660MW大型純凝發(fā)電機(jī)組真空系統(tǒng)提效優(yōu)化

李偉林

(江蘇大唐國(guó)際呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇啟東 226246)

0 前言

江蘇大唐國(guó)際呂四港發(fā)電有限責(zé)任公司是近年投產(chǎn)的超超臨界純凝海水直冷發(fā)電機(jī)組，電廠填海而建，擁有得天獨(dú)厚的冷端循環(huán)水資源，設(shè)計(jì)之初就充分考慮要到利用周邊海域深層低溫海水提高循環(huán)效率。但實(shí)際運(yùn)行中真空指標(biāo)卻與設(shè)計(jì)初衷不符，2010-2013年平均真空完成值與內(nèi)陸長(zhǎng)江下游沿江電廠基本持平，甚至還有一定差距。是什么原因?qū)е氯绱说锰飒?dú)厚的環(huán)境資源沒(méi)能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，本文將從冷端系統(tǒng)的各個(gè)方面分析呂四港電廠沒(méi)有發(fā)揮冷端優(yōu)勢(shì)的原因，并以此提出同類(lèi)機(jī)組可能共同存在的問(wèn)題，探索解決方案。

1 冷端系統(tǒng)概況

呂四港電廠冷端系統(tǒng)凝汽器采用的是哈汽660MW超超臨界機(jī)組配套凝汽器，設(shè)備型號(hào)是N-31000-1，設(shè)計(jì)背壓4.9kPa，設(shè)計(jì)總有效換熱面積31000m2，設(shè)計(jì)循環(huán)水流量73900t/h，進(jìn)水溫度20℃，單機(jī)配備兩臺(tái)長(zhǎng)沙水泵廠生產(chǎn)的設(shè)計(jì)流量37800t/h循環(huán)水泵，真空泵配備3臺(tái)佛山水泵廠生產(chǎn)的水環(huán)式真空泵。凝汽器抽真空方式采用單抽串聯(lián)，入口循環(huán)水采用內(nèi)外圈雙進(jìn)雙出，并設(shè)置有二次濾網(wǎng)。

2 原因分析

2.1 凝汽器設(shè)計(jì)容量過(guò)小

呂四港電廠選配的凝汽器換熱面積為31000 m2明顯小于同類(lèi)型電廠普遍配套的36000m2凝汽器，對(duì)比換熱面積小了13.8%導(dǎo)致凝汽器換熱效能偏低，影響機(jī)組真空。同時(shí)不同換熱面積對(duì)應(yīng)的管數(shù)少總通流截面減小，導(dǎo)致循環(huán)水阻力增大循泵耗電更多，從熱力循環(huán)效率及廠用電方面都不合算。

2.2 循環(huán)水系統(tǒng)阻力大

呂四港電廠凝汽器入口循環(huán)水管道是L型布置，管道存在90°直角，且在凝汽器進(jìn)口中心點(diǎn)前有一段高度為6米的上升管，也就是說(shuō)循環(huán)水必須克服這6米的靜壓阻力才能進(jìn)到凝汽器換熱，此種設(shè)計(jì)增加了循環(huán)水阻力。機(jī)組運(yùn)行中必須保證循環(huán)水壓力在0.06MPa以上才能滿足凝汽器正常進(jìn)水，從而需要運(yùn)行更多的循環(huán)水泵維持較高的循環(huán)水壓力，直接后果是增加了循環(huán)水泵電耗。而間接帶來(lái)的問(wèn)題是滿足凝汽器充滿水的循環(huán)水壓要求過(guò)高，在壓力波動(dòng)的情況下頂部凝汽器管道空管問(wèn)題更容易出現(xiàn)，不僅影響換熱管道壽命而且影響機(jī)組真空。國(guó)內(nèi)循環(huán)水管道設(shè)計(jì)優(yōu)秀的電廠比如上海外高橋第三電廠，其循環(huán)水管道布置方面完全避免90°直角，而且循環(huán)水管道架空布置，與凝汽器入口水平，完全沒(méi)有上升管，因而循環(huán)水運(yùn)行壓力低只需要0.03MPa即可保證凝汽器管道全部充滿，同時(shí)低水壓運(yùn)行增加了循環(huán)水在凝汽器內(nèi)的換熱時(shí)間，提高換熱效率。對(duì)于循泵電耗方面，更低的水壓，循泵所需出力更小，電耗也相應(yīng)更小。

