凝汽器真空.docx

第1章绪论1.1课题背景与意义凝汽器最佳真空的定义是增加循环水量使汽轮机电功率的增加值与循环水 泵的耗电量增加值之间的差值达到最大时所对应的真空⑴其值的大小也对电 厂安全性和经济性有很大的影响因此，无论是设计还是运行部门都希望寻找 到凝汽器的最佳真空，以便减少设备投资、降低运行费用、提高汽轮机的运行 经济水平保持凝汽器在最佳真空或接近最佳真空附近工作对汽轮发电机组具有十分 重要的意义在进汽温度不变的情况下汽轮机排汽温度每降低1O°C,机组的热 效率增加3.5%；在机组通常的背压范围内，凝汽器压力每改变1kPa时，汽轮 机功率改变1%--2%，这在电厂可是相当可观的⑵如果凝汽器真空过低，不仅 会引起蒸汽在机组中的有效焓降减小，循环热效率下降，还会导致汽轮机排汽 温度升高，排汽缸变形和轴承中心改变所引起的振动等故障在实际中，凝汽 器真空降低还存在许多危害凝结水中含氧量增加，最高超过100%时，凝结水 系统设备和管道被腐蚀产生的氧化铁进入锅炉，将会腐蚀水冷壁、过热器等设 备和管道与额定真空相比，凝汽器真空提高后，甩负荷时，调节系统的振荡 次数、过渡时间减少，超调量减少，最大飞升转速升高，稳定转速提高⑶。

由上述可知提高凝汽器真空或使凝汽器在最佳真空值下运行对于电厂的意 义不仅仅是提高了热经济性和汽轮发电机组的运行安全性，还使电力行业能 够在市场经济体制下更有竞争力⑷它不仅能带来更好的效益，还为国家的节 能减排尽了一份力因此，使凝汽器在最佳真空下运行是所有电力员工的奋斗 目标1.2国内外的研究现状目前，已经有不少参考文献对凝汽器最佳真空的确定方法进行了讨论在 凝汽器的设计阶段，其最佳真空一般是在汽轮机热力特性一定的前提下，通过 技术经济比较，确定凝汽器的真空、冷却面积和冷却水量的最佳值常用的方 法主要有“最大收益法”和“最低总年运行费用法”两种⑸而在汽轮机的实际运行 阶段，凝汽器的冷却面积已经确定，则最佳真空的选取是在某一确定的汽轮机 负荷和冷却水温度的前提下，通过使汽轮机功率的增加值与冷却水泵消耗功率 的增加值间的差值达到最大来确定最佳冷却水量，从而选择凝汽器的最佳真空 这一定义体现了几组热经济性最佳的原则⑹在以原燃料价格和电价稳定的发 输配电集中管理、运营时期，它一直在发电企业的运营实践中发挥着知道作用上述最佳真空的确定方法对于实现凝汽器投资及运行费用的优化起到了很 重要的作用；但其最大的问题是在冷却水运行费用处理上只考虑到输送冷却水 所消耗的冷却水泵电功率，而没有考虑到在利用冷却水的同时对水资源的消耗 以及对河流或大气所造成的热污染情况。

实际上，随着人们水资源保护及环境 保护意识的提高，凝汽器所消耗的冷却水量以及向河流或大气所排放的热水（汽） 量对水资源和环境的影响已经开始受到有关部门的重视，由此造成的经济损失 已不容忽视例如，某城市对取自河流的凝汽器冷却水所收的水资源管理费为 每吨2分钱，而排放入河流的热水每吨又收取热污染费1分钱这样，该厂每 利用1t冷却水就要消耗3分钱的费用，单对于1台200MW汽轮机，每年为此 消耗达515万元左右对于冷却水采用闭式循环的凝汽器，由于需要利用地下 水作为冷却水的补充水，而地下水的价格更高，有些城市达到0.68元/t,则相应 的由于冷却水而造成的运行费用也相应提高此外，冷却塔在对冷却水进行冷 却的过程中，其排放出的水汽容易使当地路面或建筑物上结冰或使冷却却塔上 部很大的空间范围内产生水雾或云，亦即冷却塔所排放的可见水汽实际上也是 一种污染在国外，已经开始对冷却塔所排放的可见水汽量进行限制我国是 联合国《气候变化框架公约》的签字国因此，无论是凝汽器的设计还是运行 阶段，其最佳真空的确定，都应该考虑到在利用冷却的同时对水资源的消耗和 对河流或大气所造成的热污染情况，以及由此而产生的经济损失。

