在發(fā)電廠中，提高汽輪機(jī)工作蒸汽的初參數(shù)和降低汽輪機(jī)蒸汽終壓都可以提高循環(huán)熱效率。凝汽設(shè)備運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性總指標(biāo)是凝汽器真空度，凝汽器真空度每降低1%，約使發(fā)電標(biāo)煤耗升高3g/kw·h，按照30MW機(jī)組計(jì)算，每年發(fā)電量2.1億kw·h，將增加60余萬(wàn)元燃料費(fèi)用，同時(shí)還帶來(lái)大量的潛熱損失。要想維持真空度，就需要增加循環(huán)水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)來(lái)增加循環(huán)水量，增加射水泵或真空泵運(yùn)行抽出大量不凝結(jié)氣體，增加廠用電耗同時(shí)，抽出的混合氣體中可凝結(jié)水蒸汽熱焓也白白浪費(fèi)了，還降低了設(shè)備使用壽命。究竟什么是凝汽器真空？真空低會(huì)帶來(lái)哪些危害呢？如何去優(yōu)化真空系統(tǒng)呢？我們一起來(lái)看一看。

01、什么是凝汽器真空？

凝汽器的真空是真空泵或射水泵將凝汽器中的空氣抽出；機(jī)組沖轉(zhuǎn)后，進(jìn)入凝汽器的汽輪機(jī)排汽受到循環(huán)水的冷卻而連續(xù)不間斷地凝結(jié)成水，其體積大大地縮小，原來(lái)由蒸汽充滿的容器空間就形成了高度真空。

凝汽器真空的維持：靠循環(huán)水不間斷地將排汽的熱量帶走，使得蒸汽的凝結(jié)過(guò)程不間斷地進(jìn)行；靠真空泵或射水泵將不凝結(jié)的氣體不間斷地排出，使這些氣體不至于在凝汽器中積累而造成真空的破壞。

汽輪機(jī)運(yùn)行中，在同樣的蒸汽流量、參數(shù)情況下，提高凝汽器真空，可使蒸汽在汽輪機(jī)中的可用焓增加，相應(yīng)增加汽機(jī)負(fù)荷。但是在提高真空的同時(shí)，需要向凝汽器多供循環(huán)水，從而增加循環(huán)泵的電耗。由于凝汽器真空提高，使汽輪機(jī)功率增加比循環(huán)泵多耗功率為最大時(shí)的真空為凝汽器的最佳真空。

02、凝汽器真空過(guò)低的危害有哪些？

1、真空下降使排汽的容積流量減小，對(duì)末幾級(jí)葉片工作不利。末級(jí)要產(chǎn)生脫流及旋流，同時(shí)還會(huì)在葉片的某一部位產(chǎn)生較大的激振力，有可能損壞葉片，造成事故。

2、可能使汽輪機(jī)的軸向推力增加。

3、排汽溫度過(guò)高時(shí)，可能引起凝汽器冷卻水管脹口松弛，破壞嚴(yán)密性。

4、排汽溫度升高，排汽缸及軸承座受熱膨脹，可能引起中心變化，產(chǎn)生振動(dòng)。

5、排汽壓力升高，可用焓降減少，不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)使機(jī)組出力降低。

03、零功耗真空多效節(jié)能系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)突出

北京松杉低碳技術(shù)研究院開(kāi)發(fā)了“零功耗真空多效節(jié)能系統(tǒng)”技術(shù)，該技術(shù)是在水環(huán)真空泵入口或射水抽汽器前加裝零功耗直接混合降溫技術(shù)裝置。基于伯努利定律和熱力學(xué)定律基礎(chǔ)，一方面基于伯努利原理，將先進(jìn)流體動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等理論與實(shí)踐具體結(jié)合，建立抽真空氣汽混合物的質(zhì)量流量模型，并在此基礎(chǔ)上定制設(shè)計(jì)零功耗真空多效節(jié)能裝置；另一方面，在不同的環(huán)境溫度及循環(huán)水冷卻效果情況下，通過(guò)人工智能遺傳算法的模型預(yù)測(cè)技術(shù)，選擇相對(duì)應(yīng)的質(zhì)量流量點(diǎn)抽真空系統(tǒng)模型，通過(guò)精準(zhǔn)控制系統(tǒng)進(jìn)一步地運(yùn)行優(yōu)化，來(lái)盡可能的預(yù)測(cè)保證凝汽器最佳換熱效果，從而實(shí)現(xiàn)新型零功耗真空多效節(jié)能。

