盧承斌

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102)

汽輪機(jī)系統(tǒng)中，凝汽器真空是對(duì)效率影響最大的因素，也是機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中最易偏離設(shè)計(jì)值的參數(shù)，常常是技術(shù)人員需要診斷分析和運(yùn)行優(yōu)化的內(nèi)容。影響真空的因素眾多，牽涉到多個(gè)分系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，同時(shí)各因素間又互相牽聯(lián)，使得問題的原因更加復(fù)雜，給分析人員帶來較大的困難。

某廠1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)汽輪機(jī)系東方汽輪機(jī)廠引進(jìn)日立技術(shù)生產(chǎn)制造的超臨界600 MW凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為CLN600-24.2/538/566，2005年陸續(xù)投運(yùn)。2011年以來，尤其是進(jìn)入夏季后，全廠3臺(tái)機(jī)組的真空，相比去年同期有明顯下降。與循環(huán)水取水位置相近沿江電廠的同類型機(jī)組相比，在同等負(fù)荷下，真空偏低超過1 kPa。在氣溫較高的條件下，機(jī)組已無法帶高負(fù)荷，對(duì)滿足電網(wǎng)的負(fù)荷要求以及機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性帶來顯著影響。

1 主要設(shè)備概況

主機(jī)額定技術(shù)參數(shù)：發(fā)電機(jī)功率600 MW，主蒸汽壓力24.2 MPa，主蒸汽溫度538℃，再熱蒸汽溫度566℃，凝汽器壓力4.9（4.4/5.4）kPa。

凝汽器技術(shù)參數(shù)：型號(hào)N-38000型,VWO工況設(shè)計(jì)循環(huán)倍率63，循環(huán)水溫升不超過10℃，設(shè)計(jì)水溫20℃。凝汽器設(shè)計(jì)端差4.78℃，循環(huán)水流量66 024 m3/h，管子總水阻71 kPa。循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)有反沖洗管路，運(yùn)行中可通過反沖洗管進(jìn)行半側(cè)沖洗。凝汽器管束材料為TP317L的不銹鋼管，總有效冷卻面積不小于38 000 m2。凝汽器冷卻管總數(shù)量36 976根，具有5%以上的堵管冗余量，而不影響機(jī)組帶負(fù)荷能力。

抽真空系統(tǒng)配置3臺(tái)納西姆真空泵廠生產(chǎn)的2BE1-353-0型水環(huán)式真空泵，正常運(yùn)行工況下二運(yùn)一備。其中2號(hào)/3號(hào)機(jī)增加了大氣噴射器。每臺(tái)機(jī)組配置2臺(tái)循環(huán)水泵，是長沙水泵廠生產(chǎn)的80LKXA-19.5型混流泵。水泵銘牌工況點(diǎn)（夏季工況，2臺(tái)泵并列運(yùn)行），單臺(tái)泵流量10 m3/s，揚(yáng)程19.50 m，效率≥87%，軸功率2 154 kW，轉(zhuǎn)速370 r/min。夏季循環(huán)水用水量為凝汽器冷卻水量69 048 t/h，閉冷器冷卻水量2 500 t/h，凈化除灰用水量452 t/h，合計(jì)循環(huán)水量72 000 t/h（2臺(tái)泵）。

2 真空循環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)狀

3臺(tái)機(jī)組凝汽器真空嚴(yán)密性均良好（＜200 Pa/min），有的達(dá)到了優(yōu)秀水平。機(jī)組水環(huán)真空泵，采用管殼式冷卻器，冷卻水為開式循環(huán)水。由于是單級(jí)泵，為改善抗汽蝕性能提高水溫適應(yīng)性，2010年5月和2011年3月，分別在3號(hào)機(jī)和2號(hào)機(jī)3臺(tái)真空泵入口增加了大氣噴射器。為優(yōu)化循泵運(yùn)行方式降低電耗，2010年11月至12月，每臺(tái)機(jī)組各一臺(tái)泵進(jìn)行了雙速改造，增加了330 r/min的低速檔。此后，在春夏季經(jīng)常采用低速泵組合運(yùn)行。

