗差对供电煤耗的影响，改变运行方式前后供电煤耗变化可由下式计算：

式中△P 为背压变化值；

△η为厂用电率变化值；

k1为背压变化对供电煤耗影响耗差系数（背压影响单位耗差）；

k2为厂用电率变化对供电煤耗影响耗差系数（厂用电率影响单位耗差）。

3.2.2 按对经济收益的影响分析

改变运行方式前后经济收益变化可由下式计算：

2

式中Pf为发电量。

标煤单价按430元/t计算，上网电价按0.315 2元/kWh计算。

3.3 计算案例

2015年1月30日进行了空冷风机运行方式变更试验，试验数据及计算结果见表1，表2。

试验结论：在试验环境温度和11.4 kPa背压下，改变运行方式后供电煤耗较原运行方式升高，经济效益较原运行方式下降。

4 结语

对于给定汽轮机负荷，影响排汽背压的因素很多，有影响空冷系统的环境温度、空冷系统周围环境空气动力场、空冷风机出力和空冷系统换热器表面洁净程度等。汽轮机冷端系统不但直接影响发电机组的安全运行，在节能降耗方面也发挥了不可小觑的作用。通过该文中的冷端优化模型，得出空冷机组最佳冷端背压，提高机组运行经济性，在火力发电机组中具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1] 缪国钧.600 MW机组循环水系统的优化[J].电站辅机，2009（4）：1-3，30.

[2] 付文锋，黄海东.空气浓度对凝汽器压力影响的计算模型[J].汽轮机技术，2009（6）：404-406.