王智剛

（河北國華定洲發(fā)電有限責任公司，河北 保定 071003）

研究與應用

660 MW超臨界空冷凝汽器增容改造可行性研究

王智剛

（河北國華定洲發(fā)電有限責任公司，河北 保定 071003）

由于國內早期直接空冷機組設計經驗不足，空冷單元三排管設計冷卻面積較小，以及管束翅片結垢等因素影響，導致機組經濟性逐年變差。介紹了國內空冷系統運行中存在的問題，提出了提高空冷系統運行效率的技術方案，詳細說明了660 MW超臨界空冷凝汽器改造的可行性，重點闡述了尖峰冷卻系統原理及應用，從而提高汽輪機效率，改善機組經濟性和安全性，同時為同類型機組的增容改造提供參考。

汽輪機；空冷凝汽器；增容改造

為改善空冷機組的運行環(huán)境，河北某電廠對空冷凝汽器進行了一系列技術改造，如在2010年加裝了尖峰噴淋系統［1－2］，由于該系統需要大量使用除鹽水，2臺機組每年噴淋、沖洗使用除鹽水約90 000 t，該區(qū)域夏季最高環(huán)境溫度近40℃，即使投入尖峰噴淋系統機組背壓最高也達到35 kPa，夏季高溫天氣機組難以滿發(fā)，而且尖峰噴淋系統會在空冷凝汽器迎風面翅片管上逐漸形成結垢［3］，也會導致其性能下降。

針對以上的問題，必須對空冷凝汽器增容改造進行可行性研究，并采取相關措施提高機組冷端的散熱能力。

1 空冷凝汽器參數

電廠二期工程安裝2×660 MW超臨界直接空冷機組，2臺機組分別于2009年3月和12月投產，空冷凝汽器布置在主廠房A排外的空冷平臺上。從汽輪機低壓缸排出的乏汽，通過2根DN6000 mm的水平排汽管道從主廠房引至A排室外，而后V形向上爬升至一定高度后，分別進入2根DN4200 mm干管，再從每根干管分別引出2根DN3000 mm支管至空冷凝汽器頂部的蒸汽分配管，向空冷凝汽器管束分配排汽，軸流風機使空氣流過管束外表面帶走熱量，將排汽冷凝成水，再由凝結水管匯集，排至主廠房內的汽輪機排汽裝置。

每臺660 MW汽輪機組共配置56個單排管空冷凝汽器單元。布置分為8列，每列有7個單元，每個單元由10片管束組成，每列共有8片逆流管束。每個空冷凝汽器單元下部安裝1臺D9 750 mm的軸流風機，所有風機均采用變頻調速電機。

表1 空冷凝汽器設計參數［4］

2 改造方案選擇

根據對國內外已實施項目的調研，總體思路均是對進入空冷凝汽器的乏汽進行分流，減輕凝汽器的熱負荷，從而降低汽輪機排汽壓力。

2.1 方案1：開式循環(huán)尖峰冷卻系統方案［5］

開式循環(huán)尖峰冷卻系統方案，該方案要求從直接空冷系統中分流一部分蒸汽，通過表面式凝汽器換熱冷凝為凝結水，凝結水由凝結水泵送回汽輪機回熱系統。冷卻水采用開式循環(huán)水，需設置凝汽器、循環(huán)水管道等設施和設備。

該方案特點如下：

a.單獨增加凝汽器、循環(huán)水管道等設施；

b.循環(huán)水由機力通風塔水泵提供，需協調好水量分配、維修等問題；

c.大排汽管道系統發(fā)生改變，需重新核算管道的流量分配和管系的結構應力；

d.凝汽器和循環(huán)水管道的布置受到地下管線和設備的影響與制約；

e.循環(huán)冷卻水的水質要求高。

2.2 方案2：加裝表面蒸發(fā)式尖峰冷卻系統（圖1）

在原空冷凝汽器主排汽管道上另接出蒸汽分配管蒸汽送至蒸發(fā)式凝汽器進行冷凝，凝結水通過凝結水管道送回至排汽裝置，蒸發(fā)式凝汽器設置有抽真空管線，并入原空冷島抽真空母管。在蒸汽分配管道上設有膨脹節(jié)，膨脹節(jié)用以吸收管道的橫向和軸向等位移；春、秋、冬季機組運行背壓較低時，關閉蒸發(fā)式凝汽器動力部分，僅直接空冷運行，達到節(jié)能目的。

圖1 加裝表面蒸發(fā)式冷卻系統圖

方案的特點如下：

a.改造后系統背壓降低，保證機組額定出力和系統安全經濟運行；

b.水質要求不嚴格，工業(yè)、生活等污水經過處理后可以再次利用；

c.結構簡單，生產安裝周期短，操作維護方便；蒸汽在管內冷凝，循環(huán)水在管外蒸發(fā)，管外壁結垢后容易清理；

d.多模塊組合，根據負荷調節(jié)模塊運行數量，可控性好。

通過分析，方案2在耗水水質、指標、設備占地及設備能耗具有優(yōu)勢，而且設備穩(wěn)定可靠性高，有相當的運行業(yè)績。故采用增加表面蒸發(fā)式冷卻器方案。

