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摘要：汽轮机冷端系统作为火力发电机组必不可少的组成部分，对于发电机组的生产效率发挥着至关重要的作用。基于此，本文概述了火力发电厂汽轮机冷端系统，对火力发电厂汽轮机冷端系统的优化原理及其优化策略进行了探讨分析，旨在提高火力发电厂的经济效益。
关键词：火力发电厂；汽轮机；冷端系统；优化；原理；策略
一、火力发电厂汽轮机冷端系统的概述
火力发电厂汽轮机冷端系统是由汽轮机末级、凝汽器、循环水泵，冷却塔、空气抽出系统、循环供水系统等组成。按换热过程划分，冷端系统可分为内外两个子系统和两个换热设备，即内部的凝结水系统、外部的循环水系统以及凝汽器和冷却塔。冷端系统运行原理主要表现为：汽轮机排汽进入凝汽器，循环水泵不断地把冷却水打入凝汽器，吸收凝汽凝结释放出的热量，蒸汽被冷却并凝结为水。凝结水由凝结水泵抽走，依次进入机组的低压加热器，除氧器，高压加热器最终流入锅炉。凝汽器内背压很低，比较容易漏入空气，空气阻碍蒸汽放热，使传热系数减少，影响传热效果，因此用抽气器不断将空气抽走，以免不凝结空气杂质在凝汽器内逐渐积累，导致凝汽器内压力升高。
二、火力发电厂汽轮机冷端系统的优化原理
火力发电厂汽轮机冷端运行优化的主要关注点在于凝汽器。汽轮机的运行背压由正常运行的凝汽器来保证，而凝汽器的运行压力是随着循环水带走热量的多少而变化的。当冷却水温度升高或者机组负荷增大时，凝汽器内部所维持的真空便会降低，反之，当冷却水温度降低或者机组负荷减小时，凝汽器的内部真空便会升高。而汽轮机运行背压的降低或者升高直接影响着整个汽轮机组运行功率的升高或降低。汽轮机冷端系统运行优化需要综合考虑机组的投资、运行费用，即充分考虑煤价、使用水费用，冷却水热污染处理费用、发电效益以及凝汽器、循环水泵、电机的设备投资等费用后，计算出汽轮机机组在该工况下的年净收益。其中当年净收益最大时的工况为机组冷端的最佳运行工况。
三、火力发电厂汽轮机冷端系统的优化策略
1、凝汽器压力确定方法。通常凝汽器压力是指汽轮机在向凝汽器内排进高温气体时，该气体所具有的压力。凝汽器压力亦可称为背压。然而，若从严格意义上进行分析，汽轮机的排汽压力与凝汽器压力两者有很大的差别。这是因为凝汽器压力是人工测得的一个压力参数，是通过在距冷凝管束上端排气管30cm左右处，当气体处于稳定状态下时压力的数值，通常用p来表示凝汽器压力。而汽轮机排汽压力（即背压）则指的是在动叶片的排汽口处，当气压处于较为稳定状态下时，人工测得的压力，通常用pk代指。由于规模较大的凝汽器通常与低压排汽缸的动叶片之间距离较大，仅仅在凝汽器的过渡段便有约3m的长度距离，因此，当排除的气体经过凝汽器的过渡段时，定会在流动过程中遇到阻力形成压力损失，由此可知，通过长距离流动后的气体在低压缸排气口处所测得的气压与凝汽器气压将产生较大的误差，这便是凝汽器气压与背压的差异所在。在施工过程中开展压力确定时，只有在气体流动过程中由于阻力所造成的气压损失刚好等于气体的速度能头的情况下，此时的损失系数为1，凝汽器压力与背压才能刚好相等，可以将凝汽器压力理解为背压。然而此种情况在实际生产中十分罕见。由于排出的气体并非完全均一，因此凝汽器压力通常会受多种因素的共同影响而发生变化，导致低压缸排气口处的压力比凝汽器压力稍大。若要得到二者差异的定量值，则需要通过严格的实验方法对凝汽器过渡段的阻力值进行确定，从而得出pk与p的差值，确定出准确的凝汽器压力。
