循环水温度对发电量的影响

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。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 22t/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 进汽压力 进汽温度 进汽流量 蒸汽管道损失

参数 1.5 320 22 98 单位 MPa ℃ t/h %

汽轮机相对内效率 汽轮发电机组机械效率 发电机效率 排汽压力 进汽焓 进汽熵 排汽焓 绝对焓降 相对焓降 汽轮机做功 发电量

78 97 97 0.007 3082.481145 6.995721426 2172.565712 909.9154327 709.7340375 15614148.83 4080.931286 % % % MPa kj/kg kj/（kg*℃） kj/kg kj/kg kj/kg kj/h kW 表2.2 排汽压力0.008MPa时发电量计算

名称 进汽压力 进汽温度 进汽流量 蒸汽管道损失 汽轮机相对内效率 汽轮发电机组机械效率 发电机效率 排汽压力 进汽焓 进汽熵 排汽焓 绝对焓降 相对焓降 汽轮机做功 发电量

可见，排汽压力变高（真空度降低），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：

参数 1.5 320 22 98 78 97 97 0.008 3082.481145 6.995721426 2188.675918 893.8052276 697.1680775 15337697.71 4008.677714 单位 MPa ℃ t/h % % % % MPa kj/kg kj/（kg*℃） kj/kg kj/kg kj/kg kj/h kW

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；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 = 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0.95）

表3.1 保持循环水温差不变的循环水量

循环水进水温度 22 23 24 25 26 27 28 循环水量 1114.113 1114.121 1114.299 1114.379 1114.45 1114.513 1114.568 备注 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 5 6 7 8 9 10 11

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，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

循环水量 2228.567 1857.204 1591.94 1392.989 1238.246 1114.45 1013.159 备注