（哈尔滨电气国际工程有限责任公司）
摘要：本文较详细的阐述了火电厂冷端系统优化的发展现状和前景，对传统的确定最佳真空和最佳循环水的量数学模型进行比较，指出不足之处并提出改进意见。同时叙述了目前对凝汽器、循环水泵以及冷却塔的改造技术。
关键词：冷端系统；最佳真空；最佳循环水量；改造
0引言
对于燃煤湿冷机组来说，冷端系统主要是由汽轮机低压缸的末级组、凝汽器、循环水泵及其管路系统、冷却塔、凝结水泵及其管路系统及靠近凝汽器的最末一级低压加热器等组成。按介质的换热过程，冷端系统可划分为两个子系统和两个换热设备，即凝结水系统、循环水系统、凝汽器设备和冷却塔设备。凝结水系统包括汽轮机低压缸排汽及导入凝汽器的各种热疏水；循环水系统将排汽凝结时放出的热量带走；凝汽器设备起着冷源的作用，将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度；冷却塔设备将循环水的热量释放到环境的大气中。冷端系统的任务就是将热力循环中的低温热量释放出去。如果放热不及时将导致排汽压力升高，机组的膨胀功减少；放热过程中各种泵消耗电功率的增大也使厂用电增加，机组净输出功减少。因此，冷端系统经济运行的目的就是在最小的消耗功的条件下，获得最大的电功。
1冷端系统优化的必要性
目前，国内外机组运行中的突出问题是冷端系统运行性能达不到设计值，严重影响了机组出力和厂用电。特别是国产300MW机组，冷却塔出力不足、循环水系统不匹配、凝汽器漏空气和冷却管结垢等严重影响了机组真空，由此造成的煤耗损失多达1~4g/(kW•h)，故障损失更是难以估计。因此，冷端系统的性能评价和优化运行成为提高机组经济效益关键环节之一。
由于冷端系统是由多个设备组成的多汽水系统，某一参数(如凝汽器热负荷、循环水流量和出塔水温)的变化会影响到多个设备的运行工况和性能指标，设备和系统之间互相影响(如抽气系统对凝汽器压力，循环水系统与凝汽器和冷却塔的关系)，各种因素(如凝汽器漏空气量，污垢热阻)受环境参数、机组负荷的影响对机组经济性指标的作用不同，这些都将使得冷端系统运行特性呈多参数相互耦合的变化趋势。这些因素对经济性的影响从两个方面表现出来：其一是影响排汽压力进而影响机组的内功；二是耗能设备如循环水泵、射水泵(或真空泵)、凝结水泵等耗功影响厂用电。
因此,评价冷端系统总体工作性能的指标应当考虑这两方面因素的变化。既要考虑凝汽器压力变化对做功的影响,还要考虑冷端系统内泵功的变化对厂用电的影响。为此，论文提出从冷端系统整体的角度出发,确定最佳真空和循环水量,真实地反映了冷端系统的运行经济性。
2冷端运行方式优化方法
2.1凝汽器最佳真空和最佳循环水量
虽然提高凝汽器的真空可使汽轮机的理想比焓降增大，电功率增大，但无论从设计角度还是从
运行角度来看，都不是真空越高越好。影响凝汽器真空的原因是多方面的，在换热面积一定的情况下，主要有：蒸汽负荷、循环水流量、循环水入口温度。其中循环水入口温度取决于当地的气候条件,短时间内不会改变，则在蒸汽负荷一定的条件下，要提高凝汽器的真空只有靠增加循环水流量。也就是说，要提高凝汽器真空必须以增加循环水泵的泵耗为代价。然而循环水泵是厂用电大户，增大循环水量虽然可使汽轮发电机组电功率增加，但同时循环水泵的耗功率也要增加。这就存在背压降低使汽轮发电机组电功率增加的数值能否补偿增加水量使循环水泵耗功率的增加值的问题，因此有了最佳真空(或最佳背压)的概念。即当改变循环水量使机组电功率的增加值与循环水泵所耗功率的增加值之间的差值达到最大时所对应的真空称为最佳真空。