零功耗直接混合降溫技術(shù)裝置原理示意圖

利用自主研發(fā)的零功耗降溫降壓技術(shù)，根據(jù)不同的機(jī)組條件建立氣汽混合物比體積流量與機(jī)組真空的多維度數(shù)學(xué)模型，基于能量守恒原理基礎(chǔ)上將先進(jìn)流體運(yùn)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等理論與實(shí)踐具體結(jié)合，以及在抽真空的氣汽混合物比體積流量和質(zhì)量流量的模型預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上對(duì)裝置進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。在真空泵進(jìn)口前加裝零功耗直接混合降溫技術(shù)裝置，混合氣體在通過(guò)該裝置時(shí)，所含的絕大部分高溫蒸汽將被凝結(jié)吸收，凝結(jié)水回到熱井進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)。除去高溫蒸汽的氣體會(huì)抑制工作液溫度上升，提升真空泵的效能，提高凝汽器的真空。

零功耗直接混合降溫技術(shù)裝置示意圖

該技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)大型火電600MW和300MW機(jī)組，節(jié)能效果的數(shù)據(jù)非常優(yōu)秀。目前，北京松杉低碳技術(shù)研究院已經(jīng)對(duì)30MW農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目機(jī)組進(jìn)行可行性研究，機(jī)組年發(fā)電量2.1億kw·h，發(fā)電單位燃料耗量0.001572t/kw·h，燃料熱值2268.64kcal。按照機(jī)組運(yùn)行小時(shí)數(shù)7000h/年、按照當(dāng)前生物質(zhì)燃料價(jià)格折算標(biāo)煤價(jià)格約1000元/噸、電價(jià)0.75元/kw·h、輔機(jī)蒸汽價(jià)格33元/t、凝結(jié)水價(jià)格15元/t，機(jī)組使用真空泵為37kw，可研測(cè)算數(shù)據(jù)如下：

（1）節(jié)約燃料效益

年可節(jié)約標(biāo)煤量：

210000000×1×3/1000000=630t

折合效益630×1000/10000=63萬(wàn)元

（2）回收潛熱效益

回收前，這部分熱量需要通過(guò)水環(huán)真空泵壓縮做功冷凝成水，是被浪費(fèi)的可用熱量。回收潛熱熱量，查焓熵圖，按照12t/h的化補(bǔ)水平均升溫28℃來(lái)測(cè)算。

吸收潛熱600×12000×28=336000kcal/h

每年吸收潛熱相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤量

336000/7000×7000/1000=336t

折合效益336×1000/10000=33.6萬(wàn)元

（3）回收凝結(jié)水效益

被冷凝的水蒸氣潛熱600kcal/kg,回收的凝結(jié)水量：336000/600×7000/1000=3920t

回收凝結(jié)水收益：3920×15/10000=5.88萬(wàn)元

（4）節(jié)約廠用電效益

因使用真空發(fā)生裝置代替水環(huán)真空泵（按單臺(tái)真空泵計(jì)算）運(yùn)行，可產(chǎn)生節(jié)電：37×7000=259000kw·h

折合效益：259000×0.75/10000=19.43萬(wàn)元

（5）碳資產(chǎn)效益

節(jié)約的廠用電直接上網(wǎng)，以多發(fā)電1MWh可獲得0.6tCO2的碳資產(chǎn)效益計(jì)算，CO2價(jià)格為35元/t，因此年可增加碳資產(chǎn)效益：

