三菱M701F4燃气轮机联合循环机组TCA冷却系统水侧的优化策略探析

阳飞

【摘 要】TCA系统是三菱M701F4燃气轮机组独有的，是将冷却水系统中产生的热量进行利用，以此做到对全部联合循环效率的提高。本文通过对TCA系统的配置情况进行分析，同时结合三菱M701F4的系统实际配置情况，对TCA冷却水侧系统的优化措施进行研究，希望可以最大程度的提高系统在进行联合循环时的工作效率，同时降低系统的电能消耗。达到对三菱M701F4燃气轮机的冷却水TCA系统的优化目的。

【关键词】三菱M701F4燃气轮机;循环机组;TCA冷却系统水侧;优化策略

在现阶段燃气机轮的透平转子的使用中往往会产生较高的热量，因此需要用相应的降溫冷却技术使其的工作寿命得以延长。TCA冷却水侧系统是现阶段三菱公司销售较多的一种M701F4燃气轮机组中国使用的冷却系统，三菱公司在冷却系统一方面的研究成果和研究经验均较为成熟，同时，三菱公司使用的TCA冷却水侧系统均使用这一典型设计。

一、TCA冷却水侧系统的典型设计

三菱公司使用的TCA冷却水侧系统均采用一种经典款式的系统设计方法，具体示意图如下图1所示。

此种TCA冷却水侧系统设计方式上有两个特点：

第一点为，三菱公司的TCA冷却水侧系统的冷却水和高压省煤器的进水使用的是同一高压给水泵。

第二点为，TCA冷却水侧系统的冷却水在TCA冷却系统中先与高压省煤器的出水口汇合，之后通过LCV控制阀让其进入高压汽包中。同时高压给水泵的进口处有分别来自凝结水和低压汽包的二路水，这两路水中间设有调节门，以便在有机组预热的状态或者温态状态时，将低压汽包中水温较高的凝结水作为TCA的冷却水，保障高压泵的进水口温度小于60摄氏度。

同时为了保障高压省煤器中水在TCA冷却器中的水有相同的压差，该系统中的高压省煤器前方设置了一个增压阀。为了防止TCA冷却器中出现闪蒸的情况，其内一定需要保持一定的冷却水流量，同时在副流量控制阀方面，系统会保障在主流量控制阀出现问题时，确保系统TCA冷却器中有足够的冷却水流进。而且在TCA冷却器前设置了紧急关断阀，即当冷却器出现泄漏时，可以紧急将系统进行关闭，防止由于泄漏出现的水进入气侧。系统的紧急关断门边上设有小旁路，防止在系统投入使用前充压时出现的水锤现象。

二、典型设计中存在的问题

尽管典型设计中大多已较为完善且合理，但是在部分区域中进行推敲，典型设计也并非完美的。第一点便是TCA冷却器水侧压力较高，使得高压给泵受到的牵制耗能太高，尤其是负荷较低的情况下更是十分严重。因此，从节能的角度上来看，高压泵需要在为高压省煤器供给的同时还要为TCA冷却器提供冷却水，同时为了防止TCA冷却器水侧管道内出现闪蒸的情况，三菱公司要求系统在设计时冷却器面的出口压力必须小于水侧出口对应的饱和压力。

而当机组从满负荷向着部分负荷变化时，流量产生减少，同时在高压主汽的压力也随之降低，但是TCA冷却器的出水口水温却在增加，为了保障TCA冷却器的水侧不发生汽化现象，这便需要高压给泵出口压力增加。第二点是因为高压汽包的液位控制阀LCV在高压省煤器后面，所以在任何时间只要高压给泵处于运行过程中，高压省煤器便需要承受16MPa以上的压力，对高压省煤器的要求因此也就越来越高。第三点为TCA水侧流量的调节阀FCV-2在调节过程中会和高压汽包的液位控制阀LCV产生干扰，因此调试的过程十分困难。

三、TCA冷却系统典型设计的优化措施

基于现阶段三菱公司TCA冷却系统设计工作中存在的问题，对系统设计方面进行优化措施：首先便是对TCA冷却水出口温度进行降低。从节能的角度来看，离心泵的功率和流量以及扬程是成正比的，同时因为TCA冷却水出口处的温度较高，导致高压给泵的耗能压力较大。再根据能量转换定律计算，降低TCA冷却水出水口温度的方法还有：增加TCA冷却器的换热面积，增加TCA冷却水的流量，降低TCA冷却水的进口温度。这三种方法均能对系统的耗能压力进行分担，同时降低系统中TCA冷却水的出口温度，以及降低TCA冷却水侧的压力，增加系统的使用寿命。

其次是增加系统中独立的TCA泵，这种方法是降低TCA冷却水出口温度之外的另一种节能的方法，这一方法的主要思路是TCA冷却水侧对压力要求高，但是其流量较小，如果三菱公司将这部分水分离并单独把其作为一个循环系统，这种方法可以将压力较低高压给水进行分担，降低高压给水的压力，同时系统的其他部分仍和之前的方法一致，这样既能降低系统中的能量消耗和系统压力，同时还能增加系统的使用寿命。

再次是TCA泵使用的特点便是扬程较大，流量较小，因此若使用普通的泵，使用的效率较低，所以如果想要保证TCA冷却水的出口温度，便需要让高压水泵在TCA冷却系统停机后仍运行一段时间，降低系统的能源消耗。

结束语：综上所述，三菱公司的M701F4燃气轮机组中使用的TCA冷却系统虽然使用的系统设计为经典，但是仍存在一定的问题，尤其是对于能量损耗这方面，如何将节能效益最大化，并不仅仅体现在经济效益方面，因此，如何在TCA冷却器的系统方面进行能量的控制优化是现在三菱公司重点进行攻关的课题，加强系统TCA冷却系统水侧的优化，是现今节能减排大环境中公司必须重视的问题，而且三菱的典型系统配置，水冷式TCA系统对高压给水泵的压头要求较高，使得机组运行的电耗增加。为了在确保机组联合循环效率的同时尽可能地降低电耗。

参考文献：

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（作者单位：杭州华电江东热电有限公司）