黨銀寧（湖南聯(lián)新能源環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?湖南 長(zhǎng)沙 410000）

50MW汽輪機(jī)組冷凝系統(tǒng)改造

黨銀寧
（湖南聯(lián)新能源環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?湖南 長(zhǎng)沙 410000）

本文對(duì)50MW循環(huán)流化床抽凝式機(jī)組的冷凝系統(tǒng)（如凝汽器、冷卻塔、循環(huán)水泵等）進(jìn)行改造，將其冷凝能力增大至60MW，并對(duì)改造的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。通過(guò)改造，同期相比汽耗下降0.092 kg/kW·h，煤耗下降8.8 g/kW·h，項(xiàng)目的投資回收期為3.2年，具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

南屯電廠三期、四期工程機(jī)組設(shè)計(jì)基點(diǎn)為抽汽運(yùn)行工況，附屬輔機(jī)也都按抽汽工況設(shè)計(jì)。但是電廠并沒(méi)有按設(shè)計(jì)工況運(yùn)行，僅在采暖期帶有少量熱負(fù)荷(約20t/h)，其余季節(jié)均為純凝工況運(yùn)行。南屯電廠機(jī)組在額定抽汽工況時(shí)汽輪機(jī)的排汽量?。?18.8t/h），而在純凝工況時(shí)的排汽量大（148.4t/h），導(dǎo)致蒸汽消耗量與煤耗量也隨之增大[1]。在純凝工況時(shí)凝汽器、涼水塔的冷卻面積偏小，循環(huán)水量嚴(yán)重不足且溫升大，使得現(xiàn)有凝汽器、循環(huán)水泵、涼水塔在純凝工況運(yùn)行非常吃力，無(wú)法滿足夏季滿負(fù)荷運(yùn)行的要求。

1 冷凝系統(tǒng)介紹

冷凝系統(tǒng)包括凝汽器、循環(huán)水泵、冷卻塔等，如圖1所示，其中凝汽器和循環(huán)水泵屬于電廠輔機(jī)中的凝汽設(shè)備。

圖1 開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)

凝汽器的主要任務(wù)是凝結(jié)汽輪機(jī)排汽、形成和維持高度真空、作為熱力循環(huán)的冷端并回收工質(zhì)。凝汽器最佳運(yùn)行是機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要條件。凝汽式汽輪機(jī)排汽溫度每降低10℃，裝置的熱效率可增加3.5%，凝汽器壓力每降低1kPa，汽輪機(jī)功率平均增加0.7～1%[2]。南屯電廠兩臺(tái)機(jī)組的凝汽器都是由上海汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)（兩臺(tái)機(jī)相同），為對(duì)分雙流程表面式N-3000-5型，冷凝面積是3000m ，冷卻水量為7350m /h。

循環(huán)水泵為凝汽器提供冷卻用水，這種水泵的特點(diǎn)是水量大、揚(yáng)程低。它是火力發(fā)電廠中重要的而且耗電較多的輔機(jī)，要求具有較高的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)循環(huán)水冷凝系統(tǒng)的小機(jī)組一般選取母管制，而大機(jī)組大多采用單元制。每一臺(tái)機(jī)配置2臺(tái)循環(huán)水泵和與之相對(duì)應(yīng)的出口控制閥、入口電動(dòng)碟閥。除1臺(tái)作備用的循環(huán)水泵外，另一臺(tái)1臺(tái)循環(huán)水泵和機(jī)組一起長(zhǎng)期運(yùn)行[3]。南屯電廠兩臺(tái)50MW的機(jī)組各配有兩臺(tái)水泵(32SA-19B)，該型水泵的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：流量4700m3/h、揚(yáng)程20m、轉(zhuǎn)速740rpm、效率85%、軸功率301kW，配用的電機(jī)功率與型號(hào)分別為355kW與YKK450-8。

發(fā)電廠的冷卻塔采用逆流布置的方式，以環(huán)境中的空氣來(lái)冷卻熱水。冷卻后的過(guò)冷水輸入凝汽器中，把已經(jīng)在蒸汽輪機(jī)中做功的乏汽冷凝為液態(tài)水，之后再將液態(tài)水送回鍋爐加熱。南屯電廠三、四期工程中，循環(huán)水系統(tǒng)的供水系統(tǒng)使用逆流式雙曲線自然風(fēng)冷卻塔。每一供水系統(tǒng)都配置一座淋水面積為1500m2的冷卻塔。在南屯當(dāng)?shù)貧庀髼l件下，自然風(fēng)冷卻塔不能滿足改造后的機(jī)組冷卻要求，需要更新冷卻系統(tǒng)。

