陽飛
【摘?要】TCA系統(tǒng)是三菱M701F4燃氣輪機組獨有的,是將冷卻水系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量進行利用,以此做到對全部聯(lián)合循環(huán)效率的提高。本文通過對TCA系統(tǒng)的配置情況進行分析,同時結(jié)合三菱M701F4的系統(tǒng)實際配置情況,對TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化措施進行研究,希望可以最大程度的提高系統(tǒng)在進行聯(lián)合循環(huán)時的工作效率,同時降低系統(tǒng)的電能消耗。達到對三菱M701F4燃氣輪機的冷卻水TCA系統(tǒng)的優(yōu)化目的。
【關(guān)鍵詞】三菱M701F4燃氣輪機;循環(huán)機組;TCA冷卻系統(tǒng)水側(cè);優(yōu)化策略
在現(xiàn)階段燃氣機輪的透平轉(zhuǎn)子的使用中往往會產(chǎn)生較高的熱量,因此需要用相應(yīng)的降溫冷卻技術(shù)使其的工作壽命得以延長。TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)是現(xiàn)階段三菱公司銷售較多的一種M701F4燃氣輪機組中國使用的冷卻系統(tǒng),三菱公司在冷卻系統(tǒng)一方面的研究成果和研究經(jīng)驗均較為成熟,同時,三菱公司使用的TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)均使用這一典型設(shè)計。
一、TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)的典型設(shè)計
三菱公司使用的TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)均采用一種經(jīng)典款式的系統(tǒng)設(shè)計方法,具體示意圖如下圖1所示。
此種TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)設(shè)計方式上有兩個特點:
第一點為,三菱公司的TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)的冷卻水和高壓省煤器的進水使用的是同一高壓給水泵。
第二點為,TCA冷卻水側(cè)系統(tǒng)的冷卻水在TCA冷卻系統(tǒng)中先與高壓省煤器的出水口匯合,之后通過LCV控制閥讓其進入高壓汽包中。同時高壓給水泵的進口處有分別來自凝結(jié)水和低壓汽包的二路水,這兩路水中間設(shè)有調(diào)節(jié)門,以便在有機組預(yù)熱的狀態(tài)或者溫態(tài)狀態(tài)時,將低壓汽包中水溫較高的凝結(jié)水作為TCA的冷卻水,保障高壓泵的進水口溫度小于60攝氏度。
同時為了保障高壓省煤器中水在TCA冷卻器中的水有相同的壓差,該系統(tǒng)中的高壓省煤器前方設(shè)置了一個增壓閥。為了防止TCA冷卻器中出現(xiàn)閃蒸的情況,其內(nèi)一定需要保持一定的冷卻水流量,同時在副流量控制閥方面,系統(tǒng)會保障在主流量控制閥出現(xiàn)問題時,確保系統(tǒng)TCA冷卻器中有足夠的冷卻水流進。而且在TCA冷卻器前設(shè)置了緊急關(guān)斷閥,即當冷卻器出現(xiàn)泄漏時,可以緊急將系統(tǒng)進行關(guān)閉,防止由于泄漏出現(xiàn)的水進入氣側(cè)。系統(tǒng)的緊急關(guān)斷門邊上設(shè)有小旁路,防止在系統(tǒng)投入使用前充壓時出現(xiàn)的水錘現(xiàn)象。
二、典型設(shè)計中存在的問題
盡管典型設(shè)計中大多已較為完善且合理,但是在部分區(qū)域中進行推敲,典型設(shè)計也并非完美的。第一點便是TCA冷卻器水側(cè)壓力較高,使得高壓給泵受到的牽制耗能太高,尤其是負荷較低的情況下更是十分嚴重。因此,從節(jié)能的角度上來看,高壓泵需要在為高壓省煤器供給的同時還要為TCA冷卻器提供冷卻水,同時為了防止TCA冷卻器水側(cè)管道內(nèi)出現(xiàn)閃蒸的情況,三菱公司要求系統(tǒng)在設(shè)計時冷卻器面的出口壓力必須小于水側(cè)出口對應(yīng)的飽和壓力。