3 改造方案實施

3.1 表面蒸發(fā)式尖峰冷卻系統［6］總平面布置

由于本工程是改造工程，場地條件受到較大的限制，根據現場勘查并結合施工圖設計，對本次改造的新增設備進行了布置。新增蒸發(fā)冷卻器的布置以排汽管道路徑最短為原則，排汽管道及凝結水回水管道在空冷凝汽器平臺下方采用管架進行敷設。水池需要高位布置，預留出通行的空間。

補給水經水泵升壓后進入化學水處理系統，軟化后的水升壓補給至蒸發(fā)冷卻器內。

3.2 表面蒸發(fā)式冷卻熱力系統

a.乏汽系統

通過初步核算，每臺表面蒸發(fā)式凝汽器所需的乏汽約280 t，經計算每臺機組需從原空冷凝汽系統2根主排汽管道上分別接出DN2400 mm的蒸汽管道，架空接至每臺機的蒸發(fā)式凝汽器，通過電動真空蝶閥與之相連，夏季機組運行背壓高時，分流部分蒸汽流至蒸發(fā)式凝汽器進行冷卻，緩解直接空冷散熱器的壓力，達到降低背壓的目的。

b.凝結水系統

由于蒸發(fā)式凝汽器布置在汽機房外0 m層，機組排汽裝置布置在主廠房－2.0 m左右，兩者之間存在足夠的勢能差，所以乏汽凝結水可通過自流的方式回至主機排汽裝置，而不再增設凝結水泵，表面蒸發(fā)式凝汽器的凝結水直接進入主機凝結水系統。管道上設置有關斷閥，用于隔斷表面蒸發(fā)式凝汽器與主機排汽裝置系統的連接。

冬季，風機、水泵停運，風筒出口采用帆布密封，以防自然抽風凝結蒸汽。補水關閉，隔離閥敞開，以防密封不嚴密，少量蒸汽進入尖峰冷卻系統冷凝凍結。

4 增容改造投資估算

工程投資估算靜態(tài)價格水平按照2013年12月計算（見表2）。

表2 靜態(tài)投資估算

5 增容改造經濟性分析

5.1 節(jié)煤分析

改造后，機組滿負荷運行背壓降低約7 kPa；夏季時段的機組利用小時數為2 880 h；背壓每降低1 kPa，供電標煤煤耗減少約1.25 g／kWh；標煤價格為580元／t；機組年節(jié)約用煤費用：7×1.25×2 880×580×66×10－2＝964.65萬元／a。

5.2 增加耗電量分析

表面蒸發(fā)式冷卻裝置耗電功率為990 kW；成本電價為0.27元／kWh；年增加電費：2 880×990× 0.27÷10 000＝76.98萬元。

5.3 增加水耗分析

改造后水耗增加約238.3 m3／h；運行時間為2 880 h；水價為2元／t；年增加水費：238.3×2 880×2÷10 000＝137.26萬元。

5.4 年維修費用

按2%的維修費率計算全年的維修費用。年維修費用：4 736×2%＝94.72萬元。

5.5 回收年限（表3）

表3 回收年限

6 結束語

660 MW超臨界直接空冷凝汽器增容改造行之有效，技術上較為成熟，安全性能夠得到保證，改造效果容易實現。目前該改造工程進入前期初可研階段，從調研的結果來看，該系統安全性高，運行穩(wěn)定，經濟效益可觀，節(jié)能減排效果顯著，不僅提高了機組的整體經濟性，而且極大降低了運行風險。整個改造工程投入合適，回收期較短，是一項十分成功的節(jié)能改造項目，表面蒸發(fā)式冷卻系統在直接空冷凝汽器改造領域具有重大的應用價值。

［1］惠雪松，孫會亮，馬少帥.直接空冷機組空冷單元內噴霧增濕系統的結構優(yōu)化［J］.東北電力技術，2012，33（8）：27－30.

［2］范志強，陳海平，張學鐳.直接空冷系統中噴霧冷卻技術的應用［J］.東北電力技術，2009，30（5）：19－21.

［3］曹智杰.600 MW直接空冷機組凝汽器冷卻管束污垢熱阻變工況特性研究［J］.東北電力技術，2010，31（12）：6－9，26.

［4］江蘇雙良空調設備股份有限公司.二期工程2x660 MW超臨界火電機組直接空冷系統管束性能曲線［R］.2009.

［5］湯擁華.漳山電廠二期機組空冷增容改造研究［D］.保定：華北電力大學，2014.6.

［6］楊立軍，杜小澤，楊勇平.蒸發(fā)冷卻節(jié)能技術在電站冷卻系統中的應用研究［J］.太原理工大學學報，2010，41（5）：581－584.

Feasibility Study on Increase Capacity of 660 MW Supercritical Direct Air Cooling Condense

WANG Zhigang
（Hebei Guohua Dingzhou Power Co.，Ltd.，Baoding，Hebei 071003，China）

Due to lack of designing experience early in China，the designed cooling area of three?rows tubes is relatively small.With the scaling of the cooling fin tubes and other factors，economical efficiency of the unit is getting worse.In this paper，the problems in the operation of air?cooled system are introduced，the technical scheme to improve the operating efficiency of the air cooling system is presented.The feasibility of the 660 MW supercritical air?cooled steam condenser is described in detail.To improve the efficiency of steam turbine and improve economic and safety of the unit，reasonable suggestions for the same type of capacity extension are put for?ward.

steam turbine；air?cooled condenser；capacity extension

TP621

A

1004－7913（2016）10－0009－03

王智剛（1982），男，碩士，工程師，主要從事汽輪機檢修管理工作。

2016－05－21）