2 改造方案

大多的電廠技術(shù)改造是從汽輪機(jī)入手，主要是改造汽輪機(jī)的通流部分，而很少關(guān)注輔機(jī)的改造，即便是有這方面的改造，也僅改造單個(gè)輔機(jī)。本文針對(duì)汽輪機(jī)的冷凝系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其具備60MW的冷凝能力。

通過(guò)增加凝汽器的冷凝面積，改善凝汽器的換熱環(huán)境的改造手段，提高了凝汽器的真空度，降低了凝汽器的背壓[5]。按照工程設(shè)計(jì)，冷卻水水溫20℃時(shí)，南屯電廠現(xiàn)運(yùn)行的凝汽器背壓為6.436kPa。而實(shí)際運(yùn)行中，冷卻水水溫為26℃，凝汽器背壓為8.632Kpa。即凝汽器實(shí)際的運(yùn)行背壓偏離了原設(shè)計(jì)背壓。

2.1 凝汽器改造

凝汽器的改造方案選擇保留凝汽器殼體，更換芯子，管材同原先凝汽器管材。采用這樣的改造方案可以減小施工量，即在凝汽器連接尺寸、外部接口都不動(dòng)的前提下，更換芯子，加大凝汽器的冷凝面積，改善凝汽器的換熱環(huán)境。此外，更換全部管板并按新型高效方式布置冷卻管，大大增加了冷卻水流量；在凝汽器頂部汽流迎面沖擊區(qū)采用加厚管，中間支撐管板與殼體采用易調(diào)整安裝位置的支撐桿，并按HEI標(biāo)準(zhǔn)核算跨距；冷卻水管全部采用錫黃銅管，冷卻管與管板采用脹接連接。

2.2 循環(huán)水泵改造

為滿足機(jī)組純凝工況冷卻水量和節(jié)能的需要，必須對(duì)循環(huán)水泵實(shí)施增容和節(jié)能優(yōu)化改造，而且要求泵殼不變電機(jī)不動(dòng)的情況下實(shí)施增容改造。為了科學(xué)的制定水泵改造方案，對(duì)該系統(tǒng)水泵及管道系統(tǒng)進(jìn)行了全面的改前節(jié)能優(yōu)化診斷測(cè)試和設(shè)計(jì)軟件模型模擬。為盡量減少投資，利用原葉輪和蝸殼進(jìn)行通流部分改造。

對(duì)水泵葉輪的葉型進(jìn)行了技術(shù)改造，如增大葉片入口角、擴(kuò)大水泵軸面通流面積、粗糙葉片出口端非工作面等措施。

2.3 冷卻塔改造

電廠三、四期工程循環(huán)水系統(tǒng)采用了逆流式雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔的供水系統(tǒng)，各配置一座淋水面積1500 m2冷卻塔。水力噴霧玻璃鋼冷卻塔有占地面積少，一次性投資省，無(wú)淋水填料，施工周期短、運(yùn)行費(fèi)用、冷卻效率不低的優(yōu)點(diǎn)[4]。改造方案是保留原有的兩臺(tái)1500m2自然通風(fēng)冷卻塔，在兩臺(tái)冷卻塔的偏東側(cè)新建兩臺(tái)新型的“水力噴霧推進(jìn)”通風(fēng)冷卻塔，冷卻能力4000m /h/臺(tái)。

3 改造后的性能

表1 改造前后汽輪機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)

凝汽器管材在凝結(jié)區(qū)采用了HSn70-1A、空冷區(qū)采用BFe10-1-1，因循環(huán)水中含Cl-較高，運(yùn)行中已采用了硫酸亞鐵鍍銅裝置處理。經(jīng)過(guò)四年多運(yùn)行，已證明原凝汽器管子所選用管材是安全可靠的。在凝汽器連接尺寸、外部接口都不動(dòng)的前提下，更換芯子，冷凝器的冷卻面積由3000m2增大至3600m2，此外，在新的管束和管板布置方式改下，凝汽器的熱交換環(huán)境大為改善，提高凝汽器的真空度，降低了凝汽器的背壓。

循環(huán)水泵流通部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后，改變了局部關(guān)鍵型線，而水泵殼體及配套電機(jī)不變，提高了泵的流量和效率，并使高效區(qū)向大流量推移，水泵效率平均提高了11.9%，最高運(yùn)行效率達(dá)86.14%。在對(duì)循環(huán)水泵改造后，雙泵運(yùn)行時(shí)流量可達(dá)11372m /h。提供給工業(yè)冷卻用水1400m /h后，循環(huán)水泵的計(jì)算循環(huán)倍率依然有62.3，完全滿足了機(jī)組擴(kuò)容到60MW時(shí)需要。水泵完成改后，運(yùn)行效率最高可達(dá)86.14%，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

