陳 裕

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 華東分公司, 合肥 230022)

運(yùn)行與改造

凝汽器喉部排汽優(yōu)化改造的實用性分析

陳 裕

(中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 華東分公司, 合肥 230022)

為了降低汽輪機(jī)的排汽壓力，以某電廠改造項目為例，以熱力性能試驗為依據(jù)，具體分析凝汽器喉部排汽優(yōu)化的節(jié)能能力和經(jīng)濟(jì)價值。

凝汽器； 排汽優(yōu)化； 節(jié)能

Abstract： To reduce the exhaust pressure of a steam turbine in the retrofit project of a power plant, the energy-saving potential and economic benefit were analyzed for exhaust mode optimization of its condenser throat, based on the results of relevant thermodynamic performance tests.

Keywords： condenser; exhaust mode optimization; energy saving

現(xiàn)代汽輪機(jī)組的凝汽器是一種大而復(fù)雜的換熱器，凝汽器工作性能一般以在給定熱負(fù)荷及冷卻水條件下的排汽壓力作為指標(biāo)，即真空度。降低汽輪機(jī)排汽壓力是電廠提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性、實現(xiàn)節(jié)能減排最直接、最有效的方法之一。通過排汽通道優(yōu)化，促使汽輪機(jī)排汽在進(jìn)入凝汽器冷卻管束時的流場分布盡量合理，可充分發(fā)揮凝汽器冷卻管的有效換熱面積、增加凝汽器實際總體傳熱系數(shù)，最終達(dá)到降低汽輪機(jī)排汽壓力、提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的目的。對此，國內(nèi)外普遍進(jìn)行了凝汽器排汽優(yōu)化改造的嘗試，利用數(shù)值模擬計算獲得一系列行之有效的強(qiáng)化換熱技術(shù)[1]。筆者以凝汽器熱力性能試驗為手段，具體考核凝汽器喉部排汽優(yōu)化改造的節(jié)能空間及經(jīng)濟(jì)價值，論證了同類案例中凝汽器優(yōu)化改造方案的可行性。

1 節(jié)能原理

優(yōu)化低壓缸排汽是在凝汽器內(nèi)部的流場進(jìn)行。在凝汽器喉部，根據(jù)原有的實際結(jié)構(gòu)，采取安裝導(dǎo)流板的辦法，將集中于發(fā)電機(jī)端和汽輪機(jī)端的排汽汽流向凝汽器中部適度引導(dǎo)，減少排汽渦流，使低壓缸排汽流場趨于合理、凝汽器換熱管的熱負(fù)荷更均勻、熱交換能力能夠更好發(fā)揮，從而提高凝汽器真空[2]。

2 改造方法

汽輪機(jī)排汽通道優(yōu)化改造以數(shù)值模擬研究為指導(dǎo)，依靠模擬計算結(jié)果指導(dǎo)設(shè)計定型和布置，通過改變模型或布置方案反復(fù)試驗，尋找優(yōu)化結(jié)果。

在實施排汽通道優(yōu)化改造前，需根據(jù)要求改造的機(jī)組低壓缸、凝汽器喉部、凝汽器圖紙建立包括汽輪機(jī)末級在內(nèi)的整個排汽通道模型(見圖1)，此模型考慮了喉部內(nèi)抽汽管道、低壓加熱器、內(nèi)部支撐管，以及軸封供/抽汽管道等的影響，并由此利用軟件計算出凝汽器管束入口蒸汽流場。根據(jù)該流場分布情況，在排汽通道數(shù)值模型的不同位置設(shè)置導(dǎo)流板，重新利用軟件計算管束入口蒸汽流場，然后重新調(diào)整導(dǎo)流板的布置方式，再次計算，如此循環(huán)，直至得到理想的管束入口蒸汽流場為止，對應(yīng)的導(dǎo)流板布置方案即為排汽通道改造的最優(yōu)化方案。

圖1 汽輪機(jī)排汽通道模型

在通過數(shù)值模擬得到最優(yōu)化技術(shù)方案后，對導(dǎo)流板模塊進(jìn)行工業(yè)設(shè)計、加工，同時依據(jù)低壓缸排汽通道圖紙進(jìn)行實施方案的工程設(shè)計(見圖2)。

圖2 凝汽器喉部改造后示意圖

3 案例驗證

以某660 MW電廠改造案例為例，根據(jù)DL/T 1078—2007 《表面式凝汽器運(yùn)行性能試驗規(guī)程》，制定相應(yīng)改造前后試驗方案，通過計算機(jī)組整體熱耗率，反推凝汽器熱負(fù)荷及循環(huán)水流量等參數(shù)。

3.1 凝汽器熱負(fù)荷

NGen-NGloss-QAux

(1)

式中：QCond為凝汽器熱負(fù)荷，kJ/s；qHR為汽輪機(jī)熱耗率，kJ/(kW·h)；NGen為發(fā)電機(jī)輸出功率，kW；dQ為散熱損失，%；NGloss為發(fā)電機(jī)損失，kW；QAux為進(jìn)出系統(tǒng)的輔汽能量，kJ/s。

3.2 循環(huán)水流量

(2)

