关键词：零功耗，凝汽器真空，降低单耗
1概述
1.1企业节能减排面临的压力
随着我国经济快速增长，经济发展需要与资源环境保护的矛盾日趋尖锐，人民群众对环境污染问题反应映强烈。随着节能减排政策越来越严格，节能减排工作成为企业生存与发展的战略任务。在发电企业，由于发电装机容量远远大于电网负荷，电网旋设备负荷增大，发电设备利用小时数明显下降，各发电企业之间的竞争更为严峻，促使发电企业采取各种措施降本增效。提高机组运行效率，降低发电单位煤耗，既能降低企业运营成本，同时又有利于节能减排。技术创新，是显著提高企业经济效益的有效途径。
1.2直接空冷凝汽器存在的问题
在气温较低的缺水地区，热电企业越来越多的地采用了直接空冷凝汽器冷凝机组的排汽。机组的经济运行需要凝汽器维持在一定真空度范围内作为保证，凝汽器的真空度越大，蒸汽的焓降越大，汽轮机做功也就越多，机组运行越经济。但近年来已投运的直接空冷机组在夏季普遍存在因空气温度高导致冷却能力不足，凝汽器真空度下降的问题。凝汽器工作状态的恶化将直接引起汽轮机的效率和机组出力下降，当机组汽耗量不变时，真空每恶化1％，将引起汽轮机的功率降低约为额定容量的0.7％～1％，当机组负荷不变时，相当于电厂的燃煤耗量增加大约1％～2％。由真空度降低引起的机组实际出力低于设计出力效率，会大大降低机组的经济性和安全性。
针对直接空冷凝汽器在夏季高温条件下遇到的问题，电厂一般会采取的措施是：
a)汽轮机厂家和空冷系统厂家在设计时，已经对电厂汽轮机最高允许背压进行了设定。
b)在环境温度高且真空低时，适当的降低机组负荷，从而减少空冷系统进汽量，降低空冷系统的出力。
c)提高顺流风机和逆流风机的转速。
d)多启动1～2台真空泵，及时的将系统内的空气和不凝结气体排出。
e)增加空冷翅片冲洗次数，提高空冷翅片换热效果。
f)基于真空泵性能的新技术主要有三种类型：真空泵工作液制冷装置、真空泵入口加装大气喷射器、使用高效率真空泵组节能真空装置等。
但是，以上措施仍然不能很好的解决夏季高背压运行的问题。并且有时候电厂不得不降低负荷来提高真空度。对于采用直接空冷凝汽器的发电企业，因真空度低的问题成为企业提高效益的瓶颈，这就给凝汽器真空的提高带来了一个全新的课题。
1.3零功耗降温提高汽机凝汽器真空技术特点
“零功耗智能降温技术提高汽机凝汽器真空节能系统”是针对直接空冷凝汽器因夏季温度高造成机组出力受限和效率下降的问题开发的新技术。该技术基于伯努利原理基础，将现代先进的多变量耦合模糊式调节控制技术、动态建模技术、在线高精度监测技术等一系列关键技术进行有机结合。低温除盐水吸收凝汽器排出的气-汽混合气体中的水蒸汽。与温度较低的脱盐水进行充分混合，使即将被抽入真空泵的混合气体的可凝结部分提前凝结，而不凝结气体组分比例提高，增加了抽真空设备对不凝结气体的抽吸量，可以有效提高凝汽器真空度。该系统由于采用了智能优化控制系统软件，能保证整套系统始终处于最佳工作状态，并连续稳定连续性运行。该系统运行时不额外消耗能量，所需的少量脱盐水在吸收热量后返回系统继续使用。这是从直接主动降温角度来提高凝汽器真空度的全新解决方案。该系统经济效益显著，能实现自动控制，运行稳定可靠。
2主要研究内容
2.1原理
2.1.1增加对不凝结气体的抽吸量
零功耗提高汽机凝汽器真空技术装置投入后的气体温度下降，抽入真空泵内气体的可凝结部分就会提前在零功耗提高汽机凝汽器真空技术装置内凝结，被凝结的水蒸气的体积由后续混合物递进补充，达到新的平衡，进入真空泵的气-汽混合物的组成成分发生变化，增加了抽真空设备对不凝结气体的抽吸量。
2.1.2降低吸入口压力
由于将蒸汽凝结，在抽空气管道入口压力与真空泵吸入室之间压差不变的情况下，势必会增加抽出空气的量，从而提高了凝汽器的真空。
2.1.3引起密度变化
零功耗提高真空技术装置投入后的气体温度下降，抽入真空泵内的气体密度增大，同样也提高了真空泵的抽吸能力。
2.1.4热量变化抑制工作液温度
装置投入后的气体温度下降，可凝结的水蒸汽已经提前凝结放出汽化潜热，减少了水蒸汽在真空泵中的凝结放热，降低真空泵工作液温度以消除真空泵汽蚀、溢流等现象。
2.1.5有利于流动
装置投入后的气体温度下降，根据气体状态方程可知，装置容积不变，装置内的压力就会降低，有利于凝汽器内不能凝结的蒸汽和漏入的空气排向本装置。
2.2应用研究内容
