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摘 要：在分析了循环水流量变化而引起的凝结水过冷对机组电功率影响的基础上，加入了水资源成本，凝结水除氧费用因素的考虑，对发电机组进行经济性分析。
关键词：循环水流量；过冷度；经济性
中图分类号：TK-9 文献识别码：A
Abstract：On the base of analysis of the influence of the condensate subcooling degree caused by the change of circulating water flow on the power performance of the unit， the economic of the unit is analyzed by adding the consideration of the cost of water resources and defrosting.
Key words：crculating water flow；condensate subcooling degree；economic
火力发电厂是国内重要的能源消耗企业，对不可再生资源的消耗巨大，同时地节能潜力也很大。凝汽器作为发电机组重要的辅助设备之一，其运行的工况对整个发电机组的安全性，经济性都会产生直接的影响。传统的凝汽器最佳运行工况是根据凝汽器的最佳真空来确定。目前凝汽器的最佳真空主要是通过功量来判定，调整循环水流量，当汽轮机出力的增量与循环水泵能耗的差值达到最大时凝汽器的真空度即为最佳真空。但是这种确定最佳运行真空的方法仅仅考虑了循环水量变化对机组功量的影响，并没有考虑循环水量变化对过冷度、水资源的成本、以及化学除氧等因素。本文将从循环水量变化入手，综合考虑过冷度，凝结水除氧等相关因素，对汽轮机组进行经济性分析。
1 循环水流量变化对机组发电功率的影响
1.1 循环水流量变化对凝结水过冷度的影响
凝结水温度与进入凝汽器的排汽压力所对应的饱和温度之间的差值称为凝结水的过冷度。主要有以下两种表示方法：
1.1.1温度表示方法
1.1.2 热单位表示方法
循环水流量发生变化时，首先影响凝汽器气阻，再影响凝结水的过冷度，所以本文先从循环水量变化对凝汽器气阻的影响入手进行分析。凝汽器气阻在饱和蒸汽凝结过程中起到阻碍凝结的作用，随着气阻的增大，蒸汽的凝结变得更加困难，凝结过程就需要释放越多的热量，凝结时的温度也就越低，凝结水的过冷度也就越大，对电厂发电机组的经济性产造成不利影响。很多因素都会凝汽器汽阻，包括蒸汽内的不凝性气体、管束的阻力、换热管的水膜等，通常在计算气阻的时候采取以下公式进行估算：
观察上式可以发现，当饱和蒸汽流量一定时，凝汽器的气阻只受到进入凝汽器的饱和蒸汽比体积影响。
为了分析循环水流量对凝汽器气阻以及凝结水过冷度的影响，本文对某电厂350MW凝汽器式发电机组进行了定量计算。取循环水温度为12℃，控制循环水流量，计算得到如下结果：
由图1、图2、图3、图4曲线可以发现，取相同的排汽流量，随着循环水流量增大，凝汽器压力降低，排汽比体积增大，凝汽器气阻随之增大，凝结水过冷度相应地增加，图中趋势趋势与上面分析保持一致。
由图1、图2、图3、图4曲线还可以发现，取相同的循环水流量，排汽流量增大，凝汽器压力上升（对应于图1曲线），汽轮机低压缸排汽比体积减小（对4于图2），参照上面气阻公式（1）可以得知，排汽流量和排汽比体积对气阻都有影响，但是排汽流量的影响更大，因此在排汽流量增加，排汽比体积降低的情况下，凝汽器气阻是呈上升的趋势（对应于图3），凝结水的过冷度也同样呈现上升的趋势（对应于图4），图中趋势与分析依然保持一致。
1.2 凝结水过冷度变化对汽轮机电功率影响的计算
随着凝结水过冷度的增大，更多的热量会被循环水带走，为了保证最末级低压加热器的换热量，回热抽汽量需要发生改变，汽轮机做功相应地受到影响，降低了循环的热效率。为了分析凝结水过冷度对汽轮组做功能力的影响进行，本文借助等效焓降法。
2 循环水流量变化引起的化学除氧费用
当增大循环水流量时会导致凝汽器压力降低，凝汽器真空度随之增大，更多的外界空气漏入凝汽器，氧气在凝汽器中的分压力相应地增大，凝结水中的氧气地溶解度随之增加，这会加快输水管路的腐蚀，对机组设备的正常使用造成影响，更有甚会影响机组的安全运行，因此必须加大除氧力度和除氧成本投入，同时也影响了机组的经济性。凝结水含氧量计算公式如下：
3 水资源成本
电厂冷端对循环水量的消耗巨大，水费高昂，同时对环境排放的热水需要治理，都需要花费一定的财力，水资源的成本采用公式（6）进行计算：
4 凝汽器最佳工况的确定
通过上述分析，得到机组的综合收益计算公式：
求解上式所得到的循环水流量才是考虑了凝结水过冷度对机组电功率影响以及水资源成本，凝结水除氧费用因素而得到的循环水量最优值，其对应的凝汽器真空度，才是真正从经济性角度考虑的最佳真空度。上述通过先找到最佳循环水流量再来确定得到最佳真空度的思路，才是最符合经济收益的。
5 结语
1）增大循环水流量， 在增大发电机功率和循环水泵功率的同时，也同样提高了凝汽器的真空度，凝汽器汽阻增大，凝结水的过冷度随之增大，凝结水被循环水带走的热量也会增加， 此时更多的热量补充就需要燃烧更多的燃料来获取， 对系统经济性很不利。
2）本文所计算得出的最佳工况不仅考虑了在调节循环水流量时，对汽轮机电功率以及循环水泵消耗功率的影响，同时考虑了凝结水过冷度变化对发电機组电功率影响，以及水资源成本，凝结水除氧费用，相比传统的最佳工况计算方式而已更具有经济效益。
参考文献：
[1] 王圣，朱法华.火电厂空冷机组水耗及煤耗性能分析阴.环境科学与管理，2008，33（5）：47-48.