式中：WT為循環(huán)水流量，kg/s；ΔT循環(huán)水溫升，K；cp循環(huán)水比熱容，kJ/(kg·K)。

3.3 冷卻管內(nèi)平均流速

(3)

式中：v為冷卻管內(nèi)平均流速，m/s；N為冷卻管數(shù)量；NPlug為堵管數(shù)量；Z為流程數(shù)量；Do為冷卻管外徑，mm;δ為冷卻管壁厚，mm；ρ為冷卻水密度，kg/m3。

3.4 試驗總體傳熱系數(shù)

(4)

式中：KT為試驗總體傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；A為凝汽器有效傳熱面積，m2；tw1為循環(huán)水進(jìn)水溫度，℃；tw2為循環(huán)水出水溫度，℃；ts為凝汽器壓力對應(yīng)飽和溫度，℃。

3.5 HEI總體傳熱系數(shù)

KHEI=K0×βt×βm

(5)

式中：KHEI為HEI基本傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；K0為基本傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；βt為冷卻管水溫修正系數(shù) ；βm為冷卻管材質(zhì)和壁厚修正系數(shù)；Cd為冷卻管外徑系數(shù)，查表。

3.6 凝汽器清潔系數(shù)

(6)

式中：CT為試驗清潔系數(shù)。

3.7 凝汽器傳熱系數(shù)的修正

KC=KT×FW×Ft

式中：KC為修正后試驗傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；FW為流量修正系數(shù)；Ft為循環(huán)水溫修正系數(shù)。

3.8 凝汽器壓力的修正

修正至設(shè)計的循環(huán)水流速、循環(huán)水進(jìn)水溫度條件下的凝汽器壓力：

tsC=t1D+Δtc+δtc

(7)

式中：tsC為修正后飽和壓力對應(yīng)飽和溫度，℃;t1D為設(shè)計循環(huán)水進(jìn)水溫度，℃；Δtc為修正至設(shè)計循環(huán)水流量下的循環(huán)水溫度，K；δtc為修正至設(shè)計循環(huán)水溫度和流量下的端差，K；GWT為試驗中循環(huán)水流量，kg/s；cpT為試驗循環(huán)水的比熱容，kJ/(kg·K)。

經(jīng)試驗總傳熱系數(shù)、HEI總體傳熱系數(shù)、凝汽器清潔系數(shù)及凝汽器壓力等各項修正后的結(jié)果見表1。

表1 試驗計算結(jié)果

在機(jī)組660 MW滿負(fù)荷純凝工況，以及循環(huán)冷卻水溫度為33.34 ℃、冷卻水流量為73 969 m3/h的基準(zhǔn)條件下，低壓缸排汽通道優(yōu)化改造前凝汽器平均壓力為8.109 kPa，低壓缸排汽通道優(yōu)化改造后凝汽器平均壓力為7.776 kPa，低壓缸排汽通道優(yōu)化改造后凝汽器平均壓力較改造前降低約0.334 kPa。

4 經(jīng)濟(jì)和環(huán)境評價

以此660 MW機(jī)組為例，在其他條件不變的情況下，汽輪機(jī)背壓每降低1 kPa，熱耗下降1%左右，對應(yīng)的發(fā)電煤耗下降約3.2 g/(kW·h)；以年運(yùn)行時間6 500 h、排汽壓力平均降低0.3 kPa計算，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤(鍋爐效率和管道效率分別取92%和99%)為4 522 t，標(biāo)煤單價按700元/t，則年節(jié)約燃煤費(fèi)用約316.5萬元。與此同時，按燃燒1 t標(biāo)煤約排放2.3 t CO2計算，則電廠年減排二氧化碳10 400.6 t。

5 結(jié)語

目前，國內(nèi)汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)大多緊湊，但實際運(yùn)行中，汽輪機(jī)排汽在凝汽器內(nèi)的流場分布不均勻，在一定程度上制約了凝汽器的冷卻效果。凝汽器喉部排汽優(yōu)化改造一方面可以挖掘出相當(dāng)冷端節(jié)能的潛力，另一方面減少了對環(huán)境二氧化碳的排放，投資回報率也相當(dāng)?shù)目捎^。因此，這種改造方式值得應(yīng)用在一些國內(nèi)的300 MW和600 MW機(jī)組上。

[1] 郭玉雙,趙寶珠,張延峰. 300 MW汽輪機(jī)凝汽器喉部段通道改造研究[J]. 熱力透平,2003,32(3):156-159.

[2] 劉曉鴻,晏濤. 330 MW汽輪機(jī)低壓缸排汽通道優(yōu)化改造[J]. 熱力發(fā)電,2012,41(1):79,86.

RetrofitAnalysisforExhaustModeOptimizationofaCondenserThroat

Chen Yu

(East China Branch, China Datang Corporation Science and Technology Research Institute,Hefei 230022, China)

2016-08-19；

2016-10-31

陳 裕(1987—)，男，工程師，從事火電廠汽輪機(jī)及其輔機(jī)熱力性能試驗、節(jié)能評估、科技研發(fā)等相關(guān)工作。

E-mail: 270207638@qq.com

TK264.11

A

1671-086X(2017)05-0353-03