这样，才能 保证所选取的凝汽器真空是真正意义的最佳真空但是，在电力市场环境下， 发电企业成为只有持续盈利才能生存和发展的市场竞争者，对影响盈利的原燃 料价格和上网电价的任何波动都十分敏感然而，原燃料价格受市场供求关系 影响起伏不定，上网电价因发电成本和竞价策略不同随时可变，但上述凝汽器 最佳真空的定义并没有虑及这些因素对发电企业的盈利的影响⑺随着我国电力市场体制的逐步完善和竞价上网的全面展开，对汽轮机的运 行经济性提出了更高的要求其中，大容量汽轮机主要辅机的合理运行方式对 汽轮机的经济性产生了很大的影响在汽轮机的众多辅助设备中，当给水泵采 用小汽轮机带动后，冷却水系统中的循环水泵成为耗电量最大的设备，约占汽 轮发电机组发电量的1%--1.5%这就要求汽轮机运行部门根据当时的汽轮机负 荷和冷却水温度，及时调整冷却水系统的运行方式，调整循环水泵运行的台数， 实现冷却水系统的优化运行，保持凝汽器在最佳真空下运行，最大限度的提高 汽轮机的运行经济性这就是以往的凝汽器最佳真空定义所考虑不到的地方⑻ 因此，现在迫切寻求一种新的，能适应市场体制下的凝汽器最佳真空的新定义影响凝汽器最佳真空的因素有很多。

传统定义的凝汽器真空考虑的是在换 热面积一定的前提下，主要有：汽轮机排汽量、循环水流量、循环水入口温度 其中循环水入口温度取决于当地的气温条件，短时间内不会改变，则在汽轮机 负荷一定的条件下，要提高凝汽器的真空只能靠增加循环水流量［9］也就是说, 要提高凝汽器的真空必须以增加循环水泵的泵耗为代价然而循环水泵是电厂 厂用电消耗主要设备，增大循环水量虽然可以是汽轮发电机组的电功率增加， 但同时循环水泵的耗功率也在增加这就存在背压降低使汽轮发电机组电功率 的增加值能否补偿增加循环水量使循环水泵耗功率的增加值的问题，因此有了 最佳真空的概念［10］传统的凝汽器最佳真空定义考虑得并不全面它只能保证在最佳真空下运 行能使机组的热经济性最高，但却不能保证发电企业在传统的最佳真空下运行 能获得最大的盈利，因此不再适合市场经济体制下的电力行业所以研究出一 种能够适应市场经济体制下的电力行业的凝汽器最佳真空的新定义就显得意义 重大了这种新定义要的最佳真空应该是使发电单位能获得最大盈利时所对应 的真空正因为如此，新定义的凝汽器最佳真空要考虑到传统定义的最佳真空 所忽略的很多因素这些因素对最佳真空的选择的影响同样不可忽视。

传统的凝汽器最佳真空计算方法忽略了凝汽器脏污程度、汽轮机排汽阻力、 锅炉补充水、抽气器（或真空泵）耗功率、凝结水溶氧量、循环水的费用、循 环水最低流速、凝结水过冷度［11］，因而使计算出的结果与实际的最佳真空有所 偏差因而使汽轮发电机组的经济性有所降低综上所述，传统的凝汽器最佳真空确定方法已经不再合适目前的电力行业， 新的最佳真空定义势在必行本文研究的是一种新的考虑节水因素的凝汽器最 佳真空的确定方法此方法在追求最佳真空的同时还考虑到了循环冷却水的费 用，因此使凝汽器最佳真空反应的不仅仅是热经济性的高低，而是盈利能确 保电厂在最佳盈利下来运行，对实际运行有着重大的意义1.3本文要解决的问题及所用方法本文通过对目前凝汽器最佳真空确定方法的改进，分别讨论了在设计和运行 阶段考虑节约冷却水因素的凝汽器最佳真空的确定方法首先深入的分析影响 汽轮机凝汽器真空的各种因素及其对凝汽器的影响的程度，例如循环水入口温 度、循环水的温升及凝汽器的短差等因素对凝汽器真空的影响；然后分析传统 的凝汽器最佳真空定义及在传统的定义下的凝汽器最佳真空的计算方法，再提 出自己要研究的考虑更多因素的最佳真空的新定义和在新定义下的凝汽器最佳 真空的计算方法；再通过对比分析出两种关于凝汽器最佳真空的确定方法的优 劣并用实例计算来验证；最后得出结论。

