２００９年第２期广西电力
循环水系统冷端优化计算探讨
ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎＯｐｔｉｍａｌＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎ
ｏｆＣｏｌｄＥｎｄｏｆＣｉｒｃｕｌａｔｉｏｎＷａｔｅｒＳｙｓｔｅｍ．
杨明
ＹＡＮＧＭｉｎｇ
（广西电力工业勘察设计研究院，广西南宁５３００２３）
摘要：以某海边电厂２×６６０ＭＷ机组为例，采用一种更为全面的优化思路，剖析循环水系统冷端优化，分析优化中背压的重要性，取舍循环水管（沟）断面尺寸和循环水泵台数等变量，合理的简化优化计算，得出更符合电厂实际的冷端配置。关键词：冷端优化；背压；热耗；煤耗法；微增功率法中图分类号：Ｔｌ＜２１２．＋２文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１—８３８０（２００９）０２—００７１—０３
０引言
火力发电厂的循环水系统冷端优化计算是可研
设计深度规定中必须编写的专题报告，中华人民共和国电力行业标准ＤＬ／＂Ｉ＂５３３９＿２００６《火力发电厂
水工设计规范》中对于循环水系统冷端的优化计算也作出了许多原则性和硬性的规定。对于优化计算
思路和优化结果的选取各个设计院均不尽相同。以下是笔者对优化计算的理解，与各位同行探讨，希望
形成一个统一合理的优化计算思路。
１优化的目的和可变参数的选择
火力发电厂水工设计规范建议冷端优化采用年费用最小法。冷端优化的目的是优化选择循环水系
统的设备（包括有凝汽器、循环水泵、循环水管、循环
水沟、冷却塔），使电厂的年费用最低。根据ＤＬ／Ｉ＂５３３９—２００６《火力发电厂水工设计
规范》的要求，优化计算时考虑的主要可变参数有：汽轮机背压、冷却水量即冷却倍数；凝汽器的换热面
积、流程数、壳体与背压个数；凝汽器冷却水管材质、
管径、壁厚、根数和长度；循环水泵台数；循环水管、沟的断面尺寸；冷却塔的参数等。对于这些参数如
果全部组合在一起，可变量太多，冷端优化将非常复杂，计算工作量非常庞大。
对于循环水管、沟断面尺寸的优化主要体现在
一方面循环水管、沟的断面尺寸改变后引起循环水管、沟土建及安装费用的变化，另一方面循环水管、
沟的断面尺寸引起循环水泵扬程变化，进而引起的
收稿日期：２００８—１１—０９；修回日期：２００９—０２—０４循环水泵电机设备费用和运行费用变化，不同循环
水管、沟断面尺寸进行比较，年费用最少者为优。循环水管、沟的断面尺寸比较其重要的前提条件是假
定循环水量不变，其优化对于汽轮机背压、冷却倍
数、凝汽器面积和冷却塔的优化结果来说，年费用会
产生变化，但此变化为共同误差，对汽轮机背压、冷却倍数、凝汽器面积和冷却塔的优化趋势和结论不
产生影响，故可以先不参与到汽轮机背压、凝汽量、
冷却倍数和凝汽器面积优化中。对于循环水泵台
数，凝汽器冷却水管的材质、管径和壁厚的优化同理，也可先独立出来进行优化比选。
对于多背压凝汽器，许多文献均有研究。对于
大型机组采用三背压凝汽器与双背压凝汽器相比，没有明显差异。双背压与单背压凝汽器相比，机组
运行背压低Ｏ．２～０．３ｋＰａ，运行经济效益好，特别
是长年运行冷却水温较高时运行经济性更加明显。
大型汽轮机发电机组宜优先选用双背压凝汽器。
根据对以上各可变参数的分析，影响冷却端优化的参数只剩汽轮机背压、冷却倍数、凝汽器面积和
冷却塔淋水面积，这些可变参数就是冷端优化的核
心参数，冷端优化计算时可简化为汽轮机背压、冷却倍数、凝汽器面积和冷却塔的优化。
２优化计算的思路和步骤
冷端优化的核心参数中最重要的是汽轮机背
压，汽轮机设计的年均额定背压值的选择直接关系
到整个发电机组的经济性、合理性和优化结果。
万方数据广西电力２００９年第２期
循环冷却水进入凝汽器，使得汽轮机末端排汽冷凝成凝结水，以建立和维持汽轮机末端的真空，从
而稳定汽轮机的运转来带动发电机发电。对于１台
机组，汽轮机的每一个额定设计背压值都对应一个
额定出力的额定热耗和额定排汽量（额定汽耗），也
就是说，额定设计背压值确定后，额定出力时的额定
热耗和额定排汽量（额定汽耗）是一个定值（对每个汽轮机厂家而言）。当额定设计背压改变时，额定出
力时的额定热耗和额定排汽量（额定汽耗）将改变，
同时为了维持额定背压的冷端（如循环水量、凝汽器
面积和冷却塔等）都将发生改变。当额定热耗和额定汽耗改变时，煤耗也将改变，相应的锅炉本体及配
套设备、汽轮机本体及配套设备、上煤除灰及除盐水
均会发生变化。所以说汽轮机设计的年均额定背压是冷端优化参数中核心的核心。
现在一般工程的燃料费用约占发电成本的
６０％左右，选取合理的额定煤耗是电厂经济运行的重要因素，而额定煤耗由额定背压决定，所以额定背压的选取至关重要，在给定额定背压值（或给定额定
