韓 濤，徐亞濤，王順森

（1.神華國華（北京）電力研究院有限公司,北京 100025;2.西安交通大學(xué),陜西 西安 710049）

·發(fā)電技術(shù)及其他·

330 MW亞臨界供熱機(jī)組冷端優(yōu)化研究

韓 濤1，徐亞濤1，王順森2

（1.神華國華（北京）電力研究院有限公司,北京 100025;2.西安交通大學(xué),陜西 西安 710049）

針對(duì)某330 MW亞臨界供熱機(jī)組冷端運(yùn)行真空度差的問題，采用自主開發(fā)的電廠熱力系統(tǒng)模塊化集成優(yōu)化軟件對(duì)機(jī)組熱力系統(tǒng)進(jìn)行模擬，分析了循環(huán)水泵單轉(zhuǎn)速改雙轉(zhuǎn)速、增大凝汽器換熱面積、抽真空系統(tǒng)優(yōu)化等冷端優(yōu)化方案的節(jié)能效果。研究結(jié)果對(duì)同類型機(jī)組的節(jié)能改造具有一定借鑒和指導(dǎo)意義。

供熱機(jī)組；冷端；節(jié)能；凝汽器；循環(huán)水泵

0 引言

火電機(jī)組汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)由凝汽器、凝結(jié)水泵、循環(huán)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)等設(shè)備組成[1]。由于系統(tǒng)復(fù)雜，汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)普遍存在凝汽器設(shè)計(jì)不合理、循環(huán)水泵運(yùn)行效率低、抽氣設(shè)備出力不足等問題[2－3]，導(dǎo)致冷端系統(tǒng)運(yùn)行性能達(dá)不到設(shè)計(jì)值，嚴(yán)重影響機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性。凝汽器真空偏離最佳真空后，背壓每升高1 kPa，機(jī)組熱耗率增加1%，供電標(biāo)煤耗相應(yīng)增加約3 g/（kW·h）[4－5]。

本文結(jié)合當(dāng)前火電機(jī)組汽輪機(jī)冷端優(yōu)化節(jié)能降耗先進(jìn)技術(shù)[6-9]，以某330 MW亞臨界供熱機(jī)組為研究對(duì)象，采用自主開發(fā)的電廠熱力系統(tǒng)模塊化集成優(yōu)化軟件（TPIS），對(duì)機(jī)組熱力系統(tǒng)進(jìn)行模擬。研究分析了循環(huán)水泵雙速改造、增大凝汽器換熱面積、抽真空系統(tǒng)優(yōu)化等冷端優(yōu)化方案的節(jié)能效果，對(duì)同類型機(jī)組節(jié)能改造具有一定的借鑒意義。

1 機(jī)組概況

1.1 熱力系統(tǒng)

某330 MW亞臨界供熱機(jī)組的汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)有限公司（以下簡稱東汽）生產(chǎn)的亞臨界、一次中間再熱、三缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。給水回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)有3個(gè)高壓加熱器、1個(gè)除氧器（滑壓運(yùn)行）和4個(gè)低壓加熱器。除8級(jí)非調(diào)整回?zé)岢槠?，機(jī)組還設(shè)有3段工業(yè)抽汽，其中高壓工業(yè)抽汽為非調(diào)整抽汽，中壓工業(yè)抽汽、低壓工業(yè)抽汽為參數(shù)可調(diào)抽汽。汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 330 MW亞臨界供熱機(jī)組熱力系統(tǒng)圖

1.2 凝汽器

凝汽器為東汽廠生產(chǎn)的N-18600型凝汽器，采用單殼程、雙流程結(jié)構(gòu)。主凝結(jié)區(qū)頂部外圍冷卻管為920根φ25 mm×0.7 mm鈦管，其余部分安裝20 244根φ25 mm×0.5 mm鈦管；空冷區(qū)安裝1 324根φ25 mm×0.7 mm鈦管；換熱管長度均為10.54 m。

1.3 冷卻水與循環(huán)水泵

循環(huán)水系統(tǒng)為海水直流一次冷卻，每臺(tái)機(jī)配置2臺(tái)定速循環(huán)水泵，循環(huán)水泵型號(hào)為64LKXB-12型立式斜流泵。真空系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)100%容量水環(huán)真空泵，正常運(yùn)行方式為1運(yùn)1備。

1.4 凝結(jié)水泵

每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)100%容量的凝結(jié)水泵，1運(yùn)1備。凝結(jié)水泵為NLT350-400筒袋型立式多級(jí)離心泵

1.5 抽真空系統(tǒng)

真空泵為2BW4353-0EK4型真空泵，單級(jí)水環(huán)真空泵，每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)，1用1備。

