電廠凝汽系統(tǒng)優(yōu)化與應(yīng)用

杜俊國(guó)，李志剛，王文峰兗礦集團(tuán)有限公司南屯電力分公司，山東 鄒城 273515

0 引言

在現(xiàn)代電站凝汽式汽輪機(jī)組的熱力循環(huán)中，凝汽設(shè)備起著冷源的作用，其主要任務(wù)是將汽輪機(jī)排汽凝結(jié)成水并在汽輪機(jī)排汽口建立與維持一定的真空度。凝汽設(shè)備包括凝汽器﹑凝結(jié)水泵﹑抽氣器及冷卻水塔等。其中凝汽器是最主要的組成部分，其質(zhì)量的好壞對(duì)火力發(fā)電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。山東兗礦集團(tuán)有限公司南屯電力分公司兩臺(tái)機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，凝汽器結(jié)垢嚴(yán)重，冷卻效果差，已經(jīng)成為影響機(jī)組真空的重要因素。為了徹底解決上述問(wèn)題，需要凝汽系統(tǒng)優(yōu)化改造，提高機(jī)組的真空度，使機(jī)組能夠在各種工況下滿負(fù)荷運(yùn)行，取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 凝汽器改造

1.1 凝汽器現(xiàn)狀

凝汽器優(yōu)化前的主要技術(shù)參數(shù)：冷凝面積3000m2；冷卻水量7350m3/h。

當(dāng)初在機(jī)組選型時(shí)是按照抽汽工況進(jìn)行設(shè)計(jì)，而實(shí)際運(yùn)行抽汽工況僅3個(gè)月，大部分時(shí)間是在純冷凝工況下運(yùn)行。經(jīng)核算，現(xiàn)運(yùn)行的凝汽器設(shè)計(jì)冷卻水溫20℃時(shí)其背壓為6.436kPa，如果按照冷卻水溫26℃計(jì)算，凝汽器背壓為8.632kPa，與原凝汽器額定設(shè)計(jì)背壓5.81kPa相差很大，因此原設(shè)計(jì)的凝汽器在實(shí)際運(yùn)行中是偏離設(shè)計(jì)背壓的。由于凝汽器冷卻面積容量不足，機(jī)組不能滿負(fù)荷運(yùn)行，這將大大降低機(jī)組的工作效率。因此對(duì)凝汽器進(jìn)行優(yōu)化改造是非常必要的。

1.2 凝汽器優(yōu)化

凝汽器優(yōu)化的主要目標(biāo)就是加大凝汽器的冷凝面積，改善凝汽器的熱交換環(huán)境和條件，從而達(dá)到提高凝汽器的真空度，降低凝汽器的背壓的目的。在凝汽器連接尺寸不動(dòng)﹑所有外部接口不變的前提下，保留凝汽器殼體﹑熱水井，更換芯子，冷卻面積由3000m2增大至3500m2，進(jìn)行如下改造：

1）更換全部管板，按新型高效排列布置冷卻管。

利用凝汽器汽側(cè)流場(chǎng)數(shù)值分析軟件對(duì)管束進(jìn)行校核和優(yōu)化，保證蒸汽的流量，流速在管束各區(qū)段都達(dá)到均勻的程度，從而最大程度地降低汽阻，提高換熱效率。新型布管的蒸汽流掠過(guò)換熱管的流動(dòng)方向均為較佳換熱效果的水平流及向下流，徹底消除了換熱效率低的向上流動(dòng)，從而充分發(fā)揮了管束各區(qū)段的換熱潛力。當(dāng)蒸汽流為水平流時(shí)，消除了凝結(jié)水的水膜對(duì)傳熱的影響，其傳熱量為1，傳熱效果最好。以前設(shè)計(jì)布管方式都不同程度上存在蒸汽向下流與向上流問(wèn)題，影響到傳熱效果，當(dāng)蒸汽流為向下流時(shí)，形成了部分凝結(jié)水膜，對(duì)傳熱產(chǎn)生一定影響，傳熱量也降低為0.8；當(dāng)蒸汽流為向上流時(shí)，形成的水膜，對(duì)傳熱的影響最嚴(yán)重，其傳熱效果最差，傳熱量?jī)H為0.4。采用的新型的布管方式與其它各種布管方式相比，徹底廢除了傳熱效果最差的向上流布管，最大限度地采用了水平流布管，所以其傳熱效果明顯優(yōu)于其它布管方案。管束排列外疏內(nèi)密，蒸汽通道呈明顯收縮態(tài)勢(shì)，適應(yīng)了由于蒸汽不斷凝結(jié)而引起的容積流量不斷減小的劇烈變化，保證流速﹑流量的均勻分布，消除了渦流現(xiàn)象，使壓力場(chǎng)均勻，減少了壓力損失。管束窄長(zhǎng)，管束與凝汽器側(cè)壁之間留有寬敞的通道，保證一部分蒸汽直達(dá)熱井水面，對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行回?zé)岢?，以降低凝結(jié)水中的含氧量，且汽阻小。