冷卻塔的改造方案極具特色，大幅縮短了施工工期，避免拆除原冷卻塔的巨大經(jīng)濟(jì)損失，節(jié)省了投資成本。改造完成后，每一冷卻塔的冷卻能力都有12900m

/h循環(huán)水，完全滿足機(jī)組冷凝系統(tǒng)運(yùn)行需求。

通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)組的冷凝系統(tǒng)（包括凝汽器、循環(huán)水泵、冷卻塔）進(jìn)行擴(kuò)容改造，使南屯電廠汽輪機(jī)組的冷凝能力大大提高，以下是對(duì)冷凝系統(tǒng)改造前后的汽輪機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，如表1：

由上表可知，通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)組冷凝系統(tǒng)進(jìn)行改造后，汽輪機(jī)的排氣壓力降低了約43.3%，解決了夏季因真空低影響發(fā)電量的瓶頸問(wèn)題，大大提高了汽輪發(fā)電機(jī)組的真空度，從而提高了汽輪機(jī)的效率。汽輪發(fā)電機(jī)組的絕對(duì)電效率可按下式計(jì)算：

式中：D為鍋爐的實(shí)際負(fù)荷，t/h；H0為汽輪機(jī)的近汽焓，kJ/kg。

計(jì)算得出：改造前汽輪發(fā)電機(jī)組的絕對(duì)電效率為20.8%，改造后為27.4%。由此可見(jiàn)，改造后使汽輪發(fā)電機(jī)組的絕對(duì)電效率提高了約24%。改造方案解決了改造前負(fù)荷率過(guò)低的狀況，使其能夠達(dá)到滿負(fù)荷工作，最終能夠使機(jī)組能夠在各種工況下滿負(fù)荷運(yùn)。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

改造后的項(xiàng)目不僅要求設(shè)備利用效率得到顯著提高，最重要的是追求經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的最大化，電廠改造一般投入巨大，對(duì)改造方案的評(píng)估顯得尤為重要。主要工作是針對(duì)冷凝系統(tǒng)對(duì)改造前后的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行比較。通過(guò)改造，機(jī)組汽耗、煤耗同期效果對(duì)比情況如表2所示：

表2 機(jī)組汽耗、煤耗同期效果對(duì)比情況

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)可知，改造后同期相比汽耗下降0.092kg/kW·h，煤耗下降8.8 g/kW·h。改造后機(jī)組可以滿負(fù)荷50MW運(yùn)行，則每小時(shí)比改造前多發(fā)電量1萬(wàn)kW

h，則6～9月份可以增發(fā)電量5376萬(wàn)kW h。同時(shí)，改造后由于汽耗與煤耗降低，使得每年的水耗下降23萬(wàn)噸。因此，通過(guò)冷凝系統(tǒng)改造可使企業(yè)獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)具體計(jì)算發(fā)現(xiàn)，這一技術(shù)改造的投資回收期為3.2年，投資利潤(rùn)率為41.95%，財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值2327.02萬(wàn)元。此外，改造后冷凝系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也都達(dá)到行業(yè)要求，增強(qiáng)了企業(yè)的技術(shù)水平。因此，南屯電廠冷凝系統(tǒng)的改造是較為成功的，可以成為國(guó)內(nèi)其它電廠改造的參考。

5 結(jié)論

本文對(duì)汽輪機(jī)冷凝系統(tǒng)（冷凝器、循環(huán)水泵、冷卻塔）進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，使50MW機(jī)組具備了60MW機(jī)組的冷卻能力。大幅度提高了機(jī)組運(yùn)行真空，徹底解決了機(jī)組在夏季不能滿負(fù)荷運(yùn)行的技術(shù)難題。同時(shí)，該改造方案的投資回收期短，經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]兗礦電鋁分公司南屯電力分公司，北京全三維動(dòng)力工程有限公司. 50MW抽凝機(jī)組冷凝系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究鑒定資料[R]. 濟(jì)南：煤炭工業(yè)部濟(jì)南設(shè)計(jì)研究院，2008.

[2]劉桂生. 國(guó)產(chǎn) 300MW 汽輪機(jī)凝汽器改造及其經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 熱力發(fā)電，2006，(7)：52-53.

[3]魏友鄰，寧國(guó)泉，陸力，等. 南昌發(fā)電廠循環(huán)水泵增流節(jié)能技術(shù)改造[J]. 中國(guó)電力，2000，33(9)：25-27.

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