韓 濤，徐亞濤，王順森

（1.神華國華（北京）電力研究院有限公司,北京 100025;2.西安交通大學,陜西 西安 710049）

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330 MW亞臨界供熱機組冷端優(yōu)化研究

韓 濤1，徐亞濤1，王順森2

（1.神華國華（北京）電力研究院有限公司,北京 100025;2.西安交通大學,陜西 西安 710049）

針對某330 MW亞臨界供熱機組冷端運行真空度差的問題，采用自主開發(fā)的電廠熱力系統(tǒng)模塊化集成優(yōu)化軟件對機組熱力系統(tǒng)進行模擬，分析了循環(huán)水泵單轉速改雙轉速、增大凝汽器換熱面積、抽真空系統(tǒng)優(yōu)化等冷端優(yōu)化方案的節(jié)能效果。研究結果對同類型機組的節(jié)能改造具有一定借鑒和指導意義。

供熱機組；冷端；節(jié)能；凝汽器；循環(huán)水泵

0 引言

火電機組汽輪機冷端系統(tǒng)由凝汽器、凝結水泵、循環(huán)水系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)等設備組成[1]。由于系統(tǒng)復雜，汽輪機冷端系統(tǒng)普遍存在凝汽器設計不合理、循環(huán)水泵運行效率低、抽氣設備出力不足等問題[2－3]，導致冷端系統(tǒng)運行性能達不到設計值，嚴重影響機組熱經濟性。凝汽器真空偏離最佳真空后，背壓每升高1 kPa，機組熱耗率增加1%，供電標煤耗相應增加約3 g/（kW·h）[4－5]。

本文結合當前火電機組汽輪機冷端優(yōu)化節(jié)能降耗先進技術[6-9]，以某330 MW亞臨界供熱機組為研究對象，采用自主開發(fā)的電廠熱力系統(tǒng)模塊化集成優(yōu)化軟件（TPIS），對機組熱力系統(tǒng)進行模擬。研究分析了循環(huán)水泵雙速改造、增大凝汽器換熱面積、抽真空系統(tǒng)優(yōu)化等冷端優(yōu)化方案的節(jié)能效果，對同類型機組節(jié)能改造具有一定的借鑒意義。

1 機組概況

1.1 熱力系統(tǒng)

某330 MW亞臨界供熱機組的汽輪機為東方汽輪機有限公司（以下簡稱東汽）生產的亞臨界、一次中間再熱、三缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機。給水回熱系統(tǒng)設有3個高壓加熱器、1個除氧器（滑壓運行）和4個低壓加熱器。除8級非調整回熱抽汽外，機組還設有3段工業(yè)抽汽，其中高壓工業(yè)抽汽為非調整抽汽，中壓工業(yè)抽汽、低壓工業(yè)抽汽為參數可調抽汽。汽輪機熱力系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 330 MW亞臨界供熱機組熱力系統(tǒng)圖

1.2 凝汽器

凝汽器為東汽廠生產的N-18600型凝汽器，采用單殼程、雙流程結構。主凝結區(qū)頂部外圍冷卻管為920根φ25 mm×0.7 mm鈦管，其余部分安裝20 244根φ25 mm×0.5 mm鈦管；空冷區(qū)安裝1 324根φ25 mm×0.7 mm鈦管；換熱管長度均為10.54 m。

1.3 冷卻水與循環(huán)水泵

循環(huán)水系統(tǒng)為海水直流一次冷卻，每臺機配置2臺定速循環(huán)水泵，循環(huán)水泵型號為64LKXB-12型立式斜流泵。真空系統(tǒng)設置2臺100%容量水環(huán)真空泵，正常運行方式為1運1備。

1.4 凝結水泵

每臺機組配置2臺100%容量的凝結水泵，1運1備。凝結水泵為NLT350-400筒袋型立式多級離心泵

1.5 抽真空系統(tǒng)