為分析機(jī)組真空下降的原因，查找相關(guān)系統(tǒng)的問題，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)及凝汽器運(yùn)行進(jìn)行了查看。同時(shí)利用DCS數(shù)據(jù)庫，針對(duì)不同的負(fù)荷段，選取各個(gè)典型工況，采集了今夏與去年同期的真空系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行整理計(jì)算和比較分析。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 分析工況

本次所取數(shù)據(jù)，全部采用機(jī)組DCS測(cè)點(diǎn)，選取3臺(tái)機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定的時(shí)間段，盡可能時(shí)間相近，其分析工況如表1所示。

表1 1號(hào)/2號(hào)/3號(hào)機(jī)分析工況

3.2 結(jié)果數(shù)據(jù)

各工況數(shù)據(jù)，經(jīng)整理計(jì)算后得到3臺(tái)機(jī)組真空循環(huán)水系統(tǒng)的參數(shù)指標(biāo),如表2—4所示。經(jīng)檢查，該廠的兩個(gè)大氣壓力測(cè)點(diǎn)與實(shí)際偏差較大，尤其是去年的數(shù)據(jù)。對(duì)凝汽器絕對(duì)壓力、端差的計(jì)算有較大影響,相關(guān)結(jié)果僅作參考。分析時(shí)以排汽溫度和凝汽器真空為準(zhǔn)。

(3)浮選過程中添加的藥劑具有一定的味道是烘干尾氣有異味的內(nèi)因之一，因此在浮選生產(chǎn)操作中盡量做到精確加量，一方面可減少藥劑的浪費(fèi)，另一方面可減輕烘干時(shí)尾氣中的異味。

3.3 指標(biāo)參數(shù)分析

（1）凝汽器真空明顯降低。3臺(tái)機(jī)組各負(fù)荷下真空同比顯著降低，其1號(hào)機(jī)（見表2）在水溫相當(dāng)，2臺(tái)循泵運(yùn)行時(shí)，各負(fù)荷下真空降低1～2 kPa，排汽溫度均升高1.7～2.9℃；2號(hào)機(jī)（見表3）在類似情況下，真空降低0.8～1.4 kPa，排汽溫度平均升高1.6～3.1℃；3號(hào)機(jī)（見表4）今年循泵有兩個(gè)工況是一高一低運(yùn)行，一個(gè)工況是單高速運(yùn)行，而去年同期則全部是雙高速運(yùn)行。在同樣雙高速運(yùn)行的550 MW工況，真空降低1.5 kPa，排汽溫度平均升高3℃。

表2 1號(hào)機(jī)各負(fù)荷工況參數(shù)比較

表3 2號(hào)機(jī)各負(fù)荷工況參數(shù)比較

表4 3號(hào)機(jī)各負(fù)荷工況參數(shù)比較

（2）循環(huán)水溫升增大。雖然絕大部分工況循泵的運(yùn)行方式相同，但循環(huán)水溫升卻有較大差別。1號(hào)機(jī)在負(fù)荷幾乎相同的450 MW工況，溫升偏高1.44℃。在負(fù)荷偏高8 MW的600 MW工況，溫升偏高1.8℃；在其他兩工況負(fù)荷均偏低，溫升卻仍偏高0.4℃和0.7℃。2號(hào)機(jī)各工況情況相似，溫升偏高達(dá)0.8～2.0℃。3號(hào)機(jī)，在循泵運(yùn)行方式相同的550 MW工況，負(fù)荷偏低4 MW，溫升卻偏高1.38℃。對(duì)比各工況排汽溫度的變化，可以判斷循環(huán)水溫升升高是凝汽器真空降低的一個(gè)重要原因。