3冷端系统设备改造
冷端设备整体性能优化的原则是在比较冷端设备初投资和设备运行维护费用的前提下，得到最佳的冷端设备运行状态和最低的凝汽器运行背压。对于运行多年的老机组，冷端系统整体性能优化是分析单体冷端设备运行中存在问题和缺陷，从整个冷端系统运行性能匹配，以及与主机运行性能匹配与投资角度，对单体冷端设备进行性能优化，并使得整个冷端系统运行性能达最优化。
3.1凝汽器的改造
针对凝汽器换热效果不高的缺陷以及凝汽器管束布置型式相对落后的情况，目前所进行的改造为用新型高效排管取代原来旧排管的方法，达到提高凝汽器整体换热效率，降低凝结水过冷度的目的。这种排管将提高凝汽器综合性能，解决凝结水过冷度大及含氧量高的问题，而且由于此种排管总体传热系数高，也提高了凝汽器运行的经济性。
此外，鉴于板式换热器具有紧凑、质量轻、高传热效率等优点，针对电厂凝汽器真空度普遍偏低的情况，目前，相关研究人员提出了以新型板式换热器(如图2所示)取代现在的管壳式凝汽器。水侧流体自下侧横向进入管束，经第1个流程后再从上侧横向进入上管束的第2个流程，汽轮机排汽自上而下流入板管束，在板管束内完成排汽的潜热放热，所以板式换热器的流程形式是“错流”和“逆流”换热，从而提高了换热效率。研究人员通过对板式换热器和管壳式换热器的性能进行比较发现改造方案可行。
3.2循环水泵的改造
目前，对于循环水泵的改造，通常为对循环水流量远低于循环泵设计值的循环泵进行增容改造，
使流量以及循环水温升接近设计值；改变循环泵电机运行方式，如：将循环水泵电动机由定速电机改为双速电机，增加机组灵活调度的能力；针对不同季节纯凝气和供热工况下对循环水量需求不同，而循环水系统缺乏与主机运行匹配的调整手段，厂用电浪费现象突出的问题，目前可以采用编制软件的
方法，枚举循环水泵的所有组合并进行能耗状况比较，可以得到循环水泵的最佳组合，减少厂用电和循环水浪费现象。
3.3冷却塔的改造
对冷却塔的改造主要针对其存在的结构和填料问题进行改造：对于冷却塔填料而言，塑料填料换热性能优于水泥格网板，选择性能优良的淋水填料能降低出塔水温且使通风阻力较小。
调整配水管形式及喷头的布置，可有效提高冷却塔配水的均匀度。配水系统的作用是将热水均匀地溅散到整个淋水填料上，延长气水换热的接触时间和接触面积。
对于淋水密度，根据风速风温分布，调整不同的单位面积淋水填料所通过的冷却水量，消除死角及漏风。
4结论
本文就目前冷端系统优化时确定凝汽器最佳真空的方法进行了归纳和总结，并指出了传统分析方法的不足，笔者将在以后对此进行更深入的研究，从热力学第二定律出发，对冷端整体系统建立相应的数学模型，使得评价方法更全面，更贴近现实。
参考文献
[1]欧伟，巨林仓，屠珊，梁恩泉，阴玉清.汽轮发电机组冷端系统性能评价模型及定量诊断[J].动力工程，2005.
[2]赵斌，刘玲，张文兵.汽轮机冷端优化的研究[J].热力透平，2007.
[3]李勇，董玉亮，曹祖庆.考虑节水因素的凝汽器最佳真空的确定方法[J].动力工程，2001.
[4]石书雨.火力发电厂冷端系统优化分析：[硕士学位论文].北京：华北电力大学，2008.
[5]王学栋，张玮.135MW机组冷端系统设备改造及整体性能优化[J].山东电力技术，2008.
[6]周耕宇.板式换热器在电厂冷端系统中应用的可行性分析[J].郑州轻工业学院学报(自然科学版)，2008.
[7]潘椿，韩玲.提高冷却塔配水均匀性的探讨[J].工业用水与废水，2000.