[2] 李秀云，严俊杰，林万超.火电厂冷端系统评价指标及诊断方法的研究[J].中国电机工程学报，2002，22（2）：94-98.
[3] 黄萍力，徐君诏.基于最佳真空算法的汽轮机循环水泵优化运行研究[J].热力透平，2010，39（3）：166-169.
[4] 张卓澄.大型电站凝汽器[M].北京：机械工业出版社，1993.
[5] 谢德字，沈坤全，刘海晏.凝汽器最经济真空运行工况的试验研究[J].上海电力学院学报，2002，18（1）：13-16.
[6] 齐复东，等.电站凝汽设备和冷却系统[M].北京：水利电力出版社，1990.
[7] 王保力.最佳真空和最佳循环水流量传统确定方法的改进探讨[J].华北电力技术，2007（1）：7-17.
[8] Kromhout J，Goudappel E，Pechtl P.Economic optimization of the cooling water flow of a 540MW coal fired power plant using thermodynamicsimulation[J]. VGB Power Technology， 2001（11）：43-46.
[9] 吴建海，杨利昌.空冷机组凝结水溶解氧超标原因分析及空冷除氧器改造[J].2010，19（9）：45-47.
[10] 李素芬，何冬辉，陈贵军，等.火电厂冷端系统性能分析与优化研究[J].热科学与技术，2010（1）：36-42.
作者简介：
杨旭东（1993-），男，安徽滁州人，硕士，主要研究方向为微尺度传热。
关键词：循环水流量；过冷度；经济性
中图分类号：TK-9 文献识别码：A
Abstract：On the base of analysis of the influence of the condensate subcooling degree caused by the change of circulating water flow on the power performance of the unit， the economic of the unit is analyzed by adding the consideration of the cost of water resources and defrosting.
Key words：crculating water flow；condensate subcooling degree；economic
火力发电厂是国内重要的能源消耗企业，对不可再生资源的消耗巨大，同时地节能潜力也很大。凝汽器作为发电机组重要的辅助设备之一，其运行的工况对整个发电机组的安全性，经济性都会产生直接的影响。传统的凝汽器最佳运行工况是根据凝汽器的最佳真空来确定。目前凝汽器的最佳真空主要是通过功量来判定，调整循环水流量，当汽轮机出力的增量与循环水泵能耗的差值达到最大时凝汽器的真空度即为最佳真空。但是这种确定最佳运行真空的方法仅仅考虑了循环水量变化对机组功量的影响，并没有考虑循环水量变化对过冷度、水资源的成本、以及化学除氧等因素。本文将从循环水量变化入手，综合考虑过冷度，凝结水除氧等相关因素，对汽轮机组进行经济性分析。
1 循环水流量变化对机组发电功率的影响
1.1 循环水流量变化对凝结水过冷度的影响
凝结水温度与进入凝汽器的排汽压力所对应的饱和温度之间的差值称为凝结水的过冷度。主要有以下两种表示方法：
1.1.1温度表示方法
1.1.2 热单位表示方法
循环水流量发生变化时，首先影响凝汽器气阻，再影响凝结水的过冷度，所以本文先从循环水量变化对凝汽器气阻的影响入手进行分析。凝汽器气阻在饱和蒸汽凝结过程中起到阻碍凝结的作用，随着气阻的增大，蒸汽的凝结变得更加困难，凝结过程就需要释放越多的热量，凝结时的温度也就越低，凝结水的过冷度也就越大，对电厂发电机组的经济性产造成不利影响。很多因素都会凝汽器汽阻，包括蒸汽内的不凝性气体、管束的阻力、换热管的水膜等，通常在计算气阻的时候采取以下公式进行估算：
观察上式可以发现，当饱和蒸汽流量一定时，凝汽器的气阻只受到进入凝汽器的饱和蒸汽比体积影响。
为了分析循环水流量对凝汽器气阻以及凝结水过冷度的影响，本文对某电厂350MW凝汽器式发电机组进行了定量计算。取循环水温度为12℃，控制循环水流量，计算得到如下结果：
