循环水温度对发电量的影响

1、水泥窑余热发电系统循环水系统对发电量的影响摘要：文章首先分析了水泥窑余热发电系统中，凝汽器真空度对发电系统出力的影响，并进一步分析了环境温度、冷却塔效率及环境温度等因素对凝汽器真空度的影响，揭示了这些因素对发电系统出力的影响。同时，本文结合三个项目的实际运行数据，指出在设计水泥窑余热发电系统（其中冷却塔采用玻璃钢逆流机力冷却塔）时，应当选择大于设计规范的循环冷却水冷却倍率，即倍率选为75（夏季）/65（冬季），这样才能保证系统的出力。关键词：真空度，循环冷却水，冷却倍率1 前言：在郎肯循环里，汽轮机的排汽压力对发电量产生巨大的影响相同的进汽参数下，排汽压力越低则汽轮机的内效率越高，即发电量越大

2、。因此为了获得更多的发电量，系统设计时总是追求最低的排汽压力。水泥窑余热发电系统几乎全部采用凝汽式汽轮机，要使排汽压力最低就必须使凝汽器采用各种方式保持较高的真空度。凝汽器通常设有抽真空系统来维持真空，同时通入大量循环水将汽机乏汽冷凝为水。如果凝汽器进口循环水温过高，凝汽器真空度将降低，整个发电系统的效率也降低。本文内容分为两部分，分别阐述真空度对发电量的影响和循环水温度对真空度的影响。2 真空度对发电量的影响为了叙述这部分内容，我们设定汽轮机的进汽参数及相关效率，并且在计算发电量时，仅仅真空度变化而其他条件均不变。以水泥窑2500t/d配套单压余热发电系统举例，进汽参数： 1.5MPa 22

3、t/h 320；汽轮机相对内效率80%，汽轮发电机组的机械效率0.97，发电机效率0.97.；当地大气压100 kPa则：凝汽器真空为93kPa时，即排汽压力为0.007MPa，发电量计算如下：表2.1 排汽压力0.007MPa时发电量计算名称参数单位进汽压力1.5MPa进汽温度320进汽流量22t/h蒸汽管道损失98%汽轮机相对内效率78%汽轮发电机组机械效率97%发电机效率97%排汽压力0.007MPa进汽焓3082.481145kj/kg进汽熵6.995721426kj/（kg*）排汽焓2172.565712kj/kg绝对焓降909.9154327kj/kg相对焓降709.7340375

4、kj/kg汽轮机做功15614148.83kj/h发电量4080.931286kW表2.2 排汽压力0.008MPa时发电量计算名称参数单位进汽压力1.5MPa进汽温度320进汽流量22t/h蒸汽管道损失98%汽轮机相对内效率78%汽轮发电机组机械效率97%发电机效率97%排汽压力0.008MPa进汽焓3082.481145kj/kg进汽熵6.995721426kj/（kg*）排汽焓2188.675918kj/kg绝对焓降893.8052276kj/kg相对焓降697.1680775kj/kg汽轮机做功15337697.71kj/h发电量4008.677714kW可见，排汽压力变高（真空度降低

5、），发电量降低了。为了更好的说明这个问题，我们计算排气压力从0.005MPa升高到0.01MPa的发电量变化，计算结果汇总如下图所示：图2.1 发电量与凝汽器真空度的关系可见，真空度下降，发电量下降，真空度与发电量基本成正比关系。真空每上升（下降）1kPa，发电量上升（下降）约70-90kW。并且，这个下降趋势随着真空的降低有逐渐减缓的趋势。大多数工程中，设计的汽轮机排汽压力均为0.007MPa左右，因此可以说真空对发电量的影响还是非常严重的。上述计算结果提醒我们在工作中一定最少注意两方面：在最初项目设计（包括售前支持、投标）时，一定要严格按照当地大气压和平均环境温度设计，这样结果就更加准确；

6、在项目建设完成后，一定要使凝汽器真空度维持在较高水平，这样发电量才能够有保证。3 循环冷却水温对凝汽器真空度的影响在设计循环水参数的时候，通常我们是通过设计手册，选择一定的循环倍率来进行设计。那么确定循环水量以及温度的具体计算到底如何，下文将继续以2500t/d生产线的余热发电系统举例分析：按照第一节的计算表格，排汽压力为0.007MPa时，排汽焓为2172.565 kJ/kg，而此压力下对应的饱和水焓为163.36 kJ/kg ，饱和汽焓为2571.756 kJ/kg ，可计算得到此时排汽干度约为0.835。于是，循环水的主要作用就是将这部分乏汽凝结为水。那么这时：乏汽量： 22*0.835

7、 = 18.37 t/h乏汽放热量： 18.37*（2571.756-163.36）= 44242134 kJ/h设计凝汽器换热效率 95%，循环水进水温度26，冷却端差10，则：进水焓为 109.479 kJ/kg ，出水焓151.267 kJ/kg ，需要循环水量 44242134 ÷ 95% ÷ （151.267-109.479）= 1114.45 t/h可见，对于此时的热力系统，需要的循环水量约为1114.45t/h。然而实际中，循环水的进水温度不同，冷却温差也不同，循环水量也不同。为此，特作如下两组计算：1 保持循环水端差不变：（计算时认为换热系数不变化，均为0.