2 汽輪機(jī)冷端運(yùn)行優(yōu)化

某330 MW亞臨界供熱機(jī)組運(yùn)行中存在真空度低、真空泵故障多等問題。通過對(duì)1、2號(hào)機(jī)組冷端系統(tǒng)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行核算分析表明，1號(hào)機(jī)組凝汽器實(shí)際運(yùn)行性能低于設(shè)計(jì)水平約0.6 kPa，2號(hào)機(jī)組凝汽器實(shí)際運(yùn)行性能低于設(shè)計(jì)水平約0.5 kPa。1、2號(hào)機(jī)組循環(huán)水泵耗電率超過0.9%，與先進(jìn)水平相比，循環(huán)水泵耗電率偏高0.3%左右。因此，有必要根據(jù)機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷及供熱情況，對(duì)其冷端進(jìn)行寬負(fù)荷運(yùn)行優(yōu)化研究。

2.1 循環(huán)水泵雙速改造

機(jī)組原循環(huán)水泵采用恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，循環(huán)水量無法根據(jù)運(yùn)行工況進(jìn)行調(diào)整，造成設(shè)備運(yùn)行效率低、耗電率偏高。本研究將2臺(tái)14極循環(huán)水泵電機(jī)改為14/16極雙速電機(jī)（高速時(shí)14極，低速時(shí)16極），在低負(fù)荷或低水溫下低速運(yùn)行，高負(fù)荷或高水溫下高速運(yùn)行，以滿足不同季節(jié)、不同負(fù)荷的水量需求，降低循環(huán)泵耗功。

表1對(duì)純凝工況下不同循環(huán)水泵運(yùn)行方式時(shí)機(jī)組的供電煤耗進(jìn)行了對(duì)比。由表1可知，純凝工況下，當(dāng)循環(huán)冷卻水溫16℃時(shí)，THA工況（熱耗保證工況） 下以1機(jī)1泵高速運(yùn)行方式煤耗最低，75%THA工況下以2機(jī)3泵低速運(yùn)行方式煤耗最低，50%THA工況下以1機(jī)1泵低速運(yùn)行方式煤耗最低；當(dāng)循環(huán)冷卻水溫24℃時(shí)，THA工況及75%THA工況下以2機(jī)3泵低速運(yùn)行方式煤耗最低，50%THA工況下以1機(jī)1泵低速運(yùn)行方式煤耗最低；當(dāng)循環(huán)冷卻水溫33℃時(shí)，以1機(jī)2泵高速的運(yùn)行方式煤耗最低。

表1 純凝工況下循環(huán)水泵運(yùn)行方式對(duì)比

表2對(duì)抽汽工況下不同循環(huán)水泵運(yùn)行方式時(shí)機(jī)組的供電煤耗進(jìn)行了對(duì)比。由表2可知，在抽汽工況下，當(dāng)循環(huán)冷卻水溫16℃時(shí)，無論是額定抽汽量還是最大抽汽量都以1機(jī)1泵低速的運(yùn)行方式煤耗最低；當(dāng)循環(huán)冷卻水溫24℃時(shí)，額定抽汽量下以1機(jī)1泵高速的運(yùn)行方式煤耗最低，最大抽汽量下以2機(jī)3泵低速的運(yùn)行方式煤耗最低。

循環(huán)水泵運(yùn)行優(yōu)化方案如表3所示。經(jīng)核算，純凝工況下循環(huán)水泵改造平均可降低供電煤耗1.98 g/（kW·h）；額定抽汽工況下循環(huán)水泵改造平均可降低供電煤耗0.9 g/（kW·h）。

表2 抽汽工況下循環(huán)水泵運(yùn)行方式對(duì)比

表3 抽汽工況下循環(huán)水泵運(yùn)行方式對(duì)比

2.2 凝汽器換熱管改造

通過增加換熱管數(shù)量可增大換熱面積、減少水阻、提高循環(huán)水流量，從而提高凝汽器真空度。表4給出了THA工況和額定抽汽工況下，凝汽器有效換熱面積從18 600 m2提高到22 600 m2時(shí)凝汽器性能和改造收益。由表4可知，機(jī)組改造后THA工況下凝汽器平均背壓可降到5.44 kPa，熱耗較改造前降低約30.1 kJ/（kW·h），供電煤耗降低1.19 g/（kW·h）；額定抽汽工況下凝汽器平均背壓可降到4.56 kPa，熱耗較改造前降低約16 kJ/（kW·h），供電煤耗降低0.63 g/（kW·h）。

表4 THA工況下凝汽器換熱管改造效果分析

該機(jī)組運(yùn)行中抽真空系統(tǒng)問題較多：真空泵運(yùn)行過程中噪音大、汽蝕嚴(yán)重、葉輪頻繁出現(xiàn)裂紋；凝汽器水側(cè)設(shè)計(jì)為虹吸運(yùn)行，循環(huán)水中所攜帶的不凝結(jié)氣體在凝汽器中加熱會(huì)分離出來，聚集在水室上部，而正常運(yùn)行時(shí)因?yàn)樵撎帪樨?fù)壓狀態(tài)，故而無法有效排出，造成凝汽器水室上部沒有循環(huán)水通過，凝汽器有效換熱面積減少；真空泵冷卻水壓力低、水量嚴(yán)重不足，管束清潔系數(shù)低。