循環(huán)水溫升增大可能有兩方面原因，一是循泵流量的下降，二是凝汽器熱負(fù)荷的增加。循泵流量下降，可能是循泵本身性能的變差，也可能是循環(huán)水系統(tǒng)阻力特性發(fā)生變化，使得循泵工作點(diǎn)偏移，造成運(yùn)行流量下降[1]。而在同樣電負(fù)荷下凝汽器熱負(fù)荷的增加，可能是系統(tǒng)內(nèi)漏增大。也可能是汽輪機(jī)效率下降，導(dǎo)致進(jìn)汽量增加。

（3）各工況凝汽器水阻均有增大，見表1—3。其中1號(hào)機(jī)450 MW工況增大22.9 kPa，增幅24%；560 MW工況偏大13.7 kPa，增幅10.8%；600 MW和500 MW工況增大為2.3 kPa和1.8 kPa。2號(hào)機(jī)，各工況水阻偏大在10.8～25.9 kPa，增幅10%～24%。3號(hào)機(jī)情況更為顯著，在循泵運(yùn)行方式相同的550 MW工況，凝汽器水阻偏大43 kPa，增加63.6%。其他三個(gè)工況，兩個(gè)循泵高低速和一個(gè)單高速運(yùn)行工況，較去年雙高速運(yùn)行水阻卻增大37～43 kPa，增幅達(dá)55%～66%。

（4）泵出口壓力和揚(yáng)程。據(jù)運(yùn)行人員反映泵出口壓力有顯著增高。電廠邀請(qǐng)了水泵廠專家前來分析，發(fā)現(xiàn)以當(dāng)前泵出口壓力估算，揚(yáng)程偏高，流量將減小。電廠有意對(duì)泵進(jìn)行改造，以增加流量。泵廠專家表示，在如此高揚(yáng)程下增加流量，可能需同步增加電機(jī)容量。分析認(rèn)為，雖然泵目前的運(yùn)行揚(yáng)程偏高，造成了流量偏小，但正常系統(tǒng)并不需要如此高的揚(yáng)程，如果導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增加的因素消除，流量就會(huì)增加。因此，需要對(duì)循環(huán)水管路進(jìn)行檢查，同時(shí)對(duì)泵進(jìn)行性能試驗(yàn)，以驗(yàn)證循環(huán)水泵性能是否正常。

（5）凝汽器端差。從表2—4看出，凝汽器端差也有明顯增加。在各影響因素中，3臺(tái)機(jī)組真空嚴(yán)密性一直較好，達(dá)到或接近優(yōu)秀水平，不是主要原因。其次，循環(huán)水流量的減小也會(huì)使端差增加。第三，凝汽器水側(cè)換熱性能不佳是另一個(gè)不容忽視的因素。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，在循泵入口旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)處，有大量的貝殼積聚。其中大于濾網(wǎng)通徑的貝類，每天有數(shù)車。而一些稍小的貝殼，則進(jìn)入到循環(huán)水系統(tǒng)。如果在換熱管內(nèi)吸附積聚，則會(huì)影響換熱性能，同時(shí)也會(huì)增大流動(dòng)阻力。

（6）真空泵運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)檢查各真空泵的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 真空泵運(yùn)行狀況

從表5看出，真空泵的工作水溫普遍較高，在循環(huán)水溫度27℃時(shí)，已達(dá)到32℃以上，最高為37℃。在此水溫下，真空泵的性能和入口真空必然會(huì)受到影響。其中，1C和1A真空泵工作水溫降偏低。如冷卻水進(jìn)口溫度均按27℃計(jì)算，冷卻器的端差（工作水入口溫度－冷卻水溫）達(dá)到7℃和10℃。3B和3A泵情況稍好，溫降約7℃，端差5℃。整體看，真空泵端差偏高，溫降偏小。