凝汽量）的前提下进行的冷端优化计算，不能算是真正意义的冷端优化，其结果也是有限的优化。
下面以某沿海电厂２×６６０ＭＷ机组工程为
例，试析冷端优化。该电厂循环水以海水为冷却水
源，采用直流供水系统。该电厂采用国内成熟的
６６０ＭＷ机组，通过与汽机厂的沟通，确定了双背
压、单流程、凝汽式机组和凝汽器的管材和管径，再
根据温排水数模计算结果确定取水口年均水温
２５．４℃。根据场地条件，确定了循环水系统的布置
后，首先对循环水管、沟断面优化确定采用ＤＮ３２００循环水管和３．０ｍ×３．０ｒｒｌ的循环水沟，对循环水
泵台数进行了比较，选用１机３泵，接着展开了核心
参数的优化计算。
①首先根据汽轮机提供的多组额定背压、额定凝汽量和额定热耗的数据，选取了额定背压为５．９
ｋＰａ，６．０ｋＰａ，６．１ｋＰａ，６．２ｌｄＰａ４组数据如表１。
表１不同额定背压、ＴＨＡ工况下的汽轮机热力数据表
②以表１额定背压分别作为设计的年均背压，
通过可变参数凝汽器面积和冷却倍率确定多种配置方案，在每个假定的年均背压下配置方案如表２。
表２不同年均背压下冷端参数配置表③上述每种配置方案在每月不同的水文条件下
计算得到每月不同的背压，再根据背压对微增功率曲线或背压对热耗曲线得到每月不同的微增功率或
热耗，从而得到该配置方案下月运行费用，加上循环水泵月运行费用后汇总得年运行费用，再与循环水
管、沟和凝汽器的年固定分摊费用相加得到该配置
方案的年费用。对各配置方案的年费用排序，每种背压下的配置取前３名，如表３。
表３不同年均背压下年费用表
万方数据２００９年第２期广西电力７３
④上述是在假定年均额定背压情况下计算的结果，但假定的年均额定背压不同，其额定功率的热耗
值不同，其额定的煤耗也不同，主机及辅机的选型和运行费用也有差异，需要进一步修正。当年均额定
背压值设定为５．９ｋＰａ或６．２ｋＰａ时，发电机本体、
锅炉本体、锅炉配套辅机（磨煤机、各种风机）、汽轮机本体、凝结水泵、除尘器、精处理的选型均不受影
响，但锅炉、汽机和上煤除灰设备的运行费用略有差
异。额定背压不同，额定煤耗和辅机设备年运行费
用的差异见表４。
表４不同额定背压时额定煤耗和辅机设备年运行费用的差异表
⑤将年均额定煤耗和辅机设备年运行费用的差
异代人第３步每种配置方案的年费用中，得到修正后的年费用如表５。
表５不同年均背压下修正后年费用表
⑥从上面计算可知，在没有对年费用进行修正
前，背压６．２ｋＰａ的组合最优，设备投资分摊的费用
占主要因素，运行费用占次要因素，优化结果向高背
压方向倾斜。对年费用进行修正后，增加了额定煤耗的影响，煤的年费用起了作用，修正后的结果向低
背压方向移动，最后以背压６．０ｋＰａ的组合最优。再通过对煤价进行敏感性分析可知，当煤价上升时，煤的年费用上升，年运行费用占主要因素，优化结果
向低背压倾斜；当煤价下价时，煤的年费用降低，设备的投资费用占主要因素，优化结果向高背压倾斜。
⑦最后对最优冷端设备配置方案进行核算，以
保证汽轮机组的最大出力，即在最高的冷却水温条
件下，保证汽轮机的背压不超过满负荷运行时的最高允许值。
３微增功率法和煤耗法
根据以上优化计算的思路，其微增功率法与煤耗
法的不同之处在于第３步，在计算月运行费用时，若采用背压对微增功率曲线，则表示在进汽量不变的情况
下，背压引起微增功率的变化，是通过发电量的变化来
体现每月运行费用的差异。若采用背压对热耗的曲
线，则表示在发电量不变的情况下，背压引进热耗不同即进汽量不同，最终体现在燃煤量不同来体现每月运
行费用的差异。这两种方法是从不同方面来体现每月
运行费用的差异，两种方法的月运行费用的结果不同，但变化趋势是相同的，不会影响优化计算的结论。
４结束语
循环水系统冷端优化思路总结如下：
①优化比选出凝汽器的背压个数，凝汽器冷却水管材质、管径和壁厚。
②确定循环水系统布置，比选循环水泵台数、循
环水管、沟的断面尺寸。③收集汽轮机热力数据、微增功率曲线或热耗
曲线，对不同假定背压的各种配置方案进行年费用排序。
④对各配置方案的年费用进行额定煤耗和辅机
设备年运行费用的修正，并进行排序。
⑤对固定投资或年运行费用影响较大的参数（如冷却塔淋水面积、煤价、凝汽器面积）进行敏感性
分析，得出结论。
参考文献：［１］ＤＬ／Ｔ５３３９－－－２００６，火力发电厂水工设计规范［Ｓ］．［２］杨平正．大型机组多背压凝汽器的研究［Ｒ］．西安：西北电力设计院，２００６．［３］徐传海．多背压凝汽器选型计算及建议［Ｒ］．武汉：中南电力设计院，２００５．［４】任一峰．多背压凝汽器浅论［Ｒ】．上海：上海动力设备有限公司。１９９９．
［５］龙国庆．冷却端优化专题报告［Ｒ］．广州：广东省电力
设计院，２００６．
万方数据