陳 昕,秦 淵,黃志超
(1.中南電力設(shè)計院,湖北 武漢 430071;2.上海電氣電站集團(tuán),上海 201100)
火力發(fā)電廠的凝結(jié)水系統(tǒng)是電廠熱力系統(tǒng)的主要系統(tǒng)之一,凝結(jié)水泵又是其中的關(guān)鍵設(shè)備,保證電廠的汽水系統(tǒng)循環(huán)可以持續(xù)正常運(yùn)行。凝結(jié)水系統(tǒng)供雜用部分系統(tǒng)支路繁瑣眾多,而雜用凝結(jié)水這部分設(shè)計往往受到設(shè)計人員的忽視。
內(nèi)蒙古鄂爾多斯某電廠一期工程建設(shè)2臺135MW循環(huán)流化床機(jī)組,汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司N135-13.24/535/535型超高壓、一次中間再熱凝汽機(jī)組,每臺機(jī)組配備2臺110%凝結(jié)水泵,型號ZD12NLT,額定流量342 t/h,揚(yáng)程184m。
該項(xiàng)目一期工程已投產(chǎn),1號機(jī)組經(jīng)過半年運(yùn)行,現(xiàn)場反映凝結(jié)水泵單泵運(yùn)行、在機(jī)組115MW(85%)負(fù)荷時,凝汽器水位開始逐漸升高,除氧器水位降低,均不能維持正常水位,雙雙報警。為了保證機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行,凝結(jié)水泵雙泵投運(yùn),無備用。
根據(jù)現(xiàn)場反應(yīng)實(shí)際問題,我們從設(shè)計、運(yùn)行以及設(shè)備自身等方面分析查找原因。
本工程為單元制凝汽式機(jī)組,根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)范》(DL—5000—2000),單臺凝汽式機(jī)組宜裝設(shè)兩臺凝結(jié)水泵,每臺凝結(jié)水泵容量為最大凝結(jié)水量的110%。經(jīng)查汽機(jī)廠熱平衡圖,汽機(jī)最大進(jìn)汽工況的凝汽量、凝汽器的疏水量、純凝機(jī)組的正常補(bǔ)水量之和為310.7 t/h,310.7 t/h ×1.1=342 t/h,依照規(guī)范,凝結(jié)水泵設(shè)計選型無問題。本工程進(jìn)行施工圖設(shè)計時,還沒有發(fā)布執(zhí)行新版的《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》(GB50660-2011)。
根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù),結(jié)合就地測量表計,統(tǒng)計出不同負(fù)荷下單臺凝泵出口流量、壓力,對比凝泵的工況曲線圖,基本吻合。同時,凝結(jié)水泵的制造廠家也派人在現(xiàn)場,與運(yùn)行人員一起試驗(yàn),確認(rèn)水泵自身沒有問題,實(shí)際運(yùn)行各工況出力與水泵工況曲線基本一致。
是不是水泵已經(jīng)汽蝕了呢?如果凝結(jié)水泵發(fā)生汽蝕,也會造成出力不足?,F(xiàn)場將濾網(wǎng)濾芯取出后進(jìn)行測試,去掉濾網(wǎng)濾芯,發(fā)現(xiàn)凝泵出力不足的問題依然存在。
因此,凝泵濾網(wǎng)的阻力及凝泵是否汽蝕都不是出力不夠的原因。
凝結(jié)水系統(tǒng)如圖1。
圖1 凝結(jié)水系統(tǒng)圖
凝結(jié)水系統(tǒng)還有重要一支路,即雜用凝結(jié)水系統(tǒng)。
雜用凝結(jié)水系統(tǒng)主要作用是為汽機(jī)房內(nèi)輔機(jī)提供中壓的減溫水、水質(zhì)要求較高的密封水等。逐一分析這些雜用凝結(jié)水用水點(diǎn),可以分為三類:
①機(jī)組啟動時需投入的雜用凝結(jié)水,正常運(yùn)行時切斷,這一類雜用水有低旁減溫水、三級減溫減溫水等,這些支路非長期投運(yùn),機(jī)組正常運(yùn)行時處于關(guān)斷狀態(tài),經(jīng)逐一檢查,閥門關(guān)閉正常,無泄漏。
②處于備用狀態(tài)的雜用凝結(jié)水支路,如高加聯(lián)成閥雜用水、至抽汽逆止閥液控雜用水、排氣缸噴水減溫等。
高加聯(lián)成閥雜用水、至抽汽逆止閥液控雜用水是通過壓力來作用于高加聯(lián)成閥和液壓止回閥的,閥門不動作,這些管路并沒有聯(lián)通,凝結(jié)水沒有回到凝汽器,所以這也不是凝結(jié)水泵出力不足的根源所在。
③機(jī)組運(yùn)行時處于投運(yùn)的雜用凝結(jié)水,至鍋爐暖風(fēng)器用汽減溫器、至暖通用汽減溫器、至本體疏水?dāng)U容器、給水泵密封水、主汽閥再熱汽閥油動機(jī)冷卻水等。至減溫器用水、至疏水?dāng)U容器雜用凝結(jié)水量較小。至主汽閥再熱汽閥油動機(jī)冷卻水系統(tǒng)見圖2。