4 分析結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

（2）循環(huán)水流量減少的重要原因是凝汽器水阻增大。表2—4中各工況的循環(huán)水進(jìn)、出水門均全開，不存閥門節(jié)流造成的流動(dòng)阻力。因此整個(gè)系統(tǒng)阻力增大最主要的原因就是凝汽器水阻增大。該水阻不僅比去年顯著增加，絕對(duì)值也遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值。流量減小的另一個(gè)可能原因是泵性能下降，但要明確診斷需進(jìn)行專項(xiàng)的性能試驗(yàn)。

（3）凝汽器端差增大也是真空下降的另一個(gè)原因。雖然凝汽器端差僅供參考，但真空及排汽溫度數(shù)據(jù)顯示，凝汽器水側(cè)換熱效果不佳。本廠的循環(huán)水含沙量較大，目前水中的微生物及其它雜質(zhì)偏多，會(huì)影響換熱效果。

（4）真空抽氣系統(tǒng)中，真空泵工作水溫偏高，影響了抽吸壓力，也是夏季影響真空的一個(gè)因素。其中工作水冷卻器端差較大，表明換熱管臟污或冷卻流量偏低[1]。

4.2 建議

（1）對(duì)凝汽器水室、全部換熱管內(nèi)部、循環(huán)水管路中閥門濾網(wǎng)進(jìn)行仔細(xì)檢查。認(rèn)真清洗濾網(wǎng)和換熱管。采取有效措施，減少循環(huán)水中的貝類等生物，及時(shí)投用清理旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，有效提高循環(huán)水水質(zhì)。

（2）進(jìn)行熱力系統(tǒng)檢查消缺，消除系統(tǒng)內(nèi)漏，盡可能減少排入凝汽器的熱負(fù)荷。

（3）對(duì)真空泵冷卻器逐個(gè)檢查清洗，降低工作水溫。加強(qiáng)監(jiān)視真空泵工作參數(shù)，如有異常及時(shí)切換。長遠(yuǎn)計(jì)劃應(yīng)實(shí)施工作水降溫改造。

（4）進(jìn)行真空循環(huán)水系統(tǒng)試驗(yàn),分析循環(huán)水泵的性能及其他影響因素。

5 措施和結(jié)果

經(jīng)初步診斷后，電廠利用2號(hào)機(jī)停機(jī)的機(jī)會(huì)，對(duì)凝汽器水室進(jìn)行了檢查。發(fā)現(xiàn)凝汽器上部換熱管有近半管的泥沙和雜質(zhì)沉積，通流面積嚴(yán)重減小。后來利用反沖洗系統(tǒng)，進(jìn)行了長時(shí)間（8 h）反沖洗，再次停水檢查發(fā)現(xiàn)管內(nèi)已恢復(fù)正常，凝汽器水阻和溫升也明顯降低。而檢查前，采用規(guī)程規(guī)定的沖洗時(shí)間2 h甚至4 h，均無太大效果。此外，又清洗了真空泵冷卻器，處理一些系統(tǒng)漏點(diǎn)。通過上述措施，2號(hào)機(jī)真空提高了1 kPa。其他機(jī)組通過相同措施，真空也有了顯著改善。

6 結(jié)束語

凝汽器真空下降是影響機(jī)組性能最主要因素，也是最常見的問題。通過對(duì)3臺(tái)600 MW機(jī)組真空系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)檢查，對(duì)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)的計(jì)算分析，提出重要原因是凝汽器水阻異常增大導(dǎo)致的循環(huán)水流量減少。經(jīng)檢查并處理，真空得到有效改善。進(jìn)一步分析認(rèn)為，換熱管內(nèi)泥沙及雜質(zhì)的沉積，與循泵雙速改造后的低速運(yùn)行有關(guān)，低速時(shí)流速減小約11%，應(yīng)引起類似機(jī)組的重視。

[1]郭立君.泵與風(fēng)機(jī)[M].北京：中國電力出版社，2004.