M701F联合循环机组凝汽器真空影响探析

陈秋辉

（深圳市广前电力有限公司，广东 深圳518054）

0 引言

凝汽器真空是影响汽轮机出力和供电煤耗的一个主要因素，往往作为机组竞赛、性能考核的一项重要指标，它可以反映机组运行状况以及冷端节能改造效果。真空变化对机组的出力影响趋势及经济效益计算依据，可指导机组经济运行和评价相关改造效果。本文以某南方沿海电厂的三菱3×390MW 9F燃气—蒸汽联合循环机组为例进行研究。该厂的燃机型号为M701F；汽轮机型号为TC2F－30；配置杭锅产的余热锅炉，型号为 NG－M701F－R。

图1 汽轮机背压与功率曲线

1 真空值的确定

与凝汽器真空有关的有以下几项指标：设计绝对大气压PS，实际绝对大气压P1，凝汽器真空度K，汽轮机设计背压KS，汽轮机实际运行背压K1。凝汽器真空度K反映的是凝汽器相对真空值，它往往直接作为衡量运行机组的凝汽器真空高低情况，是三菱机组的报警信号之一，并在DCS监控系统上被跟踪和记录。三菱机组对凝汽器真空度K采用的算法为：K＝凝汽器绝对气压（背压）K1－101．327kPa，为负值，绝对值一般小于100kPa。在计算凝汽器真空度K时，算法中的被减数若采用实际绝对大气压P1或设计绝对大气压PS，由于处于不同大气压地域和不同的机组，得出凝汽器真空度K因此有一定的偏差，造成各厂数据的统计口径存在偏差的可能。据查，该厂设计绝对大气压PS＝100．8kPa，用于计算的定值101．327kPa与标准大气压P0＝101．3kPa差异较小。用标准大气压P0或定值代替实际绝对大气压PS计算凝汽器真空度K，用作报警信号方面，可以更可靠地避免现场气压表记读数误差和信号失真的影响。

2 真空度对机组的影响

2．1 真空度与汽轮机功率和热耗率的关系

为方便描述，将汽轮机背压对汽轮机功率和热耗率的修正曲线图拆分为2个单独的修正曲线图，如图1、图2所示。

汽轮机背压与机组功率的修正多项关系式如下［1］：

y＝ －2．142 163 916 9e－06x5＋7．084 095 816 1e－05x4－8．314 845 099 2e－04x3＋3．798 562 980 5e－03x2－6．106 583 197 9e－03x ＋ 1．008 524 579 8e＋ 00；R2＝9．999 784 520 5e－01

背压与热耗率的修正多项关系式如下：

y＝－2．207 212 078e－06x5－7．314 760 468 2e－05x4＋864 280 261 42e－04x3－4．023 826 617 5e－03x2＋6．822 795 098 8e－03x ＋9．906 953 131 9e－ 01；R2＝9．999 794 594 9e－01

图2 汽轮机背压与热耗曲线

真空度在－99～－90kPa变化时，按标准大气压P0与凝汽器真空度K的换算中，汽轮机实际运行背压K1一般在2．3～11．3kPa之间变化。从图1、图2可以看出，当 K1在4．5～11kPa之间变化时，机组出力系数和热耗率的变化曲线基本表现为按一定的斜率变化的直线；而在K1小于4．5kPa（对应最高点的凝汽器真空度约在96．8kPa）时，机组出力系数和热耗率的变化曲线开始有拐点并略朝下。

以上两组曲线的变化情况表明，在真空度K绝对值小于96．8kPa时，真空度越高，对机组的出力和热耗率越有利，而真空度K绝对值大于96．8kPa后，真空度越高，对机组的出力和热耗率影响很小，甚至负面。所以在温度较高的季节，应采用增开循环水泵台数以增加冷却水流量和提高凝汽器钛管换热系数等方法来提高机组的真空度；而在低温天气，应控制循环水冷却水流量（或采用变频）和凝结水的过冷度，以达到在满足机组的出力和热耗率在较好的工况下，减少厂用电。

2．2 经济计算

假设采用机组年平均运行负荷取在300MW、机组真空度绝对值前后从90kPa到95kPa变化、基准为设计大气压力、机组每年运行2 000h等为例，评估真空度K对机组运行的经济性时，计算过程如表1所示。

由90kPa提高到95kPa，从图1中几乎呈直线的曲线关系看出，真空与功率的变化斜率约为：5．05MW／（10×0．5kPa），每年多发电约为：4 950 932．3元／（10×0．5kPa）。即按凝汽器真空度处在96．8kPa以下并在表1条件下作估算，若凝汽器真空度每变化1kPa，则发电量就会变化0．52MW、每年多或少发电近500万元；影响功率和热耗率分别为0．3%和0．35%。

表1 经济计算过程

对以上计算结果，有两个补充说明：（1）上述两个修正曲线是对整个联合循环机组的修正，所以产生的变化是按整个机组的功率和热耗率而言，而不必再按汽轮机组129．4MW的功率份额进行折扣计算；（2）从图1、图2的修正曲线可以看出，汽轮机背压对机组功率和热耗率的变化都反映出吻合的一面，即当汽轮机背压降低，机组功率上升、机组热耗率下降；反之亦然。说明以上真空度变化产生的发电量和发电效益值都是纯盈亏的，是反映运行机组真空是否合理的主要依据。

2．3 真空度的其他影响

凝汽器真空度也是影响该机组除氧的重要指标。由于三菱9F联合循环机组热力系统比较简单，凝汽器的冷却面积相对较大，凝结水再循环进入凝汽器内部后分成多个支管，布置在钛管上面，支管上都装有多6个将凝结水雾化的喷头，在雾化状态中的凝结水更有利于受热和释放出杂气，因此凝汽器可以作为较好的真空除氧器使用，满足无热力除氧器系统的使用条件。根据道尔顿定律和亨利定律得出，在同一温度下，凝汽器真空度越低，则除氧效果越理想。

3 结语

通过改造或加强凝汽器系统的维护，合理改善凝汽器真空度，可以提高机组出力和降低煤耗，同时防止汽水系统承压金属部件腐蚀。

［1］日本三菱重工．PLANT DESING AND SYSTEM DESCRIPION（SD）＆ OPERATION PROCEDURES AND INSTRUCTION（OP）＆ MAINTENANCEPROCEDURES AND INSTRUCTION（OP）（M701F）