研究投入“零功耗提高汽机凝汽器真空节能系统”前后的机组在不同季节、不同负荷时，汽轮机排汽压力、真空泵的电流、入口压力和工作液温度的变化情况；以及对机组出力、单位热耗和单位煤耗的影响等等。
2.3应用数据分析
通辽第二发电有限责任公司5号机组在空冷凝汽器至真空泵抽气管道之间安装了“零功耗提高汽机凝汽器真空节能系统”，该机组为600MW亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机，抽真空系统配有三台水环式真空泵，其后又增加一台水环真空泵。机组正常运行时，二台真空泵运行，另两台备用。
2.3.1夏季系统投入前后排汽压力变化
（1）100%额定负荷
2019年7月30日，100%额定负荷时，零功耗提高汽凝汽器真空节能系统投入前、投入后以及再次退出后的参数变化见表1。
表1 100%负荷真空节能系统投入前后排汽压力的变化
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测试，在机组100%额定发电负荷时，零功耗提高凝汽器真空节能系统投入后比未投入时，汽轮机排汽压力降低了1.074kPa。
2.3.2冬季系统投入前后排汽压力变化
（1）100%负荷测试数据
2018年12月12日，冬季运行时，机组负荷在100%，查阅2018年12月12日时间10:07～10:17相关历史数据。排汽压力变化见表3。
表3 100%负荷真空节能系统投入前后排汽压力的变化
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小结：100%负荷冬季运行工况，机组背压平均降低1.07KPa。
2.3.3真空节能系统投入前后经济性变化
（1）机组设计性能曲线
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（1）背压变化对功率的影响
根据上述修正曲线，背压变化对功率的拟合曲线：
P=0.0000192443×Pk3+0.0011675062×Pk2-0.5854739662×Pk+7.1387392898
在100%发电负荷工况，未投入零功耗提高凝汽器真空节能系统时发电功率608.193MW，投入后背压降低1.074kPa，计算功率增加3573kW。
（2）背压变化对热耗的影响
根据上述修正曲线，背压变化对热耗的拟合曲线：
P=0.0000177506×Pk3-0.0041773378×Pk2+0.7306289282×Pk-9.1966005969
在100%发电负荷工况，未投入零功耗提高凝汽器真空节能系统时发电功率608.193MW，投入后背压降低1.074kPa，计算热耗降低39kJ/kWh。
（3）背压变化对煤耗的影响
在100%发电负荷工况，未投入零功耗提高凝汽器真空节能系统时发电功率608.193MW，投入后背压降低1.074kPa，计算发电煤耗降低1.47g/kWh。
2.3.4 凝结水溶解氧的变化
投入与切除零功耗提高真空节能系统，凝结水溶解氧在22.6mg/L左右，没有明显变化。
3结论和建议
1）零功耗提高汽机凝汽器真空节能系统较常规的抽真空系统具有以下三重优势：一方面提高了抽出空气的份额比和真空泵的抽气效率；另一方面，减小了抽气管道阻力，提高抽气速率；再者，避免了蒸汽对工作水放汽化潜热带来温升，进一步提高抽气能力。
2）零功耗提高汽机凝汽器真空节能系统投运后，因凝汽器真空提高，机组出力增加，单位热耗、单位煤耗降低，效果明显；夏季比冬季效果好，高负荷比低负荷效果好。该系统能有效解决直接空冷凝汽器因冷却能力不足导致真空度下降，使机组效率降低、发电单耗高的问题。
3）系统投入与切除仅需要通过控制该装置除盐水入口调节阀开度来调节，由于采用智能自动化控制，还可根据季节、负荷的变化为满足机组所需要的真空进行自动调节。操作控制比较灵活、方便。
论文作者:赵树材1,孙文1 王永旭1 李立1 王彦春2 张斌3
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 18期
论文发表时间:2020/1/16
标签：凝汽器论文; 真空泵论文; 机组论文; 真空论文; 功耗论文; 系统论文; 负荷论文; 《当代电力文化》2019年 18期论文;