郭貝貝，廖青華

（河南機(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453000）

1 引言

凝汽器真空是汽輪機(jī)運(yùn)行中的一個(gè)重要參數(shù)，各發(fā)電企業(yè)力求機(jī)組能在最佳真空下運(yùn)行，以減少運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)約能源［1］。然而傳統(tǒng)最佳真空的定義卻忽略了很多影響因素［2］，并且即使機(jī)組按傳統(tǒng)最佳真空運(yùn)行，也不能保證機(jī)組經(jīng)濟(jì)性最佳，因此必須對(duì)傳統(tǒng)定義進(jìn)行修正。

2 汽輪機(jī)最佳真空的傳統(tǒng)定義及計(jì)算模型

2.1 最佳真空的傳統(tǒng)定義

在汽輪機(jī)運(yùn)行中，影響凝汽器真空的原因是多方面的。在傳熱面積一定、各項(xiàng)性能指數(shù)及相關(guān)設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，影響因素主要有:蒸汽負(fù)荷、冷卻水量、冷卻水入口溫度等。其中冷卻水入口溫度取決于環(huán)境條件，在蒸汽負(fù)荷一定的條件下，要提高凝汽器真空只有靠增加冷卻水量。也就是說(shuō)，要提高凝汽器真空必須以增加循環(huán)水泵耗功為代價(jià)。通常定義使汽輪機(jī)功率因真空提高所獲得的增量與因冷卻水量增加而引起的冷卻水泵耗功增加量之間的差值達(dá)到最大時(shí)的凝汽器真空為最佳真空。如圖1中b點(diǎn)的壓力值所對(duì)應(yīng)的凝汽器真空。圖中橫坐標(biāo)為冷卻水量Dw，縱坐標(biāo)為凝汽器真空Pc和功率差值ΔP。圖中曲線(xiàn)Pc為凝汽器壓力隨Dw的變化曲線(xiàn)。在同樣的蒸汽負(fù)荷和冷卻水溫下，假設(shè)使冷卻水量增加了ΔDw，真空因此而提高(壓力降低)，并導(dǎo)致汽輪機(jī)功率增大ΔPT。與此同時(shí)，冷卻水泵電動(dòng)機(jī)的功耗也增大了ΔPP，兩者之差ΔP=ΔPT－ΔPP在冷卻水量比較小的時(shí)候隨冷卻水量的增大而增加，到a點(diǎn)達(dá)到最大。進(jìn)一步增大冷卻水量，ΔP開(kāi)始減小，到x點(diǎn)時(shí)，ΔP=0。根據(jù)凝汽器最佳真空的定義，由a點(diǎn)引等水量線(xiàn)與凝汽器壓力線(xiàn)相交的b點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的凝汽器壓力便是最佳真空［3］。

圖1 最佳真空示意圖

2.2 傳統(tǒng)最佳真空的計(jì)算模型

機(jī)組最佳凝汽器壓力是通過(guò)機(jī)組微增出力和機(jī)組循環(huán)水泵耗功綜合優(yōu)化得到的，具體計(jì)算如下:

1)微增出力與機(jī)組背壓的關(guān)系

通過(guò)機(jī)組微增出力試驗(yàn)或根據(jù)制造廠(chǎng)提供的曲線(xiàn)，得出機(jī)組在不同負(fù)荷下微增出力與背壓的關(guān)系:

其中，ΔNT為機(jī)組微增出力，kW;N為機(jī)組負(fù)荷，kW;pk為機(jī)組背壓，kPa。

2)凝汽器變工況特性

由試驗(yàn)或根據(jù)制造廠(chǎng)提供的曲線(xiàn)，可以得到當(dāng)前循環(huán)水溫度條件下，凝汽器背壓與循環(huán)水流量的關(guān)系，當(dāng)循環(huán)水溫度改變時(shí)，有:

其中，N為機(jī)組負(fù)荷，kW;pk為機(jī)組背壓，kPa;tW1為循環(huán)水溫度，℃;DW為循環(huán)水流量，m3/s。

3)循環(huán)水泵耗功

通過(guò)試驗(yàn)或根據(jù)制造廠(chǎng)提供曲線(xiàn)，得出循環(huán)水泵流量與其功耗的關(guān)系:

其中，NP循環(huán)水泵功耗，kW。

4)最佳凝汽器壓力計(jì)算

最佳凝汽器壓力以機(jī)組功率、循環(huán)水溫度和循環(huán)水流量為變量的目標(biāo)函數(shù)，在量值上為機(jī)組功率的增量與循環(huán)水泵耗功增量之差:

當(dāng)ΔN為最大時(shí)對(duì)應(yīng)的凝汽器壓力為最佳值。

3 最佳真空的計(jì)算理論及模型

3.1 最佳真空的理論基礎(chǔ)