真空泵為2BW4353-0EK4型真空泵，單級水環(huán)真空泵，每臺機組配置2臺，1用1備。

2 汽輪機冷端運行優(yōu)化

某330 MW亞臨界供熱機組運行中存在真空度低、真空泵故障多等問題。通過對1、2號機組冷端系統(tǒng)運行統(tǒng)計數據進行核算分析表明，1號機組凝汽器實際運行性能低于設計水平約0.6 kPa，2號機組凝汽器實際運行性能低于設計水平約0.5 kPa。1、2號機組循環(huán)水泵耗電率超過0.9%，與先進水平相比，循環(huán)水泵耗電率偏高0.3%左右。因此，有必要根據機組運行負荷及供熱情況，對其冷端進行寬負荷運行優(yōu)化研究。

2.1 循環(huán)水泵雙速改造

機組原循環(huán)水泵采用恒定轉速運行，循環(huán)水量無法根據運行工況進行調整，造成設備運行效率低、耗電率偏高。本研究將2臺14極循環(huán)水泵電機改為14/16極雙速電機（高速時14極，低速時16極），在低負荷或低水溫下低速運行，高負荷或高水溫下高速運行，以滿足不同季節(jié)、不同負荷的水量需求，降低循環(huán)泵耗功。

表1對純凝工況下不同循環(huán)水泵運行方式時機組的供電煤耗進行了對比。由表1可知，純凝工況下，當循環(huán)冷卻水溫16℃時，THA工況（熱耗保證工況） 下以1機1泵高速運行方式煤耗最低，75%THA工況下以2機3泵低速運行方式煤耗最低，50%THA工況下以1機1泵低速運行方式煤耗最低；當循環(huán)冷卻水溫24℃時，THA工況及75%THA工況下以2機3泵低速運行方式煤耗最低，50%THA工況下以1機1泵低速運行方式煤耗最低；當循環(huán)冷卻水溫33℃時，以1機2泵高速的運行方式煤耗最低。

表1 純凝工況下循環(huán)水泵運行方式對比

表2對抽汽工況下不同循環(huán)水泵運行方式時機組的供電煤耗進行了對比。由表2可知，在抽汽工況下，當循環(huán)冷卻水溫16℃時，無論是額定抽汽量還是最大抽汽量都以1機1泵低速的運行方式煤耗最低；當循環(huán)冷卻水溫24℃時，額定抽汽量下以1機1泵高速的運行方式煤耗最低，最大抽汽量下以2機3泵低速的運行方式煤耗最低。

循環(huán)水泵運行優(yōu)化方案如表3所示。經核算，純凝工況下循環(huán)水泵改造平均可降低供電煤耗1.98 g/（kW·h）；額定抽汽工況下循環(huán)水泵改造平均可降低供電煤耗0.9 g/（kW·h）。

表2 抽汽工況下循環(huán)水泵運行方式對比

表3 抽汽工況下循環(huán)水泵運行方式對比

2.2 凝汽器換熱管改造

通過增加換熱管數量可增大換熱面積、減少水阻、提高循環(huán)水流量，從而提高凝汽器真空度。表4給出了THA工況和額定抽汽工況下，凝汽器有效換熱面積從18 600 m2提高到22 600 m2時凝汽器性能和改造收益。由表4可知，機組改造后THA工況下凝汽器平均背壓可降到5.44 kPa，熱耗較改造前降低約30.1 kJ/（kW·h），供電煤耗降低1.19 g/（kW·h）；額定抽汽工況下凝汽器平均背壓可降到4.56 kPa，熱耗較改造前降低約16 kJ/（kW·h），供電煤耗降低0.63 g/（kW·h）。

表4 THA工況下凝汽器換熱管改造效果分析

該機組運行中抽真空系統(tǒng)問題較多：真空泵運行過程中噪音大、汽蝕嚴重、葉輪頻繁出現(xiàn)裂紋；凝汽器水側設計為虹吸運行，循環(huán)水中所攜帶的不凝結氣體在凝汽器中加熱會分離出來，聚集在水室上部，而正常運行時因為該處為負壓狀態(tài)，故而無法有效排出，造成凝汽器水室上部沒有循環(huán)水通過，凝汽器有效換熱面積減少；真空泵冷卻水壓力低、水量嚴重不足，管束清潔系數低。

