陕西商洛发电有限公司 陕西商洛 726000
摘 要：目前由于新能源装机容量占比逐年增大，热电机组占火电装机的比例也呈逐年增大趋势，新能源出力波动性和热电运行方式的约束增加了电力实时平衡的难度，要求火电机组需具备越来越低的负荷调峰能力，部分发电企业机组深度调峰能力已达30%额定负荷，有的甚至更低。当机组处于深度调峰阶段时，机组蒸汽流量低，空冷岛运行情况调整难度大，同时因凝结水过冷度增加运行经济性下降，如果将给水泵汽轮机乏汽排至主机真空系统，既能充分降低空冷岛最低运行负荷限制，确保机组调峰能力满足要求，又能提高运行经济性。
关键词：空冷、给水泵汽轮机、乏汽、经济性
一、前言
目前，火电机组的冷却方式一般采用水冷、直接空冷和间接空冷等方式，其中直接空冷、间接空冷方式节水优势明显，在北方采用空冷方式的火电机组比例非常高。由于空冷机组真空的变化区间大，如果将给水泵汽轮机乏汽直排至主机空冷系统，给水泵汽轮机的真空随机组真空的变化而变化。在春、夏、秋三个季节，由于环境温度、风向、风力等因素的影响会引起主机真空突然下降，当主机真空突降时，机组协调系统自动调整，为了维持负荷稳定，汽轮机本身要增加进汽量，同时为了维持给水泵的流量不变，给水泵汽轮机也需要增加进汽量，此时会出现给水泵汽轮机和汽轮机抢汽的情况，造成机组负荷、给水流量大幅度波动。受上述因素制约，目前已投运的大部分空冷机组未将给水泵汽轮机的乏汽排至主机空冷系统。但是从北方冬季环境温度低、空冷机组运行真空高、风机调整的裕量大的实际情况出发，考虑在环境温度较低季节（11月下旬至第二年的3月下旬）共4个月的时间里将给水泵汽轮机的乏汽直接排至主机空冷系统，机组运行过程中安全、节能、节水及参与深度调峰补偿收益都会增加。
二、内蒙古某电厂空冷岛的运行分析
（一）北方城市环境温度统计，以内蒙古呼和浩特市为例。
通过分析呼和浩特市多年的气温统计，从每年11月中下旬至第二年的3月中旬，平均环境温度都在0℃以下。
（二）空冷岛简介
内蒙古某电厂单台机组空冷岛占地面积8503平方米，汽轮机排汽采用直接空气冷却技术冷却，直接空冷系统由空冷凝汽器、空冷风机、凝汽器抽真空系统及空冷散热器清洗系统等组成。每台机组空冷平台上共安装有56组空冷凝汽器，分为8排冷却单元，每排有7组空冷凝汽器，每组空冷凝汽器由12个散热器管束组成，以接近60度角组成等腰三角形结构，两侧分别布置6组散热器管束。机组正常运行时，调节风机转速，使各排散热器下联箱凝结水温度均高于35℃(最低不低于25℃)且各排散热器凝结水过冷度均小于5℃。机组正常运行时，需控制机组负荷高于空冷岛在不同环境温度下机组运行的最低负荷。
空冷岛在不同环境温度下应保证的最小进汽量和运行中最低负荷
（三）空冷岛运行情况分析
1、空冷岛冬季运行分析
空冷岛冬季运行工况复杂，空冷风机调整操作频繁，通过分析在环境温度较低月份空冷风机电流变化趋势，每年11月至第二年3月份，空冷风机频率控制在较低水平，为防止凝结水过冷、空冷岛冻结，很多情况下需通过空冷风机反转运行来调整凝结水温度，因此空冷机组真空的调整存在较大的裕量。
2、给水泵汽轮机在不利工况下真空与蒸汽调门开度变化
每年7、8月份环境温度最高，对于给水泵汽轮机运行是最不利的环境工况，这期间给水泵汽轮机真空变化区间80～85kpa,最低为80kpa，此时主机真空偏低，机组在相同负荷下，蒸汽量明显增大；同时在确保给水流量不变或增大时，所需要的蒸汽量也同步增大，在此种极端情况下，给水泵汽轮机调门能保证给水泵汽轮机出力且具有一定裕量。从全年来看给水泵汽轮机真空变化区间为80～87kpa。真空变化1kpa，影响给水泵汽轮机功率约0.3%左右，当背压变化3～7Kpa时影响汽动给水泵功率约为1～2%，对给水泵汽轮机运行基本上没有影响。