由于实际生产之中，对于凝汽器压力的确定并非是一个极为严格的过程，故为了提高工作效率、降低实验成本，通常会将低压缸排气口处气压pk等值于凝汽器气压p进行测量。由此可见，准确理解凝汽器压力概念，合理确定压力值，能够在实际生产中提高效率、降低成本，同时提升各参数把握的准确性。
2、循环水系统的优化策略。对于循环水系统，可以采取以下几种优化策略：（1）采用母管制供水。目前多数电厂都采用母管制供水，循环水泵的运行方式通常有如下几种：一机一泵、一机两泵和两机三泵。为了确定运行时的选择方式，可以通过计算循环水的流量和用电量来确定运行方式。同时，还需要对改造之前的循环水系统进行一定的改造，例如：修改循环水泵的启动、跳闸，采用电动控制门等。（2）定速泵改为动叶可调泵。动叶可调泵具有如下优点：能够快速适应符合、水温及真空的变化，工作时能够通过调节叶片的角度来改变循环水量，从而保证整个系统具有较高的工作效率。（3）定速泵改为双速泵。在系统的供水方式由单独供水改为母管制供水后，虽然供水方式具有了一定的灵活性，但是仍然偏少。为了提高更高的灵活性及节能减排，可将部分电动机改为双速电动机，不仅能够扩大水量的调整范围，能更节能减排。（4）变频调速泵代替定速泵。通过相关研究可知，在整个冷端系统中节流调节的效益是最低的，为了提高效率，可以进行如下的改进：在每台机组上加装一台高压变频器，用变频调速泵代替定速泵，以便扩大水量的调节范围，节省成本，提高经济效益。
3、抽气系统的优化策略。对于整个汽轮机冷端系统来说，真空系统的严密性好坏会对系统内空气的积聚、浓度的升高等造成一定的影响，从而影响整个系统的传热效率和经济性。抽气器作为系统的重要组成部分，其工作效率的高低对真空系统的严密性具有很大的影响。目前，国内常用的真空抽气系统包括以下三种：射汽式抽气器、射水式抽气器和水环式真空泵三种。（1）水环式真空泵的优化。水环式真空泵具有以下优点：集成化程度高、抽气能力强、维修简单、体积小、节能等，从而得到了较为广泛的应用。但是该种真空泵在工作过程中，为了保持良好的抽吸能力，内部的密封用水必须保持一定的温度，如果温度过高，会影响其工作效率和抽气能力。因此，为了更好的提高工作效率，可以将水环式真空泵的密封水改为深井水，在抽气管道上增加冷却装置，以降低循环水的温度。（2）双背压机组抽真空装置优化。在冷端系统工作过程中，机组的双背压凝汽器的实际压力低于设计值。出现这种情况的原因在于该装置两侧的抽真空管道阻力接近，同时又和同一母管链接，导致出力受限，因而低于设计要求。为了解决这个问题，可以增加高压侧的管道阻力。
4、冷却塔的优化策略。冷却塔的使用寿命一般在10-15年，塔内的设备，例如：除水器、配水系统、内壁涂料等会出现一定程度的老化，造成塔内出现渗水，配水槽出现裂缝、喷水填料出现结构或者被堵塞，严重影响了机组的安全、可靠、经济的运行。因此，使用一定时间后，要对塔内的的设备进行工作能力的诊断和运行状况的检查，出现问题及时解决，以保证冷却塔能够高效运行，通常的措施是更换淋水材料、对配水和风道系统进行及时改造，这是实现冷端优化的关键措施，也是节约能源、降低成本的有效途径。
结束语
综上所述，火力发电厂汽轮机在电能生产过程中作为能量转换装置的核心设备，是产电能耗的重要部分，因此为了达到火力发电厂能耗降低并优化其成本的目的，必须对火力发电厂汽轮机冷端系统进行合理优化。
参考文献
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