余盛杰，葉文華

（廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，珠海 519070）

1 偏離雙背壓設(shè)計要求

金灣發(fā)電有限公司3、4號機組，是由上海汽輪機有限公司采用美國西屋公司技術(shù)，設(shè)計制造的N600-24.2／566／566引進型600 MW超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、單軸、凝汽式汽輪機。雙背壓凝汽器由汽輪機制造廠家配套提供，單殼體、雙流程、表面式、橫向布置，型號為N-34000。

由于海水先流經(jīng)低壓凝汽器，待一定溫升后再流經(jīng)高壓凝汽器，所以循環(huán)水溫不同，凝汽器壓力也不同。在循環(huán)水入口側(cè)的凝汽器，由于海水溫度較低，冷卻效果好，所以凝汽器的壓力比較低；相反，在循環(huán)水出水側(cè)的凝汽器，由于海水溫度升高，冷卻效果下降，所以凝汽器的壓力較高。

在額定負荷工況時，24℃海水溫度下的高壓凝汽器背壓約為6.575 k Pa；低壓凝汽器背壓約為5.250 k Pa，壓差約為1.325 k Pa（電廠在南方地區(qū)）。然而，這兩臺機組投產(chǎn)以來，高低壓側(cè)凝汽器并沒有分開運行，而是將兩側(cè)凝汽器抽空氣聯(lián)絡(luò)閥打開，單臺真空泵維持真空，處于單背壓運行方式。雖然節(jié)省了1臺真空泵所消耗的廠用電，卻破壞了原先設(shè)計的雙背壓運行方式。高、低壓凝汽器之間的壓力為－93 kPa，低壓缸A、B的排汽溫度為42℃。即，兩臺機組的凝汽器偏離了雙背壓設(shè)計功能。低壓凝汽器抽真空存在一定受阻現(xiàn)象，而且有傳熱惡化現(xiàn)象，降低了機組的經(jīng)濟性。

2 雙背壓凝汽器運行分析

20世紀60年代初，美國開始在大容量發(fā)電機組中采用多壓凝汽器，日本則在60年代中期從美國引進這一技術(shù)，并不斷創(chuàng)新。1978年，前蘇聯(lián)在K-800-240-3型機組上采用雙背壓運行方式。截止2002年，國外已有20%～30%的大型機組采用雙背壓凝汽器運行。

我國600 MW機組也采用雙背壓凝汽器運行，給電廠帶來了可觀的經(jīng)濟效益。以600～1 000 MW機組為例，可提高電廠經(jīng)濟性0.2%～0.3%。在相同凝汽器熱負荷、冷卻水溫、冷卻面積和冷卻水流量均不變時，采用雙背壓凝汽器運行的經(jīng)濟性，主要表現(xiàn)在以下兩個方面。

1）單背壓和雙背壓凝汽器平均排汽溫度的差異，引起凝汽器背壓的降低。單壓和雙壓凝汽器的平均排汽溫度之差［1］為：

式中：Δts為單背壓和雙背壓凝汽器平均排汽溫度之差；Δt為單背壓凝汽器的溫升；δt為單背壓凝汽器的端差；δt1為雙背壓凝汽器后低壓凝汽器的端差；δt2為雙背壓凝汽器后高壓凝汽器的端差。

由式（1）可見，當(dāng)Δts大于0時，采用雙背壓凝汽器才經(jīng)濟，而且冷卻水溫越高，獲益越大。

2）低壓側(cè)凝結(jié)水在高壓側(cè)吸收熱量，提高了混合后的凝結(jié)水溫，相應(yīng)使得最后一級加熱器的抽汽量減少，汽輪機排汽增大，做功能力提高。

據(jù)文獻［1］介紹：對單背壓凝汽器和雙背壓凝汽器的傳熱工況進行了研究，認為在循環(huán)冷卻水溫較高的工況下，多壓凝汽器的熱經(jīng)濟性較好；當(dāng)循環(huán)冷卻水溫低于一定程度時，多壓凝汽器的熱經(jīng)濟性比單壓凝汽器還要差。多壓凝汽器對于南方氣溫比較高（特別是夏天）的地區(qū)（冷卻水溫度高）經(jīng)濟效益比較好。其中的推導(dǎo)計算式為：

式中：Δts為雙背壓凝汽器的平均蒸汽凝結(jié)溫度低于單背壓凝汽器蒸汽凝結(jié)溫度的度數(shù)；Δt為循環(huán)水的溫升；δt為凝汽器端差；R為自定義的量，它和循環(huán)水溫升、凝汽器端差有關(guān)。

為了進一步簡化式（2），令

由式（2）可以看出，簡化后的自定義量R和循環(huán)水溫升、凝汽器端差兩個量有關(guān)。端差δt變大，R值跟隨變小，Y值增大較快；Δt增大時，R增大，Y值減小較快。在最理想的狀態(tài)下δt＝0，此時R＝1，所以R值永遠小于1。

由式（3）可以看出，當(dāng)循環(huán)水入口溫度較低時，δt增大，R減小，Y增大，式（3）中的δt和（0.5Δt）Y雖然都增大，但δt－（0.5Δt）Y將減小，使得Δts變小。當(dāng)循環(huán)水溫度下降到一定程度時，Δts為負值，此時雙背壓凝汽器的經(jīng)濟性比單背壓凝汽器的還要差。相反，在南方的電廠，由于循環(huán)水入口溫度較高，雙背壓凝汽器的經(jīng)濟性就能較充分的體現(xiàn)出來。