3、主机真空在冬季变化趋势：
通过对比较冷季节主机真空趋势，11月份下旬到第二年2月上旬，主机真空变化区间比较小，低于80Kpa的时间很少，即使低于80Kpa，幅度也不大，95%以上的时间真空都比较高，完全能满足给水泵汽轮机对真空的要求。
三、给水泵汽轮机乏汽排至主机空冷系统经济性分析
（一）给水泵汽轮机凝汽器的运行情况
给水泵汽轮机乏汽排至给水泵汽轮机凝汽器，冬季循环水平均温升7℃，给水泵汽轮机真空在80-87kpa之间变化，两台给水泵汽轮机满负荷时的供气量和为100t/h,单元制两台机配备两台6千伏循环水泵运行，每台循环水泵运行电流85A。
（二）经济性分析
1、节约水量：
单元制机组每台机配备两台6651KW的给水泵汽轮机，配单独凝汽器，循环冷却水量6600t/h,在冬季循环水平均温升7℃左右。水塔的水量损失包括蒸发损失、风吹损失、排污损失。经查呼和浩特市11月至第二年2月的气温，这四个月的平均气温在零下7℃，对应的气温系数为0.0009。计算如下：蒸发损失=气温系数×冷却塔进出水温差×循环冷却水量=119750t；风吹损失=0.1%×循环水量=0.1%×3300×2×24×30×4=19008t；排污损失忽略不计，总水量蒸发损失为138758t水。
2、节约用电量：
给水泵汽轮机乏汽排至主机空冷系统后可以将给水泵汽轮机凝汽器隔离，两台机保留一台循泵运行，为开式水系统提供冷却水。正常情况下，一台循泵变频方式运行最小电流为85A左右，如果停运4个月左右，节省电量254396kwh。
当部分单元机组只运行一台机组的工况时，可以考虑在循环水系统增加一工业水泵，将循环水泵全部停运，通过工业水泵提供辅机冷却水，工业水泵的电动功率只有循环水泵的六分之一，以此可以节省更多电量。
机组调峰深度进一步降低带来的效益
在国家电力体制改革的浪潮下，各省逐步展开电力辅助服务市场建设，要求机组具备更低的调峰能力，电厂通过深度调峰也能获得补偿。如西北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则中明确，火电机组参与调峰，在50%额定容量以下按300元/千瓦时进行补偿。以600MW机组为例，按35%额定负荷参与调峰，每小时的收益2.7万元。给水泵汽轮机乏汽排至主机空冷系统后可以更进一步降低在环境温度较低季节因空冷岛运行工况对深度调峰低限的限制，获取更多的调峰补偿。
结语
总之，目前由于新能源装机容量占比逐年增大，热电机组占火电装机的比例也呈逐年增大趋势，新能源出力波动性和热电运行方式的约束增加了电力实时平衡的难度，新能源消纳优先消纳的原则，造成火电机组需具备越来越低的负荷调峰能力，部分发电企业机组深度调峰能力已达30%额定负荷，有的甚至更低。当机组处于深度调峰阶段时，机组蒸汽流量低，空冷岛运行调整难度大，凝结水过冷度增加经济性下降，蒸汽量小、环境温度低可能引起空冷岛散热组件冻结，严重影响机组的运行安全。若将给水泵汽轮机乏汽在温度较低的季节直排至主机空冷系统，可以很大程度提高节能、节水效益，提高空冷岛运行安全性，同时降低因空冷岛运行因素对深度调峰低限的限制，获取更多的调峰补偿。
参考文献：
1.司派友，伍小林.空冷机组启动给水泵运行方式的探讨，华北电力技术，2006（4）
2.李润森，300MW空冷机组给水泵配置研究，动力工程，2006（2）
论文作者:姜立
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/15
标签：汽轮机论文; 机组论文; 真空论文; 给水泵论文; 凝汽器论文; 水泵论文; 主机论文; 《当代电力文化》2019年第05期论文;