傳統(tǒng)最佳真空的理論似乎很科學(xué)，但實(shí)際上是不全面的。電廠(chǎng)發(fā)的總電量是一定的，循環(huán)水泵消耗的是廠(chǎng)用電，廠(chǎng)用電多用一點(diǎn)，上網(wǎng)電量就少一點(diǎn)，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益就少一點(diǎn)。因此，傳統(tǒng)的閥門(mén)調(diào)節(jié)的方法是有缺陷的。實(shí)際上采用功率調(diào)節(jié)，真空變好時(shí)汽輪機(jī)的微增出力發(fā)電廠(chǎng)是一個(gè)千瓦都拿不到的，由此得出的最佳真空是不全面的。而電廠(chǎng)效益是通過(guò)上網(wǎng)賣(mài)電唯一得到的［4］。

由此可見(jiàn)，發(fā)電企業(yè)的上網(wǎng)電量是不變的。改良的最佳真空的計(jì)算正是在此基礎(chǔ)之上，對(duì)以單元機(jī)組運(yùn)行的電廠(chǎng)各項(xiàng)發(fā)電、耗電以及其他能源消耗單位分別進(jìn)行計(jì)算:機(jī)組發(fā)電量、各種風(fēng)機(jī)水泵電耗、煤耗量等。然后用總的收益減去總的支出，得到以循環(huán)水量DW為自變量的利潤(rùn)的方程式，求取利潤(rùn)的最大值。

3.2 最佳真空的計(jì)算模型

依照上述理論，得到具體計(jì)算如下:

廠(chǎng)用電的計(jì)算，主要是各類(lèi)風(fēng)機(jī)、泵的耗電:

其中，Nsum和 Ni為耗電量，kW;Dfw為給水量，m3/s;B為耗煤量，kg/s。

由于在單元機(jī)組中，汽輪機(jī)發(fā)電量N給定，因此Dfw和B都可由機(jī)組的已知條件求得。知道了上網(wǎng)電價(jià)，就得到了最大利潤(rùn)M(元/小時(shí))的關(guān)系式:

其中，a為上網(wǎng)電價(jià)，元/kW·h;b為煤?jiǎn)蝺r(jià)，元/kg。由于a和b都是市場(chǎng)值，隨時(shí)可以查得。B和Dfw都可由機(jī)組的發(fā)電量計(jì)算出來(lái)，則M由Nnet決定，由此可得關(guān)系式:

利用最優(yōu)化理論和算法的知識(shí)，采用0.618法［5］對(duì)其進(jìn)行求解可得最大利潤(rùn)M的值，另外也確定了此時(shí)對(duì)應(yīng)的最經(jīng)濟(jì)循環(huán)水量DW的值。

4 計(jì)算示例

依照改良的最佳真空的計(jì)算模型，現(xiàn)編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序計(jì)算得到以下數(shù)據(jù)。以N660－17.5/537.8/540型660MW單元機(jī)組為例，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序輸入機(jī)組發(fā)電功率N和冷卻水入口溫度tw1兩個(gè)變量，在上網(wǎng)電價(jià)a為0.385元/kW·h的前提下，分別對(duì)采取最佳運(yùn)行前后的單元機(jī)組的利潤(rùn)進(jìn)行比較。

?

?

若機(jī)組年運(yùn)行達(dá)7000h，則在最佳真空條件下一臺(tái)負(fù)荷600MW的機(jī)組每年可以比額定真空條件下運(yùn)行增加經(jīng)濟(jì)效益150萬(wàn)元以上。此收益是在未增加任何設(shè)備及投資的情況下取得的，若上網(wǎng)電價(jià)更高，收益會(huì)更大。

5 結(jié)語(yǔ)

將熱力學(xué)和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益結(jié)合在一起的改良的凝汽器最佳真空的理論比傳統(tǒng)的最佳真空理論具有更現(xiàn)實(shí)的意義，并且給發(fā)電企業(yè)帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的今天，建議發(fā)電企業(yè)按凝汽器的改良后的最佳真空來(lái)運(yùn)行機(jī)組。

［1］齊復(fù)東，賈數(shù)本，馬義偉.電站凝汽設(shè)備和冷卻系統(tǒng)［M］.北京:水利電力出版社，1990.

［2］李勇，董玉亮，曹祖慶.考慮節(jié)水因素的凝汽器最佳真空的確定方法［J］.動(dòng)力工程，2001，21(4):1338 －1341.

［3］沈士一，莊賀慶，康松，等.汽輪機(jī)原理［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1992.

［4］陳國(guó)年.發(fā)電廠(chǎng)冷端系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行方式的研究［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2004，46(1):69 －70.

［5］陳寶林.最優(yōu)化理論與算法［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2005.