【摘 要】
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引言：电厂的运作是将热能转换为动能，然后再将动能转换为电能，如能将热能充分利用，不但可提高效率降低成本，更能降低电厂营运对环境的冲击。本文即是针对电厂两大热交换器--热回收锅炉及冷凝器做性能评估，并使热能充分利用。 一、复循环发电 复循环发电顾名思义是由两个热力循环（Braytoncycle与Rankinecycle）组合而成的发电系统，传统火力机组与复循环机组发电。复循环机组因具有建厂速度快
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引言：电厂的运作是将热能转换为动能，然后再将动能转换为电能，如能将热能充分利用，不但可提高效率降低成本，更能降低电厂营运对环境的冲击。本文即是针对电厂两大热交换器--热回收锅炉及冷凝器做性能评估，并使热能充分利用。
一、复循环发电
复循环发电顾名思义是由两个热力循环（Braytoncycle与Rankinecycle）组合而成的发电系统，传统火力机组与复循环机组发电。复循环机组因具有建厂速度快（仅须二年即可完成）、环境污染低（以天然气为燃料，CO2排放量为燃煤汽力机组的一半，且无煤灰处理问题）等优点，是未来发电的主流。但其燃料成本甚高，约为燃煤的3倍，因此如何将热能充分使用，以降低营运成本，是电厂一直在努力的目标。
电厂复循环机组是3对1批配（3台气涡轮机对1台蒸汽轮机），共有15台气涡轮机及5台蒸汽轮机。以天然气为燃料，天然气与高压空气混合燃烧后进入气涡轮机做功，热回收锅炉是将气涡轮机做功后的热燃气（约567℃、324kg/sec）回收再利用的设备，其功用是将冷凝水逐步加热至约为7.8MPA、537℃的过热蒸汽去驱动蒸汽轮机（Rankinecycle---172MW/perunit×1unit）。复循环机组发电流程如图1。
图1电厂复循环机组发电流程图 图2电厂热回收锅炉现场外观图
二、热回收锅炉的炉管
热回收锅炉的炉管为交错式圆鳍管，现场外观如图2。
管外是圆形鳍片式，工作流体为热燃气，温度范围为560℃→100℃。管内是平滑管，工作流体为水或蒸汽，温度范围为60℃→540℃。锅炉共分成7个区域：1.预热节能器、2.低压蒸发器、3.低压过热器、4.高压节能器、5.高压蒸发器、6.高压过热器-1、7.高压过热器-2。预热节能器及高压节能器是将低温水加热成高温水，低压蒸发器及高压蒸发器是将饱和水加热成饱和蒸汽，低压过热器及高压过热器-1是将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，高压过热器-2是将过热蒸汽加热成更高温过热蒸汽。总括而言，热回收锅炉的加热过程是：
低温水→高温水→饱和蒸汽→过热蒸汽。管内的水或蒸汽是经过很严格的水处理，其硅土（SiO2）含量需小于40ppb，因此管内壁较不易结垢。管外流体为热燃气，由于没有吹灰设备，管外积垢在运转中无法立即清理，长期运转后，炉管积垢将影响热回收锅炉性能，必须定期以干冰吹除管壁上的积垢。因此需建立评估方法，以做为平时及大修时锅炉保养之依据。本软件除可执行热回收锅炉性能评估及尺寸设计外，亦可执行管壁清洁度计算，让维修人员判断何时必须进行清管作业，以及评估清管作业之后的效果。
三、冷凝器
在火力及核能电厂中，冷凝器是一个很重要的热交换器，其主要功能是将低压汽机做功后的蒸汽（干度约为0.91～0.98）凝结为水，再由冷凝水泵将凝结水打回锅炉系统加热循环。因此冷凝器必须能够将蒸汽完全凝结成水，但凝结水亦不宜过度冷却以免降低机组效率。冷凝器在电厂热能散失比例约占49%，如表1。
表1：汽力发电厂热能之利用及散失比例
项目
消耗热（kcal/kwh）
百分比（﹪）
1冷凝器损失
1159
49.4
2烟囱出口燃气
122
5.2
3厂内用电
106
4.5
4燃料残余热量
16
0.7
5其余（机组各部份辐射、蒸汽泄放、冲放水、摩擦损失）
82
3.5
6理想热耗率
860
36.7
合计
2345
100
由表1可知，500MW的机组，满载运转时其冷凝器一天必须排放出1.4×1010kcal的热能，因此目前火力电厂均需吸取大量的水作为冷凝器的冷却水。冷凝器管内的工作流体是水，管外侧为饱和蒸汽。水常使冷凝器管因腐蚀而穿孔破管，此时必须尽快将该支破管隔离，以防止水流入冷凝水侧进入锅炉，避免炉管亦受氯浸蚀破管甚至整个锅炉因而报废。因此冷凝器之运转管数在运转时是会逐渐减少的。再者，当管子数目降至某个数量时，必须利用大修时将破漏的管子抽出，更换新的管子（有时亦会考虑更换管材），否则冷凝器将因容量不足，造成汽轮机背压太高，汽轮机效率因而大幅下降，甚至造成机组无法满载发电。本软件可执冷凝器的性能评估，让值班人员充分掌握冷凝器运转状况，及让维修人员对何时换管做正确的决定。
四、总结
电厂冷凝器建造完成后，其空间大小及端板孔径均已固定，所以管外径、管长均无法再改变。因此冷凝器的维修换管只能更改材质、管厚（B.W.GBirminghamWireGauge）、管数。本软件可执行冷凝器的尺寸设计，在固定管外径及管长之下，对于不同之管材，执行管内径及管数之设计。
冷凝器之运转压力即为汽机排汽压力。汽机排汽压力高表示汽机的背压高，将使汽机出力降低。影响冷凝器运转压力的因素很多，如机组负载、水进口温度、循环水泵运转台数等。通过对可执行冷凝器运转压力的计算，让值班人员模拟各种情况，使机组运转在最佳状况。
（作者单位：塔西南电力工程部轮南项目部）
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