基于以上分析，在每年的3～12月份，3、4號汽輪機關(guān)閉凝汽器抽空氣聯(lián)絡(luò)閥，凝汽器采用雙背壓運行方式，提高機組的經(jīng)濟性；在1～2月份，由于天氣寒冷，海水溫度較低，則開啟凝汽器抽空氣聯(lián)絡(luò)閥，凝汽采用單背壓運行方式，用以降低低壓缸差脹，同樣提高機組的經(jīng)濟性。

3 優(yōu)化凝汽器運行方式

3.1 凝汽器雙背壓運行方案分析

依據(jù)3、4號汽輪機組凝汽器的設(shè)計參數(shù)：循環(huán)水溫升Δt＝8.7℃、高壓凝汽器端差δt2為5.4℃，低壓凝汽器端差δt1為5.16℃。利用式（1）算得Δts＝0.53℃。即，在設(shè)計參數(shù)下，雙背壓運行時的蒸汽冷凝溫度比單背壓運行時低0.53℃。雙背壓的終參數(shù)要比單背壓運行時低。假設(shè)端差δt＝5.2℃不變，循環(huán)水溫升Δt變化，計算結(jié)果如表1所示。

表1 循環(huán)水溫升Δt與Δt s的變化關(guān)系 ℃

由表1可見，凝汽器鈦管越臟，循環(huán)水溫升Δt越大，則Δts值越大，雙背壓運行的經(jīng)濟性越好。

將4號機組2011年8月26日10：00的凝汽器運行參數(shù)，代入上述公式進行驗證。當(dāng)時，機組負荷為600 MW、循環(huán)水入口水溫為28℃、循環(huán)水出口溫度為37℃、循環(huán)水溫升Δt＝9℃、凝汽器端差δt＝5.3℃、低壓缸排氣溫度為42℃。依據(jù)式（1）計算，得Δts＝0.545℃。就是說，雙背壓運行時會比單背壓運行時蒸汽的平均凝結(jié)溫度低0.545℃，而當(dāng)循環(huán)水入口水溫低于17℃、循環(huán)水出口溫度為26℃、凝汽器端差為5℃時，雙背壓運行的凝汽器經(jīng)濟性比單背壓要低。

3.2 采用雙背壓運行的實施效果

基于上述理論計算與分析，在機組帶額定負荷下，通過啟動C真空泵，然后關(guān)閉凝汽器抽空氣聯(lián)絡(luò)閥，對4號機組凝汽器進行雙背壓運行工況試驗。3、4號機組凝汽器抽真空系統(tǒng)管路連接圖，如圖1所示。

圖1 抽真空系統(tǒng)管路連接圖

由圖1可見，只要A、B凝汽器各啟動1臺真空泵，關(guān)閉凝汽器抽空氣聯(lián)絡(luò)閥，即可實現(xiàn)凝汽器雙背壓運行。雙背壓運行數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 雙背壓運行試驗數(shù)據(jù)

由表2可以看出，在機組負荷（612 MW）保持不變的狀況下，凝汽器切至雙背壓運行方式，低壓凝汽器的真空上升了1.35 k Pa；凝汽器真空比單背壓運行時總體提高0.7 kPa，排汽溫度總體下降了1.25℃，表明低壓凝汽器的傳熱狀況得到一定的改善。高壓、低壓凝汽器的壓差約為1.08 k Pa，恢復(fù)了正常的壓差，機組的經(jīng)濟性有了顯著的提高。例如：2012年3月15日09：31：12，機組負荷為604 MW，凝汽器A真空為－96 k Pa，凝汽器B真空為－97 k Pa，單背壓凝汽真空為185 k Pa，雙背壓凝汽真空為158 kPa。由單背壓切至雙背壓凝汽真空變化曲線如圖2所示。

圖2 單背壓切至雙背壓真空變化曲線

4 結(jié)論

1）金灣發(fā)電有限公司3、4號機組，在每年1～2月份海水溫度低于17℃時，執(zhí)行凝汽器單背壓運行方案，避免低壓缸排汽溫度過低，既保證了機組經(jīng)濟性，又有利于降低低壓缸差脹，確保機組安全運行。

2）在每年3～12月份海水溫度較高時，執(zhí)行凝汽器的雙背壓運行方式，機組有顯著的節(jié)能效果。根據(jù)《火力發(fā)電廠節(jié)能和指標(biāo)管理技術(shù)》統(tǒng)計分析，600 MW超臨界機組凝汽器真空每提高1 kPa，汽機熱耗下降1.05%（或排汽溫度變化1℃影響煤耗變化1.1 g／k Wh）。凝汽器轉(zhuǎn)為雙背壓方式運行真空提高0.7 k Pa，可推算出機組供電煤耗降低1.3 g／k Wh。以2臺600 MW超臨界機組年供電量70億k Wh計算，1年可節(jié)省標(biāo)煤9 800 t，按850元／t計算，可節(jié)省成本830萬元（已剔除增加1臺真空泵運行的廠用電成本），經(jīng)濟效益十分可觀，同時還可減少二氧化硫等污染物排放的社會效益。

［1］ 胡洪華，居文平，黃廷輝.大型電站雙背壓凝汽器優(yōu)化運行的研究和實踐［J］.熱力發(fā)電，2003，（3）：8-11.