8、95）表3.1 保持循环水温差不变的循环水量循环水进水温度循环水量备注221114.113231114.121241114.299251114.379261114.45271114.513281114.568可见，进水温度对循环水量的影响非常小。2 保持进水温度（26）不变：表3.1 保持循环水端差不变的循环水量冷却温差循环水量备注52228.56761857.20471591.9481392.98991238.246101114.45111013.159上述结果表明，冷却端差对循环水量的影响是巨大的。如果冷却塔冷却效果未达到设计值，那么要保持系统0.007MPa的排汽压力，循环水量必须加大，

9、否则，真空必然受到影响，系统的效率将下降。而往往余热发电系统一旦建设完毕，循环水泵、凝汽器、冷却塔等设备选定后，循环水量将很难再调整，这时如果冷却端差未达到设计值时，凝汽器内的乏汽不能全部冷凝为水，系统真空将减小，系统效率将降低。以某三个余热电站的统计数据为对象进行分析：1 、A项目表3.2 A项目数据统计时间环境温度入口水温出口水温温差真空备注11:0018.219.828.58.79013:0021.12028.78.78915:0021.82029988.417:0021.2202778819:0020.4202778921:0019.3202778923:0017.620277871:

10、0016.2203010893:0016.426359895:00172129890.47:0018.82130990.39:0022.122.631.58.989.811:0025.123.5328.589.413:00272534.29.28815:0028.624.432.88.487.5上述统计结果可用下图表示：图3.1 A项目数据统计图示2、B项目表3.3 B项目数据统计时间环境温度入口水温出口水温温差真空备注13:002825.534.89.389.914:0028.225.434.79.389.915:002825.834.38.589.916:002826.732.45.789

11、.417:002827.232.95.789.318:002727.333.15.88919:002627.232.95.789.620:002527.533.25.789.121:002527.535.17.689.122:002527.435.78.389.223:002527.4368.689.30:002526.435.59.189.31:002526.435.4989.42:002526.635.89.289.63:002526.635.89.289.74:002526.635.89.289.45:002526.635.89.289.56:002526.335.69.3907:002

12、526.334.968.6690.8上述统计结果可用下图表示：图3.2 B项目数据统计图示3、C项目表3.4 C项目数据统计时间环境温度入口水温出口水温温差真空备注16:002523.3532.829.479017:002523.6233.599.979018:002724.3834.7910.419019:002524.5234.8510.339020:002524.334.5510.259021:002523.4233.349.929022:002522.7932.539.749123:000:002422.7432.7410911:002523.1334.110.97902:002523

13、.4934.2410.75903:002423.534.7511.25894:00242333.6310.63895:002422.9633.810.84896:002522.8333.5210.69907:002523.433.29.8908:002524.7132.768.05919:002525.0335.7610.738910:002626.336.089.7889上述统计结果可用下图表示：图3.3 C项目数据统计图示从三个项目的统计数据中可见，在循环水量均按照设计值而没有改变时，循环水进水温度、环境温度等与凝汽器真空度没有明显的直接关系，而冷却塔的温降即冷却端差，基本上与真空度的变化

14、一致。因此，要保持较高的系统效率，就必须保持较高的冷却温差。但是从统计数据看，玻璃钢冷却塔（上述冷却塔均采用玻璃钢逆流冷却塔）的冷却温差很难达到设计值10。三个项目除了C项目外，其他两个项目基本达不到要求。这表明，为了保证发电机组的运行效率，在设计时应当按照水泥厂的实际情况选准冷却温差，并且选择较大的循环水倍率。从设计标准考虑，建议选择循环水倍率按如下方式选择：表3.5 循环水倍率选择标准季节规范要求建议选取备注夏季7075冷却塔为玻璃钢逆流机力冷却塔冬季6065同时，上述数据还揭示，当环境温度较低时（表格中为半夜至凌晨），循环冷却水的进水温度较低，冷却端差较大，系统的真空度较高。这说明，当冷却塔一旦选定后，环境温度越低，冷却塔的冷却效果越好。环境温度影响着冷却塔的冷却效果和凝汽器进水温度，进而影响着凝汽器的真空度，这是一种潜在影响。3 总结从本文的分析中可得出，循环水量、循环水温都影响着系统的真空度，进而影响发电效率。在实际应用中，由于环境温度、玻璃钢冷却塔的冷却效果等客观因