由图1、图2、图3、图4曲线可以发现，取相同的排汽流量，随着循环水流量增大，凝汽器压力降低，排汽比体积增大，凝汽器气阻随之增大，凝结水过冷度相应地增加，图中趋势趋势与上面分析保持一致。
由图1、图2、图3、图4曲线还可以发现，取相同的循环水流量，排汽流量增大，凝汽器压力上升（对应于图1曲线），汽轮机低压缸排汽比体积减小（对4于图2），参照上面气阻公式（1）可以得知，排汽流量和排汽比体积对气阻都有影响，但是排汽流量的影响更大，因此在排汽流量增加，排汽比体积降低的情况下，凝汽器气阻是呈上升的趋势（对应于图3），凝结水的过冷度也同样呈现上升的趋势（对应于图4），图中趋势与分析依然保持一致。
1.2 凝结水过冷度变化对汽轮机电功率影响的计算
随着凝结水过冷度的增大，更多的热量会被循环水带走，为了保证最末级低压加热器的换热量，回热抽汽量需要发生改变，汽轮机做功相应地受到影响，降低了循环的热效率。为了分析凝结水过冷度对汽轮组做功能力的影响进行，本文借助等效焓降法。
2 循环水流量变化引起的化学除氧费用
当增大循环水流量时会导致凝汽器压力降低，凝汽器真空度随之增大，更多的外界空气漏入凝汽器，氧气在凝汽器中的分压力相应地增大，凝结水中的氧气地溶解度随之增加，这会加快输水管路的腐蚀，对机组设备的正常使用造成影响，更有甚会影响机组的安全运行，因此必须加大除氧力度和除氧成本投入，同时也影响了机组的经济性。凝结水含氧量计算公式如下：
3 水资源成本
电厂冷端对循环水量的消耗巨大，水费高昂，同时对环境排放的热水需要治理，都需要花费一定的财力，水资源的成本采用公式（6）进行计算：
4 凝汽器最佳工况的确定
通过上述分析，得到机组的综合收益计算公式：
求解上式所得到的循环水流量才是考虑了凝结水过冷度对机组电功率影响以及水资源成本，凝结水除氧费用因素而得到的循环水量最优值，其对应的凝汽器真空度，才是真正从经济性角度考虑的最佳真空度。上述通过先找到最佳循环水流量再来确定得到最佳真空度的思路，才是最符合经济收益的。
5 结语
1）增大循环水流量， 在增大发电机功率和循环水泵功率的同时，也同样提高了凝汽器的真空度，凝汽器汽阻增大，凝结水的过冷度随之增大，凝结水被循环水带走的热量也会增加， 此时更多的热量补充就需要燃烧更多的燃料来获取， 对系统经济性很不利。
2）本文所计算得出的最佳工况不仅考虑了在调节循环水流量时，对汽轮机电功率以及循环水泵消耗功率的影响，同时考虑了凝结水过冷度变化对发电機组电功率影响，以及水资源成本，凝结水除氧费用，相比传统的最佳工况计算方式而已更具有经济效益。
参考文献：
[1] 王圣，朱法华.火电厂空冷机组水耗及煤耗性能分析阴.环境科学与管理，2008，33（5）：47-48.
[2] 李秀云，严俊杰，林万超.火电厂冷端系统评价指标及诊断方法的研究[J].中国电机工程学报，2002，22（2）：94-98.
[3] 黄萍力，徐君诏.基于最佳真空算法的汽轮机循环水泵优化运行研究[J].热力透平，2010，39（3）：166-169.
[4] 张卓澄.大型电站凝汽器[M].北京：机械工业出版社，1993.
[5] 谢德字，沈坤全，刘海晏.凝汽器最经济真空运行工况的试验研究[J].上海电力学院学报，2002，18（1）：13-16.
[6] 齐复东，等.电站凝汽设备和冷却系统[M].北京：水利电力出版社，1990.
[7] 王保力.最佳真空和最佳循环水流量传统确定方法的改进探讨[J].华北电力技术，2007（1）：7-17.
[8] Kromhout J，Goudappel E，Pechtl P.Economic optimization of the cooling water flow of a 540MW coal fired power plant using thermodynamicsimulation[J]. VGB Power Technology， 2001（11）：43-46.
[9] 吴建海，杨利昌.空冷机组凝结水溶解氧超标原因分析及空冷除氧器改造[J].2010，19（9）：45-47.
[10] 李素芬，何冬辉，陈贵军，等.火电厂冷端系统性能分析与优化研究[J].热科学与技术，2010（1）：36-42.
作者简介：
杨旭东（1993-），男，安徽滁州人，硕士，主要研究方向为微尺度传热。