2.3 抽真空方式不合理

原設(shè)計(jì)抽真空方式為，單抽真空管串聯(lián)兩個(gè)凝汽器。這種方式必然導(dǎo)致最遠(yuǎn)端的吸入口負(fù)壓被近端的氣體排擠，形成遠(yuǎn)端抽吸力不足。設(shè)計(jì)是雙背壓凝汽器，但實(shí)際運(yùn)行中背壓差值極小，只有不到0.2kPa，達(dá)不到1kPa的設(shè)計(jì)背壓差。

2.4 沒(méi)有安裝水室真空泵，凝汽器鈦管頂部存在空管現(xiàn)象，影響換熱效率

由于凝汽器入口循環(huán)水管道低位布置，克服6米上升管道阻力后凝汽器頂部鈦管水壓力極低，循環(huán)水流速存在停滯現(xiàn)象，導(dǎo)致頂部鈦管內(nèi)易聚集循環(huán)水內(nèi)的空氣及漂浮雜質(zhì)。個(gè)別機(jī)組甚至出現(xiàn)過(guò)低壓缸末級(jí)葉片出口排汽溫度與真空測(cè)點(diǎn)處排汽溫度一致的現(xiàn)象，說(shuō)明從末級(jí)葉片出口至抽真空管道入口段鈦管換熱效率基本為零。

2.5 真空泵工作液采用循環(huán)水冷卻，夏季工況下真空泵出力受制于循環(huán)水溫度

水環(huán)式真空泵在工作液溫度超過(guò)35℃就極度的影響真空泵入口抽吸性能。如果凝汽器的真空嚴(yán)密性不夠好，在夏季真空泵無(wú)法勝任將凝汽器內(nèi)不凝結(jié)氣體完全抽盡的任務(wù)。

2.6 凝汽器真空嚴(yán)密性不高，影響機(jī)組效率

3 對(duì)應(yīng)的優(yōu)化改造方案

1)基建設(shè)計(jì)初期，在投資許可的情況下盡量選用較大容積的凝汽器，或者后期發(fā)現(xiàn)凝汽器確實(shí)存在換熱面積偏少的情況下，爭(zhēng)取對(duì)凝汽器進(jìn)行擴(kuò)容改造。比如更換換熱能力更強(qiáng)的管道。

2)對(duì)循環(huán)水管道進(jìn)行改造，消除90°直角彎頭，在循環(huán)水潔凈度合適的情況下，采用大孔徑的二次濾網(wǎng)，減小循環(huán)水管道阻力。在基建期可考慮抬高循環(huán)水管道高度的方案，盡量縮小循環(huán)水管道與凝汽器入口中心點(diǎn)的高度差。

3)抽真空方式改雙抽。通過(guò)改造把原來(lái)的串聯(lián)抽真空管從中間隔開(kāi)，兩頭各自引管到不同的真空泵，同時(shí)運(yùn)行兩臺(tái)真空泵分別對(duì)不同的凝汽器抽真空，改造后全年平均真空值提高0.5kPa，且完美實(shí)現(xiàn)雙背壓。對(duì)于多啟一臺(tái)真空泵多耗電的方面，還可進(jìn)行進(jìn)一步深度改造，在水環(huán)式真空泵入口加一級(jí)蒸汽噴射式抽真空噴管，兩個(gè)噴管分別各對(duì)應(yīng)一個(gè)凝汽器，然后用一臺(tái)水環(huán)式真空泵對(duì)噴管進(jìn)行二級(jí)抽真空。這樣不僅保留了雙抽，而且真空泵也少轉(zhuǎn)一臺(tái)節(jié)約廠用電，更重要的是采用兩級(jí)抽真空，能提高整個(gè)抽真空系統(tǒng)抽吸力，凝汽器背壓可達(dá)3.3kPa，并且抽吸能力不受減溫水溫度影響。

