某330MW 機(jī)組背壓偏高問題診斷分析

徐 星，黃啟龍，戴維葆

（國電科學(xué)技術(shù)研究院，南京 210031）

機(jī)組背壓是影響火電機(jī)組經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主要因素之一。對于濕冷機(jī)組而言，由于受環(huán)境溫度、循環(huán)水量、凝汽器換熱性能、冷卻管束清潔程度等因素影響，機(jī)組運(yùn)行過程中會不同程度地出現(xiàn)背壓偏高現(xiàn)象，極大地影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能。因此，分析找出機(jī)組背壓偏高的真正原因，對降低機(jī)組背壓、提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能具有重要意義。

1 機(jī)組概況

某330 MW 亞臨界濕冷機(jī)組自投產(chǎn)一年以來，一直存在機(jī)組背壓偏高現(xiàn)象。對凝汽器高壓水射流清洗、查漏消缺、正常投運(yùn)膠球后，凝汽器壓力有一定幅度下降，但仍比設(shè)計(jì)值高。凝汽器檢修前后運(yùn)行參數(shù)對比見表1。

表1 凝汽器檢修前后運(yùn)行參數(shù)對比

330 MW 負(fù)荷下，大修前循環(huán)水進(jìn)水溫度為19.10℃，單臺高速泵運(yùn)行，機(jī)組背壓為9.12kPa，較設(shè)計(jì)值6.0kPa偏高3.12kPa；大修后循環(huán)水進(jìn)水溫度為16.70 ℃，單臺高速泵運(yùn)行，機(jī)組背壓為6.73kPa，較設(shè)計(jì)值5.6kPa偏高1.13kPa。

由于機(jī)組真空嚴(yán)密性較好，抽真空系統(tǒng)正常，所以從設(shè)備選型、性能參數(shù)、試驗(yàn)計(jì)算等方面分析凝汽器設(shè)備本體、循環(huán)水系統(tǒng)熱量傳遞情況。通過試驗(yàn)對凝汽器換熱管束清潔程度進(jìn)行分析，診斷出凝汽器換熱管束存在結(jié)垢；大修時(shí)抽取部分凝汽器管束進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)上部管束內(nèi)表面嚴(yán)重結(jié)垢，從而影響機(jī)組背壓。

2 設(shè)備選型分析

與同類機(jī)組相比，該供熱機(jī)組抽汽量較大，其凝汽器設(shè)計(jì)參數(shù)也存在差異。為分析該凝汽器在設(shè)計(jì)選型方面是否存在問題，對比分析了幾種同類型供熱機(jī)組的凝汽器設(shè)計(jì)參數(shù)，見表2。

表2 凝汽器設(shè)計(jì)參數(shù)對比

該機(jī)組供熱抽汽量為550t/h，最大抽汽量為600t/h，均比同類型機(jī)組大；有效傳熱面積為20 530m2，比同類型機(jī)組凝汽器大30～2 030m2；設(shè)計(jì)循環(huán)水量為38 500t/h，比同類型機(jī)組高500～3 700m2。

凝汽器換熱能力主要與有效傳熱面積、循環(huán)水量及傳熱系數(shù)有關(guān)［1］。從凝汽器設(shè)計(jì)參數(shù)來看，額定工況低壓缸排汽量差異較小，而該凝汽器有效換熱面積、循環(huán)水量均比上述同類型機(jī)組大；因此，對比同類機(jī)組情況，該凝汽器在設(shè)計(jì)選型方面是相對合理的。

3 參數(shù)分析

根據(jù)凝汽器檢修前后運(yùn)行數(shù)據(jù)，將設(shè)計(jì)工況、檢修前后運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行對比，見圖1［2］。

從圖1 可知:檢修前后循環(huán)水溫升較大且相差較小，但均較設(shè)計(jì)溫升高，表明該工況下循環(huán)水流量偏??；檢修后端差有所降低，但仍較設(shè)計(jì)端差大，表明目前凝汽器換熱能力仍沒有達(dá)到設(shè)計(jì)值；檢修后凝汽器過冷度與設(shè)計(jì)值接近，表明真空嚴(yán)密性較好，與試驗(yàn)結(jié)果106Pa/min吻合。