圖2 至主汽閥、再熱汽閥油動機(jī)冷卻水
汽輪機(jī)的高壓主汽閥、再熱汽閥以及配套的油動機(jī)、自動關(guān)閉器用凝結(jié)水冷卻,最終冷卻回水經(jīng)節(jié)流,回至凝汽器。
由于這一小系統(tǒng)長期運(yùn)行,而且主汽閥、再熱汽閥以及配套的油動機(jī)、自動關(guān)閉器這些設(shè)備水阻都很小,如果末端的節(jié)流孔板現(xiàn)場加工不當(dāng),很有可能造成該管段壓差過大,凝結(jié)水“直通”凝汽器,形象地說,將凝結(jié)水“短路”了,凝結(jié)水壓力下降,自然就滿足不了要求了。
綜上所述,這路雜用凝結(jié)水很可能是問題所在。
針對上述這些疑點(diǎn),現(xiàn)場又做了一次運(yùn)行實(shí)驗(yàn),機(jī)組負(fù)荷132MW,除氧器壓力0.64MPa,此時凝泵雙泵運(yùn)行,汽機(jī)本體疏水?dāng)U容器一臺投運(yùn)(減溫水投入),除氧器凝結(jié)水進(jìn)口調(diào)節(jié)閥全開,其他輔機(jī)正常運(yùn)行。
關(guān)閉一臺凝泵,DCS顯示除氧器水位逐漸降低,同時凝汽器水位逐漸上升。證明凝泵單臺運(yùn)行確實(shí)不能滿負(fù)荷時保證凝結(jié)水系統(tǒng)的壓力,并且凝結(jié)水沒有外漏,依然在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。很快,高、低水位相繼報警,值長命令運(yùn)行人員手動關(guān)閉本體疏水?dāng)U容器的減溫水進(jìn)口門,除氧器水位不再降低,但不穩(wěn)定,凝汽器水位升高也不明顯。減少本體疏水?dāng)U容器這點(diǎn)凝結(jié)水量,就能保證凝結(jié)水系統(tǒng)壓力,證明確實(shí)是因?yàn)殡s用凝結(jié)水部分流量過大,導(dǎo)致凝泵出口壓力低。
為保證機(jī)組此時的安全運(yùn)行,運(yùn)行人員打開了本體疏水?dāng)U容器的減溫水閥門,同時將軸加的旁路電動門停留在5%的開度,除氧器水位不能維持;加大到10%,除氧器水位開始回升,直至高位報警,凝結(jié)水入口調(diào)節(jié)閥DCS投入,除氧器水位開始維持正常。
軸加旁路電動閥打開,使得凝結(jié)水主路分流一部分,適當(dāng)減小凝結(jié)水系統(tǒng)的整體阻力,間接旁路掉一部分軸加的阻力,可以短時間維持機(jī)組正常運(yùn)行,同時又不會影響軸加的正常工作。
經(jīng)過運(yùn)行人員現(xiàn)場逐一摸查雜用凝結(jié)水管路,最終沒有找到主汽閥油動機(jī)冷卻水回水管路上的節(jié)流孔板。
至此,問題基本搞清楚,由于沒有安裝節(jié)流孔板,這路雜用凝結(jié)水回水至凝汽器壓差過大,造成用水流量過大。這段管路管徑為DN65,隨機(jī)組運(yùn)行投運(yùn),其流量基本達(dá)到了凝泵選型110%的裕量,即凝結(jié)水量的10%,使原凝泵設(shè)計選型出力不能滿足實(shí)際運(yùn)行需要。
管路上設(shè)置節(jié)流孔板的目的就是為了通過節(jié)流降低流體的壓力,使得進(jìn)入凝汽器的雜用凝結(jié)水與凝汽器壓差不至過大。也可以采用調(diào)節(jié)閥控制壓力,但考慮到本工程該段管路管徑小,采用調(diào)節(jié)閥控制成本較大,系統(tǒng)復(fù)雜。而采用節(jié)流孔板的降壓的方式,應(yīng)根據(jù)DL/T 5054—1996《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定》計算孔徑,避免介質(zhì)汽蝕。本工程節(jié)流孔板安裝遺漏是導(dǎo)致凝泵出力不足的主要原因,在以后的工程設(shè)計中,節(jié)流孔板的設(shè)計應(yīng)引起足夠的重視。
該電廠凝結(jié)水泵出力不足,雖說是施工單位沒有按圖紙施工,是一起偶然事件,但是仔細(xì)分析會發(fā)現(xiàn),電廠的凝泵出口雜用水用量還是比較大的,我們在凝泵選型時,往往一概而論,將雜用凝結(jié)水統(tǒng)統(tǒng)劃分至10%的裕量中,對于供熱機(jī)組雜用凝結(jié)水往往還有供熱系統(tǒng)的減溫器減溫用途等。因此,凝泵選型時流量的選擇,需考慮各路雜用凝結(jié)水的具體用量;另外對于返回凝汽器的各路雜用凝結(jié)水源,應(yīng)分路設(shè)置調(diào)節(jié)閥組,嚴(yán)格控制進(jìn)入凝汽器工質(zhì)的壓力與流量。
[1]DL/T 5054-1996,火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].
[2]DL 5000-2000,電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)范[S].