4)安裝水室真空泵。不定期的對(duì)凝汽器水室頂部進(jìn)行抽真空，排除集聚空氣。配合膠球系統(tǒng)投運(yùn)及循環(huán)水泵定期倒換契機(jī)，對(duì)凝汽器換熱管道進(jìn)行沖洗。在循泵倒換時(shí)，通過(guò)延遲循泵停運(yùn)時(shí)間，增啟循泵后對(duì)凝汽器進(jìn)行高壓沖洗排汽，清除頂部管道內(nèi)結(jié)垢及堵塞。必要時(shí)凝汽器可半側(cè)隔絕進(jìn)行高壓水沖洗。

5)水環(huán)式真空泵冷卻器加冷媒進(jìn)行降溫。如果生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中央空調(diào)冷凝水量足夠，可將空調(diào)冷凝水引入真空泵冷卻水進(jìn)行降溫。還可采取直接加制冷機(jī)的方法對(duì)真空泵工作液進(jìn)行降溫。最好的辦法是在真空泵前增加一級(jí)蒸汽噴射式抽真空噴管，采用本機(jī)或鄰機(jī)輔汽作為動(dòng)力源，最終蒸汽疏水回收到凝汽器。這樣就不存在真空泵冷卻水溫度影響真空泵出力的問(wèn)題了。

6)機(jī)組檢修時(shí)做好真空系統(tǒng)灌水查漏工作，同時(shí)對(duì)大小機(jī)缸體結(jié)合面認(rèn)真進(jìn)行抹膠密封。平時(shí)運(yùn)行中嚴(yán)格定期進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，并積極開(kāi)展真空查漏工作，配置真空查漏儀、設(shè)定專(zhuān)人緊盯真空嚴(yán)密性查漏處理，保障機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果低于100Pa/min。設(shè)計(jì)基建期可考慮小汽輪機(jī)單獨(dú)配小凝汽器的方案，大機(jī)凝汽器與小機(jī)凝汽器通過(guò)熱井水下連接，這樣不僅杜絕了小機(jī)漏真空對(duì)大機(jī)的影響，同時(shí)小凝汽器也增大了整體凝汽器容積提高了換熱效果，有利于汽機(jī)效率提升與循泵電耗下降。

4 結(jié)論

綜合上述各項(xiàng)原因分析與改造建議，可總結(jié)出火力發(fā)電機(jī)組在機(jī)組冷端系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面存在極大的潛力可挖。按照600MW級(jí)別純凝機(jī)組真空對(duì)供電煤耗的普遍影響來(lái)計(jì)算，每提高1kPa真空，對(duì)應(yīng)機(jī)組供電煤耗下降3g/kW·h。也就是說(shuō)真空如果提高0.2kPa，對(duì)應(yīng)的供電煤耗下降0.6g/kW·h,而600MW以上級(jí)別機(jī)組的電廠煤耗每下降0.5g/kwh都接近要獲得500萬(wàn)元的收益。真空系統(tǒng)的改造與提效無(wú)疑是極具經(jīng)濟(jì)效益，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理方面還可以有很多的改造與優(yōu)化，這必然是值得技術(shù)人員去攻堅(jiān)克難。

[1]呂四港電廠循環(huán)水泵說(shuō)明書(shū)[Z].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙水泵廠有限公司，2007.

[2]呂四港電廠凝汽器說(shuō)明書(shū)[Z].哈爾濱：哈爾濱汽輪機(jī)廠，2007.

[3]呂四港電廠真空泵說(shuō)明書(shū)[Z].佛山：廣東佛山水泵廠，2007.