圖1 幾種工況下的凝汽器性能參數(shù)

參數(shù)分析表明:凝汽器端差較大，換熱性能下降，換熱管束可能存在沾污或結(jié)垢現(xiàn)象；但端差不僅受換熱性能影響，而且受循環(huán)水量影響，并存在一臨界點(diǎn)［3］。檢修前后的運(yùn)行工況下，由于僅開啟一臺循環(huán)水泵，循環(huán)水量偏小，循環(huán)水溫升較大，為16K 左右，已經(jīng)大大超出其設(shè)計(jì)范圍，也會導(dǎo)致端差增加。因此，僅根據(jù)表1 中檢修前后的凝汽器運(yùn)行工況數(shù)據(jù)不能完全分析出機(jī)組背壓偏高的原因。

4 試驗(yàn)分析

為尋找機(jī)組背壓偏高的真正原因，在額定負(fù)荷下進(jìn)行三個(gè)變工況試驗(yàn):工況1，單臺高速泵運(yùn)行，循環(huán)水進(jìn)水溫度為16.71 ℃；工況2，兩臺高速泵運(yùn)行，循環(huán)水進(jìn)水溫度為20.15 ℃；工況3，兩臺高速泵運(yùn)行，循環(huán)水進(jìn)水溫度為28.95 ℃。三種工況試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 三種試驗(yàn)工況下凝汽器運(yùn)行參數(shù)

上述三種工況基本涵蓋了機(jī)組運(yùn)行額定負(fù)荷時(shí)的大部分工況，具有一定代表性，其中工況2與凝汽器設(shè)計(jì)運(yùn)行條件最接近。

工況1、工況2的凝汽器壓力分別為6.73kPa、6.10kPa，較其應(yīng)達(dá)值［4］5.60kPa、4.90kPa偏高1.13kPa、1.20kPa。單臺高速泵下循環(huán)水量與兩臺高速泵相差14 000t/h左右，兩種循環(huán)水量下其凝汽器壓力設(shè)計(jì)值相差約0.7kPa，實(shí)際工況下兩者相差0.63kPa，基本吻合。工況3循環(huán)水進(jìn)水溫度為28.95℃，兩臺高速泵運(yùn)行，對應(yīng)的凝汽器壓力應(yīng)達(dá)值為8.2kPa，實(shí)際壓力為10.25kPa，較設(shè)計(jì)值偏高約2.05kPa。

通過凝汽器變工況運(yùn)行分析，可以定量摸索出循環(huán)水泵運(yùn)行方式對凝汽器運(yùn)行的實(shí)際影響特性［5］。將循環(huán)水進(jìn)水溫度影響修正到同等條件下時(shí)［6］，單臺循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)該機(jī)組背壓較兩臺泵運(yùn)行時(shí)偏高2.6kPa。兩臺循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)，實(shí)際循環(huán)水量較設(shè)計(jì)值偏低2.96%，導(dǎo)致該機(jī)組背壓增加約0.1kPa，影響較小。

將表1中檢修前工況與表3中試驗(yàn)工況2進(jìn)行對比可以看出:兩個(gè)工況下機(jī)組負(fù)荷基本相同，循環(huán)水進(jìn)水溫度相接近；但試驗(yàn)工況2 比檢修前工況的機(jī)組背壓降低近3kPa，端差減小約1.8K。這是由于試驗(yàn)工況2采用兩臺循環(huán)水泵運(yùn)行，循環(huán)水量比檢修前工況大很多，說明表1工況下端差偏大也受循環(huán)水量影響，不能完全反映凝汽器設(shè)備特性狀態(tài)。

上述分析表明:運(yùn)行兩臺循環(huán)水泵時(shí)，循環(huán)水量與設(shè)計(jì)值基本接近，單臺泵運(yùn)行時(shí)循環(huán)水量較低會導(dǎo)致端差上升。由于工況2 接近凝汽器設(shè)計(jì)運(yùn)行條件，其端差較大，初步判斷出凝汽器換熱能力下降，管束表面可能存在沾污或結(jié)垢現(xiàn)象。