本研究提出抽真空系統(tǒng)優(yōu)化措施，經核算優(yōu)化后機組真空度可恢復到原設計值。改造方案如下。

a）將真空泵更換為結構形式更為優(yōu)越的雙級水環(huán)真空泵，配置蒸汽噴射器以降低真空泵組的極限背壓，同時提高真空泵入口背壓，有效防止水環(huán)真空泵汽蝕。蒸汽噴射器汽源引自輔汽聯(lián)箱或回熱抽汽系統(tǒng)，壓力0.2～0.3 MPa，蒸汽量流量300～500 kg/h。由于機組輔助蒸汽正常運行時無用戶，為維持輔助蒸汽溫度，需適當打開輔助蒸汽聯(lián)箱的疏水門，這里正好可利用這部分浪費的蒸汽。

b） 增加凝汽器水室真空泵以降低水側熱阻。從凝汽器各水室排氣管隔離門前管道旁路出1路管道，匯集后引至12.6 m層，在12.6 m層加裝1臺水室真空泵（吸入壓力-0.01 kPa，排氣量1 500 m3/h）。定期啟動水室真空泵將水室不凝結氣體排出，維持水室頂部真空，保持凝汽器的虹吸運行，降低循環(huán)水壓力，進而降低循環(huán)水泵電耗。為避免水室真空泵吸入海水，水室真空泵入口管道采用水封布置，最高點高于水室15 m以上。

c）改造真空泵冷卻水管路系統(tǒng)，增大冷卻水流量，并采用溴化鋰制冷機或已有中央空調的冷卻水降低真空泵冷卻水溫度。

3 結論

本文通過循環(huán)水泵單轉速改雙轉速并優(yōu)化運行方式、增大凝汽器換熱管束數量、抽真空系統(tǒng)優(yōu)化等措施來改進機組冷端工作性能，實現(xiàn)機組的寬負荷高效運行。主要結論如下。

a）通過對循環(huán)水泵雙速改造及不同運行方式比較，提出了循環(huán)水泵運行優(yōu)化方案。純凝工況下循環(huán)水泵改造平均可降低供電煤耗1.98 g/（kW·h），額定抽汽工況下平均可降低供電煤耗0.9 g/（kW·h）。

b） 凝汽器換熱管改造后THA工況下凝汽器平均背壓可降到5.44 kPa，降低供電煤耗約1.19 g/（kW·h）；額定抽汽工況下凝汽器平均背壓可降到4.56 kPa，降低供電煤耗約0.63 g/（kW·h）。

c）通過更換雙級水環(huán)真空泵、加裝蒸汽噴射器、增加凝汽器水室真空泵及真空泵冷卻水管路改造，可使機組真空度恢復到原設計值。

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Cold End Optimization of a 330 MW Subcritical Heat-supply Power Unit

HAN Tao1,XU Yatao1,WANG Shunsen2
（1.Shenhua Guohua(Beijing)Electric Power Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100025,China; 2.Xi'an Jiaotong University,Xi'an,Shaanxi710049,China）

Aiming at the problem of low vacuum degree of the cold end,a 330 MW subcritical heat-supply power unit has been simulated with the help of the self-developed thermal power integration software.Different optimization schemes,such as the dual-speed retrofit of the motor of circulating water pump,the increase of the heat transfer area of the condenser and the optimization of the vacuum-pumping system,are proposed.The energy-saving effect of those schemes is also analyzed.The research results provide references for the energy-savingretrofit ofsimilar power units.

heat-supply;cold end;energy-saving;condenser;circulatingwater pump

TM621

B

1671-0320（2017）02-0047-04

2016-12-21，

2017-01-10

韓 濤（1984），男，江蘇徐州人，2012年畢業(yè)于中國科學院工程熱物理研究所工程熱物理專業(yè)，博士，工程師，從事燃煤清潔高效發(fā)電技術研究工作；

徐亞濤（1966），男，山西太原人，1988年畢業(yè)于太原理工大學汽輪機專業(yè)，高級工程師，從事汽輪機研究工作；

王順森（1976），男，河南澠池人，2010年畢業(yè)西安交通大學動力機械及工程專業(yè)，博士，副教授，從事汽輪機沖蝕、流場測量等研究。