本研究提出抽真空系統(tǒng)優(yōu)化措施，經(jīng)核算優(yōu)化后機(jī)組真空度可恢復(fù)到原設(shè)計(jì)值。改造方案如下。

a）將真空泵更換為結(jié)構(gòu)形式更為優(yōu)越的雙級(jí)水環(huán)真空泵，配置蒸汽噴射器以降低真空泵組的極限背壓，同時(shí)提高真空泵入口背壓，有效防止水環(huán)真空泵汽蝕。蒸汽噴射器汽源引自輔汽聯(lián)箱或回?zé)岢槠到y(tǒng)，壓力0.2～0.3 MPa，蒸汽量流量300～500 kg/h。由于機(jī)組輔助蒸汽正常運(yùn)行時(shí)無用戶，為維持輔助蒸汽溫度，需適當(dāng)打開輔助蒸汽聯(lián)箱的疏水門，這里正好可利用這部分浪費(fèi)的蒸汽。

b） 增加凝汽器水室真空泵以降低水側(cè)熱阻。從凝汽器各水室排氣管隔離門前管道旁路出1路管道，匯集后引至12.6 m層，在12.6 m層加裝1臺(tái)水室真空泵（吸入壓力-0.01 kPa，排氣量1 500 m3/h）。定期啟動(dòng)水室真空泵將水室不凝結(jié)氣體排出，維持水室頂部真空，保持凝汽器的虹吸運(yùn)行，降低循環(huán)水壓力，進(jìn)而降低循環(huán)水泵電耗。為避免水室真空泵吸入海水，水室真空泵入口管道采用水封布置，最高點(diǎn)高于水室15 m以上。

c）改造真空泵冷卻水管路系統(tǒng)，增大冷卻水流量，并采用溴化鋰制冷機(jī)或已有中央空調(diào)的冷卻水降低真空泵冷卻水溫度。

3 結(jié)論

本文通過循環(huán)水泵單轉(zhuǎn)速改雙轉(zhuǎn)速并優(yōu)化運(yùn)行方式、增大凝汽器換熱管束數(shù)量、抽真空系統(tǒng)優(yōu)化等措施來改進(jìn)機(jī)組冷端工作性能，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的寬負(fù)荷高效運(yùn)行。主要結(jié)論如下。

a）通過對(duì)循環(huán)水泵雙速改造及不同運(yùn)行方式比較，提出了循環(huán)水泵運(yùn)行優(yōu)化方案。純凝工況下循環(huán)水泵改造平均可降低供電煤耗1.98 g/（kW·h），額定抽汽工況下平均可降低供電煤耗0.9 g/（kW·h）。

b） 凝汽器換熱管改造后THA工況下凝汽器平均背壓可降到5.44 kPa，降低供電煤耗約1.19 g/（kW·h）；額定抽汽工況下凝汽器平均背壓可降到4.56 kPa，降低供電煤耗約0.63 g/（kW·h）。

c）通過更換雙級(jí)水環(huán)真空泵、加裝蒸汽噴射器、增加凝汽器水室真空泵及真空泵冷卻水管路改造，可使機(jī)組真空度恢復(fù)到原設(shè)計(jì)值。

[1]崔育奎，劉網(wǎng)扣.國外火電機(jī)組汽輪機(jī)冷端節(jié)能降耗先進(jìn)技術(shù)[J].熱力透平，2015，44(1):35-38.

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Cold End Optimization of a 330 MW Subcritical Heat-supply Power Unit

HAN Tao1,XU Yatao1,WANG Shunsen2
（1.Shenhua Guohua(Beijing)Electric Power Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100025,China; 2.Xi'an Jiaotong University,Xi'an,Shaanxi710049,China）

Aiming at the problem of low vacuum degree of the cold end,a 330 MW subcritical heat-supply power unit has been simulated with the help of the self-developed thermal power integration software.Different optimization schemes,such as the dual-speed retrofit of the motor of circulating water pump,the increase of the heat transfer area of the condenser and the optimization of the vacuum-pumping system,are proposed.The energy-saving effect of those schemes is also analyzed.The research results provide references for the energy-savingretrofit ofsimilar power units.

heat-supply;cold end;energy-saving;condenser;circulatingwater pump

TM621

B

1671-0320（2017）02-0047-04

2016-12-21，

2017-01-10

韓 濤（1984），男，江蘇徐州人，2012年畢業(yè)于中國科學(xué)院工程熱物理研究所工程熱物理專業(yè)，博士，工程師，從事燃煤清潔高效發(fā)電技術(shù)研究工作；

徐亞濤（1966），男，山西太原人，1988年畢業(yè)于太原理工大學(xué)汽輪機(jī)專業(yè)，高級(jí)工程師，從事汽輪機(jī)研究工作；

王順森（1976），男，河南澠池人，2010年畢業(yè)西安交通大學(xué)動(dòng)力機(jī)械及工程專業(yè)，博士，副教授，從事汽輪機(jī)沖蝕、流場測量等研究。