為診斷凝汽器清潔程度，對工況2進(jìn)行清潔系數(shù)計(jì)算，并采用工況1 校核，其中基本傳熱系數(shù)確定采用文獻(xiàn)［7］的方法計(jì)算，循環(huán)水進(jìn)口溫度修正系數(shù)采用文獻(xiàn)［8］的方法確定。

為準(zhǔn)確計(jì)算凝汽器清潔系數(shù)，該試驗(yàn)采用ASME PTC6—2004《汽輪機(jī)性能試驗(yàn)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行汽輪機(jī)全面熱力性能試驗(yàn)，并用已標(biāo)定并安裝在7 號低溫加熱器出口凝結(jié)水母管上的標(biāo)準(zhǔn)ASME長徑噴嘴對凝結(jié)水流量進(jìn)行測量，以保證進(jìn)出凝汽器工質(zhì)能量計(jì)算的準(zhǔn)確性［9］。

試驗(yàn)前進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，檢查凝汽器真空嚴(yán)密性是否合格。雖然各種非正常疏水對凝汽器真空的影響可通過文獻(xiàn)［10］提出的模型進(jìn)行定量計(jì)算，但這里僅考慮凝汽器清潔程度對真空的影響；因此為避免引入額外熱量降低計(jì)算結(jié)果的精度，試驗(yàn)前將進(jìn)入凝汽器的危急疏水、其他不影響運(yùn)行的疏水及凝汽器補(bǔ)水手動門全部關(guān)閉，隔離一切額外工質(zhì)及能量進(jìn)出凝汽器。試驗(yàn)過程中，每隔5 min記錄凝汽器水位變化。試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 凝汽器管束實(shí)際清潔系數(shù)計(jì)算結(jié)果

目前該凝汽器冷凝管清潔系數(shù)為0.64，較設(shè)計(jì)值0.85降低約0.2，凝汽器清潔程度偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)較大。

綜合上述各項(xiàng)分析及清潔系數(shù)計(jì)算結(jié)果，得出該凝汽器換熱管束存在污染或結(jié)垢問題，導(dǎo)致其換熱性能降低，端差增大，機(jī)組背壓升高。雖然檢修時(shí)對凝汽器進(jìn)行高壓水射流清洗，但只能清洗表面污漬，對垢層并不能有效清除，致使檢修后機(jī)組背壓仍然偏高。

5 結(jié)語

通過凝汽器設(shè)備選型對比、變工況運(yùn)行參數(shù)分析、試驗(yàn)分析、計(jì)算清潔系數(shù)等方法得出:

（1）換熱管束表面結(jié)垢是導(dǎo)致該機(jī)組背壓偏高的主要原因，與現(xiàn)場檢查結(jié)果一致，驗(yàn)證了運(yùn)用清潔系數(shù)診斷凝汽器問題的可行性。

（2）該凝汽器清潔程度偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)較大，導(dǎo)致設(shè)計(jì)工況運(yùn)行時(shí)凝汽器壓力較設(shè)計(jì)值偏高1.2kPa，增加機(jī)組供電煤耗率約3g/（kW·h）。

（3）為減緩凝汽器結(jié)垢速率，應(yīng)加強(qiáng)循環(huán)水加藥處理工作，加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)督管理。

［1］朱玉娜，王培紅，呂震中.凝汽器性能監(jiān)測中的多因素偏差分析方法［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào).1998，28（S1）:94－97.

［2］中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL/T 932—2005凝汽器與真空系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)導(dǎo)則［S］.北京:中國電力出版社，2005.

［3］朱銳，種道彤，劉繼平，等.冷卻水流量對凝汽器性能影響的試驗(yàn)研究［J］.熱力發(fā)電，2006，35（4）:10－13，27，67.

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［5］王瑋，曾德良，楊婷婷，等.基于凝汽器壓力估計(jì)算法的循環(huán)水泵最優(yōu)運(yùn)行［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30（14）:7－12.

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