第2章凝汽器最佳真空的传统定义及其影响因素2.1传统最佳真空的定义凝汽器真空是汽轮发电机组运行最重要的安全经济指标之一机组在较低 的凝汽器真空下运行不安全也不经济；凝汽器真空过高，机组运行的热经济性 也并非最好因此，凝汽器真空存在一个最佳值凝汽器最佳真空传统定义为 提高凝汽器真空后机组发电功率增量与为提高凝汽器真空所耗厂用电功率增量 之差最大时的凝汽器真空这一定义体现了机组热经济性最佳的原则，在以原燃 料价格和上网电价等比较稳定的发输配电集中管理、运营时期，它一直在发电 企业的运营实践中发挥着指导作用在汽轮机运行中，影响凝汽器真空的原因是多方面的，在传热面积一定、 各项性能指标及相关设备运行正常的情况下，主要有：蒸汽负荷、冷却水量、 冷却水入口温度等其中冷却水入口温度取决于环境条件，在短时间不变，则 在蒸汽负荷一定的条件下，要提高凝汽器真空只有靠增加冷却水量也就是说, 要提高凝汽器真空必须以增加循环水泵耗功为代价通常定义使汽轮机功率因 真空提高所获得的增量与因冷却水量增加而引起的冷却水泵耗功增加量之间的 差值达到最大时的凝汽器真空为最佳真空如图2-1中a点的压力值所对应的凝 汽器真空图2-1最佳真空的确定[12-13]图中曲线1为凝汽器压力Pc随冷却水量D的变化曲线，曲线2为汽轮机总功 w率变化量AP随冷却水量Dw的变化曲线。

在同样的冷却水温度和蒸汽负荷下， 当冷却水量在0〜d范围内变化时，汽轮机因真空提高而增加的功率大于冷却 m水泵的耗功，AP增加，当冷却水量为D时，△ p最大，如图中曲线2上b点所示,m继续增大冷却水量（在D〜D范围内变化），由于冷却水泵耗功大于机组功率的m n增加，AP开始减小，当冷却水量达到最大值D时，AP减为零根据凝汽器最m佳真空的定义，冷却水量为d时凝汽器压力（即曲线1上的a点的压力值）对应于m凝汽器的最佳真空，D为机组最佳冷却水量m2.2传统最佳真空存在的问题虽然传统的凝汽器最佳真空定义和确定方法已经用了很长时间，但在电力 市场环境下，发电企业成为只有持续赢利才能生存和发展的市场竞争者，对影 响赢利的原、燃料价格和上网电价的任何波动都十分敏感然而，原、燃料价 格受市场供求影响起伏不定，上网电价因发电成本和竞价策略不同随时可变， 但凝汽器最佳真空传统定义并没有虑及这些变化对发电企业赢利的影响凝汽器最佳真空的传统定义体现了机组最佳真空与最佳热经济性一致的原 则，但在电力市场环境下发电企业为了更好地生存和发展，不得不关注每一项 的投人及其产出，即把尽可能最大赢利作为追求目标因此，在电力市场环境 下继续应用凝汽器最佳真空传统定义及其判别式指导生产实践存在着以下局限 性。

首先，未计人燃料价格和上网电价波动因素在市场经济和全球能源紧张 的大背景下，燃料价格受供求关系的影响波动较大，使得发电成本不断变化， 上网电价也相应变化发电企业出于赢利的需要，必须关注投人和产出，而燃 料价格和上网电价不稳定使发电企业在计算投人和产出时不仅要计算燃料量、 上网电量，还要计算燃料价格和上网电价但是，应用凝汽器最佳真空传统定 义及其判别式是在假设进入锅炉燃料量等参数基本不变条件下计算凝汽器真空 改善后相关电功率的变化，没有计人燃料价格、电价波动因素其次，忽略了原水及原水处理费为改善真空，需要调节进人凝汽器的循 环水量由于循环水是原水经处理而成，化学药品的使用量随循环水量及水质 而变化，原水处理费亦相应变化，而凝汽器真空传统定义及其判据式忽略了循 环水量改变时原水及原水处理费的变化第三，传统最佳真空的计算方法适用于凝汽器水侧管壁清洁、真空系统严 密性状态正常或抽气设备性能良好的工况当凝汽器冷却管内壁脏污、汽轮机 真空系统严密性失常或抽气设备性能降低，虽然对冷却水流量和循环水泵消耗 功率的影响可以忽略或没有影响，但对凝汽器的总体传热系数却产生很大的影 响，从而影响到凝汽器的端差，最终影响到凝汽器的真空，从而影响凝汽器的 最佳真空。

最后，未计入改善真空采取的其它措施所增加的投资除采用调节循环水 量的方式改善凝汽器真空外。