而當機組從滿負荷向著部分負荷變化時,流量產(chǎn)生減少,同時在高壓主汽的壓力也隨之降低,但是TCA冷卻器的出水口水溫卻在增加,為了保障TCA冷卻器的水側(cè)不發(fā)生汽化現(xiàn)象,這便需要高壓給泵出口壓力增加。第二點是因為高壓汽包的液位控制閥LCV在高壓省煤器后面,所以在任何時間只要高壓給泵處于運行過程中,高壓省煤器便需要承受16MPa以上的壓力,對高壓省煤器的要求因此也就越來越高。第三點為TCA水側(cè)流量的調(diào)節(jié)閥FCV-2在調(diào)節(jié)過程中會和高壓汽包的液位控制閥LCV產(chǎn)生干擾,因此調(diào)試的過程十分困難。
三、TCA冷卻系統(tǒng)典型設(shè)計的優(yōu)化措施
基于現(xiàn)階段三菱公司TCA冷卻系統(tǒng)設(shè)計工作中存在的問題,對系統(tǒng)設(shè)計方面進行優(yōu)化措施:首先便是對TCA冷卻水出口溫度進行降低。從節(jié)能的角度來看,離心泵的功率和流量以及揚程是成正比的,同時因為TCA冷卻水出口處的溫度較高,導致高壓給泵的耗能壓力較大。再根據(jù)能量轉(zhuǎn)換定律計算,降低TCA冷卻水出水口溫度的方法還有:增加TCA冷卻器的換熱面積,增加TCA冷卻水的流量,降低TCA冷卻水的進口溫度。這三種方法均能對系統(tǒng)的耗能壓力進行分擔,同時降低系統(tǒng)中TCA冷卻水的出口溫度,以及降低TCA冷卻水側(cè)的壓力,增加系統(tǒng)的使用壽命。
其次是增加系統(tǒng)中獨立的TCA泵,這種方法是降低TCA冷卻水出口溫度之外的另一種節(jié)能的方法,這一方法的主要思路是TCA冷卻水側(cè)對壓力要求高,但是其流量較小,如果三菱公司將這部分水分離并單獨把其作為一個循環(huán)系統(tǒng),這種方法可以將壓力較低高壓給水進行分擔,降低高壓給水的壓力,同時系統(tǒng)的其他部分仍和之前的方法一致,這樣既能降低系統(tǒng)中的能量消耗和系統(tǒng)壓力,同時還能增加系統(tǒng)的使用壽命。
再次是TCA泵使用的特點便是揚程較大,流量較小,因此若使用普通的泵,使用的效率較低,所以如果想要保證TCA冷卻水的出口溫度,便需要讓高壓水泵在TCA冷卻系統(tǒng)停機后仍運行一段時間,降低系統(tǒng)的能源消耗。
結(jié)束語:綜上所述,三菱公司的M701F4燃氣輪機組中使用的TCA冷卻系統(tǒng)雖然使用的系統(tǒng)設(shè)計為經(jīng)典,但是仍存在一定的問題,尤其是對于能量損耗這方面,如何將節(jié)能效益最大化,并不僅僅體現(xiàn)在經(jīng)濟效益方面,因此,如何在TCA冷卻器的系統(tǒng)方面進行能量的控制優(yōu)化是現(xiàn)在三菱公司重點進行攻關(guān)的課題,加強系統(tǒng)TCA冷卻系統(tǒng)水側(cè)的優(yōu)化,是現(xiàn)今節(jié)能減排大環(huán)境中公司必須重視的問題,而且三菱的典型系統(tǒng)配置,水冷式TCA系統(tǒng)對高壓給水泵的壓頭要求較高,使得機組運行的電耗增加。為了在確保機組聯(lián)合循環(huán)效率的同時盡可能地降低電耗。
參考文獻:
[1]?徐憶恩.M701F4型燃氣發(fā)電機組TCA系統(tǒng)的優(yōu)化[J].浙江電力,2017(4).
[2] 江溢洋.M701F4燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組高壓汽包水位控制異常分析與處理[J].內(nèi)燃機與配件,2017(22).
[3] 王佳智,徐振誼,楊翔勝.三菱M701F4型燃機“一拖一”燃機調(diào)試遇到的主要問題及防范措施[J].通訊世界,2017(1):165-166.
[4] 肖軍.三菱燃機TCA冷卻系統(tǒng)水側(cè)控制優(yōu)化研究[J].工業(yè)控制計算機,2018.
[5] 馬新立,陶謙.M701F4燃氣輪機熱聲耦合燃燒不穩(wěn)定機理及對策[J].燃氣輪機技術(shù),2017(2).
(作者單位:杭州華電江東熱電有限公司)