259000/1000×0.6×35/10000=0.54萬(wàn)元

（6）消耗輔汽費(fèi)用

真空發(fā)生裝置預(yù)計(jì)使用輔汽流量為0.25t/h，因此年消耗輔汽費(fèi)用為：

0.25×33×7000/10000=5.78萬(wàn)元

綜上：

1、1臺(tái)30MW機(jī)組年節(jié)約標(biāo)煤996t；

2、則每年收益為：63+33.6+5.88+19.43+0.54-5.78=116.67萬(wàn)元

使用案例

技術(shù)使用案例：2021年實(shí)施的“國(guó)家電投內(nèi)蒙古某燃煤發(fā)電廠300MW機(jī)組冷端優(yōu)化綜合提效技術(shù)的應(yīng)用項(xiàng)目”。

機(jī)組改造后聘請(qǐng)專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行性能試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

（1）冷端優(yōu)化提效技術(shù)與兩臺(tái)真空泵運(yùn)行相比，汽輪機(jī)排汽壓力降低1.15kPa；

（2）冷端優(yōu)化提效技術(shù)與兩臺(tái)真空泵運(yùn)行相比，機(jī)組出力增加0.64%；

（3）冷端優(yōu)化提效技術(shù)年可回收真空抽汽系統(tǒng)的凝結(jié)水量約8909t；

（4）通過(guò)計(jì)算，零功耗真空多效節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)用，可降低發(fā)電煤耗2.08g/kWh；冷端優(yōu)化提效技術(shù)可降低發(fā)電煤耗1.23g/kWh；

（5）冷端優(yōu)化提效技術(shù)停運(yùn)兩臺(tái)真空泵，綜合廠用電率降低0.08個(gè)百分點(diǎn)。

案例項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)照片展示

經(jīng)濟(jì)效益分析

該電廠為2×300MW機(jī)組為孤網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組，其發(fā)電用于電解鋁廠。其中每年的1月、2月、3月、4月、5月、8月、9月、10月共8個(gè)月電解鋁需要大量向電網(wǎng)購(gòu)電，因此這8個(gè)月按照多發(fā)電計(jì)算，剩下的4個(gè)月按照提高真空節(jié)約標(biāo)煤耗計(jì)算。

（1）多發(fā)電效益約256.74萬(wàn)元；

（2）節(jié)約標(biāo)煤效益約62.58萬(wàn)元；

（3）吸收水蒸氣潛熱（廢熱）效益約38.57萬(wàn)元；

（4）回收凝結(jié)水效益約17.82萬(wàn)元；

（5）降低廠用電效益約50.4萬(wàn)元；

（6）消耗輔汽費(fèi)用約79.2萬(wàn)元；

（7）運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用每年約10萬(wàn)元；

（8）均攤到每年的折舊費(fèi)約26.25萬(wàn)元；

合計(jì)總效益為310.66萬(wàn)元，即1臺(tái)300MW機(jī)組每年收益為310.66萬(wàn)元，項(xiàng)目投資回報(bào)期約2年。

社會(huì)效益分析

20.05818億發(fā)電節(jié)約標(biāo)煤效益為4172t/年，加上回收潛熱節(jié)約標(biāo)煤857.14/年,則年節(jié)約標(biāo)煤總量為5029.14t。

根據(jù)該機(jī)組2020年及2021年的煤質(zhì)分析報(bào)告，到廠煤熱值為2800kcal，含硫量0.7%，含碳量30%。

將標(biāo)煤換算成到廠煤即：5029.14×7000/2800=12572.85t

單臺(tái)機(jī)組年減少排放SO2：12572.85×（0.7%×2）=176t

單臺(tái)機(jī)組年減少排放CO2：12572.85×（30%×44/12）=13830t

碳中和背景下，以CO2排放價(jià)格按50元/噸計(jì)算，年節(jié)約CO2排放購(gòu)置費(fèi)用69.15萬(wàn)元，即年減排收益69.15萬(wàn)元。

項(xiàng)目綜合收益

經(jīng)濟(jì)效益310.66萬(wàn)元+社會(huì)效益69.15萬(wàn)元=綜合效益379.81萬(wàn)元

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