2）更換全部中間支撐管板，中間支撐管板與殼體采用易調(diào)整安裝位置的支撐桿結(jié)構(gòu)，并按HEI標(biāo)準(zhǔn)重新調(diào)整跨距。

3）取消全部擋汽板，按新排管方式重新設(shè)計(jì)。

4）冷卻水管全部更換。采用錫黃銅管HSn70-1A；冷卻管與管板采用脹接連接。

5）更換水室牽條及附件，并采用新型密封連接。

6）更換水室密封膠條。

凝汽器優(yōu)化后的主要技術(shù)參數(shù)：冷凝面積3500m2；冷卻水量10855m3/h。

2 冷卻塔改造

2.1 冷卻塔現(xiàn)狀

電廠凝汽器冷卻水系統(tǒng)是一個(gè)封閉式循環(huán)水系統(tǒng)，冷卻水經(jīng)過(guò)凝汽器換熱管壁進(jìn)行熱交換，然后經(jīng)過(guò)管道遠(yuǎn)送到冷卻水塔，該冷卻水塔是逆流式雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔，冷卻水的冷卻是通過(guò)水和空氣接觸，由蒸發(fā)散熱﹑接觸散熱和輻射散熱三個(gè)過(guò)程共同作用的結(jié)果。原有冷卻塔傳熱面積1500m2，在當(dāng)?shù)貧庀髼l件下，該冷卻塔不能滿足改造后機(jī)組循環(huán)水冷卻要求，需要新增冷卻設(shè)施。

2.2 冷卻塔改造

原有的1500m2自然通風(fēng)冷卻塔保留使用，選用兩臺(tái)水力噴霧推進(jìn)通風(fēng)冷卻塔，冷卻能力3000m3/h/臺(tái)，分別建在兩臺(tái)冷卻塔的偏東側(cè)。這樣避免了拆除原冷卻塔所帶來(lái)的巨大損失，大大節(jié)省工程設(shè)備的投資，同時(shí)，也可大幅度地縮短現(xiàn)場(chǎng)施工工期。改造后，可使每臺(tái)機(jī)循環(huán)水的冷卻能力達(dá)到12400m3/h，滿足機(jī)組冷凝系統(tǒng)的運(yùn)行需要。

2.2.1 水力噴霧推進(jìn)通風(fēng)冷卻塔的工作原理

新增的水力噴霧推進(jìn)通風(fēng)冷卻塔由鋼結(jié)構(gòu)塔體﹑噴霧推進(jìn)霧化裝置﹑淋水板﹑收水器等組成。其中，噴霧推進(jìn)霧化裝置是本塔的核心設(shè)備，它包含旋轉(zhuǎn)水室﹑旋流霧化噴頭﹑風(fēng)葉等部件。該冷卻塔充分利用循環(huán)水系統(tǒng)中存在的壓力作為動(dòng)力源，壓力水經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入噴霧推進(jìn)霧化裝置的水室，并均勻分配到各噴管，以霧狀水噴出，在噴霧推力的作用下，使水室?guī)?dòng)噴管及風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，水室快速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使水流離心增壓，噴射液體速度加快，反過(guò)來(lái)又促進(jìn)噴霧推進(jìn)霧化裝置的轉(zhuǎn)速增大，最后將水流的大部分能量轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，使熱水霧流與冷風(fēng)得到充分熱交換，達(dá)到循環(huán)水降溫的目的。

2.2.2 水力噴霧推進(jìn)通風(fēng)冷卻塔的優(yōu)點(diǎn)

采用新型的水力噴霧推進(jìn)通風(fēng)冷卻塔，在“收斂—擴(kuò)張”型塔體內(nèi)裝設(shè)多個(gè)“噴霧推進(jìn)霧化裝置”，該裝置工作水壓低（0.12MPa）﹑風(fēng)量大（該裝置風(fēng)量300萬(wàn)m3/h，電機(jī)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)量只有240萬(wàn)m3/h）﹑霧化效果好，可同時(shí)作霧化器和抽風(fēng)機(jī)，使其在不增加動(dòng)力條件下，對(duì)水霧進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流散熱，從而取消傳統(tǒng)的填料和風(fēng)機(jī)。本冷卻塔具有溫降大能耗低﹑造價(jià)低﹑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單﹑維修量少﹑運(yùn)動(dòng)可靠﹑冷效穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

3 改造后的效益分析

凝汽系統(tǒng)改造完成后，每小時(shí)比目前能多發(fā)電量1萬(wàn)kW·h。6月～9月份運(yùn)行時(shí)間（122-10）×24×2=5376小時(shí)，考慮期間單機(jī)檢修10天，每年增加發(fā)電量5376萬(wàn)kW·h。上網(wǎng)不含稅電價(jià)0.3145元/kW·h，發(fā)電成本如果按照0.207元/kW·h計(jì)算，每年增加利潤(rùn)577.92萬(wàn)元，可見經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)電廠凝汽系統(tǒng)的改造，提高了電廠機(jī)組的真空度，使機(jī)組能夠在各種工況下滿負(fù)荷運(yùn)行，為電廠取得了更大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)給國(guó)內(nèi)50mW同類機(jī)組進(jìn)行類似的改造提供了很好的借鑒作用。