國產(chǎn)600MW超臨界機(jī)組冷端節(jié)能優(yōu)化

李大才，趙艷粉，高 峰

（1.廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，潮州 515723；2.上海材料研究所，上海 200437）

1 設(shè)備概況

廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司1、2號機(jī)組（以下簡稱潮州1、2號機(jī)組）為2×600MW超臨界燃煤機(jī)組，汽輪機(jī)采用哈爾濱汽輪機(jī)有限責(zé)任公司制造的CLN600-24.2／566／566型超臨界、一次中間再熱、三缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)，設(shè)計平均背壓為5.88kPa。

2 真空系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 問題的提出

潮州1、2號機(jī)組真空系統(tǒng)各配有3臺水環(huán)式真空泵，高、低壓凝汽器抽空氣管原設(shè)計為串聯(lián)布置方式，如圖1所示。在機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，低壓凝汽器運(yùn)行性能較差，高、低壓凝汽器壓力差偏小，一般不超過0.5kPa。

2.2 系統(tǒng)改造

利用機(jī)組小修期間對真空系統(tǒng)抽空氣管道進(jìn)行改造，將真空泵A入口管道接至高壓凝汽器，真空泵B增加一路入口管接至高壓凝汽器，并在高、低壓凝汽器連通管上安裝閥門，如圖2所示。凝汽器抽空氣方式由原來的單串聯(lián)抽空氣方式改為可以串聯(lián)、并聯(lián)切換運(yùn)行的抽空氣方式，串聯(lián)抽空氣方式下，高、低壓凝汽器抽空氣管道連通，正常運(yùn)行時兩臺真空泵并列運(yùn)行，由低壓凝汽器側(cè)抽空氣；在并聯(lián)抽空氣方式下，高、低壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)完全隔離（關(guān)閉高、低壓凝汽器空氣管聯(lián)絡(luò)門），由兩臺真空泵分別對高、低凝汽器抽空氣。

圖1 真空系統(tǒng)原設(shè)計布置方式

圖2 真空系統(tǒng)改造后布置方式

2.3 經(jīng)濟(jì)性比較

對1號機(jī)組進(jìn)行了不同抽空氣方式下的經(jīng)濟(jì)性對比試驗(yàn)，包括汽輪機(jī)背壓變化、對熱耗率以及供電煤耗率的影響。在試驗(yàn)期間對汽機(jī)及鍋爐汽水系統(tǒng)進(jìn)行了隔離，1、2號機(jī)組兩臺循環(huán)水泵并列運(yùn)行，兩臺真空泵運(yùn)行，循環(huán)水溫度為18.3℃，運(yùn)行方式切換前背壓為6.010kPa。切換至串聯(lián)方式后，在其他運(yùn)行條件不變的情況下，低壓凝汽器壓力緩慢升高，高壓凝汽器壓力基本維持不變（見圖3），平均背壓升高至6.262kPa，變化值為0.252kPa，影響熱耗升高了19kJ／kWh，折合供電煤耗增加0.74g／kWh。同樣的300MW工況真空系統(tǒng)抽空氣管道串聯(lián)方式下背壓為4.232kPa，切換至并聯(lián)方式后（見圖4），平均背壓降低至4.033kPa，變化值為0.199kPa，影響熱耗升高了15kJ／kWh，折合供電煤耗增加了0.58g／kWh。

圖3 600MW真空系統(tǒng)并聯(lián)切串聯(lián)過程背壓變化

圖4 300MW真空系統(tǒng)串聯(lián)切并聯(lián)過程背壓變化

2.4 試驗(yàn)結(jié)論

由試驗(yàn)結(jié)果表明，1號機(jī)真空系統(tǒng)并聯(lián)方式下的機(jī)組背壓和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于串聯(lián)方式。600、300MW兩個工況的兩種運(yùn)行方式切換時背壓變化值分別為0.252、0.199kPa，影響供電煤耗為0.74、0.58g／kWh。這主要是因?yàn)榇?lián)方式下高壓凝汽器排擠了低壓凝汽器中不凝結(jié)氣體的抽出，影響了低壓凝汽器的運(yùn)行效果。在潮州1、2號機(jī)組真空系統(tǒng)改造后，獲得的經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3 真空泵改進(jìn)

3.1 問題提出

每臺機(jī)組真空泵運(yùn)行方式為“兩運(yùn)一備”。自2007年底至2008年初，1、2號機(jī)組6臺真空泵先后發(fā)生了轉(zhuǎn)子葉片斷裂的情況，為此將真空泵舊轉(zhuǎn)子全部更換為新轉(zhuǎn)子，同時為了保正新轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行，每臺真空泵又加裝了一套大氣噴射器。目前，設(shè)備運(yùn)行狀況稍好于技改前，但因增加了大氣噴射器，抽吸系統(tǒng)外的空氣使得真空泵負(fù)荷增大，功耗增加，造成大量的電能浪費(fèi)。

3.2 設(shè)備改造

結(jié)合3、4號1 000MW機(jī)組采用二級真空泵運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出改造計劃，其優(yōu)點(diǎn)具體如下。

1）錐體雙級真空泵采用錐體雙級設(shè)計，從根本上防止了汽蝕對泵的損害，真空泵的進(jìn)、排汽口通道較大，這就允許更多的液體夾帶。在真空泵的入口處加冷凝噴嘴，對真空泵吸入口的混合氣體進(jìn)行預(yù)冷卻，使得大部分的水蒸汽被冷卻，減小了吸入介質(zhì)的體積流量，從而提高真空泵的抽干空氣能力。

2）單雙級自動切換設(shè)計，使真空泵的效率更高。在系統(tǒng)真空度較低時，真空泵單級葉輪投入工作，這樣能維持較大的抽吸量，便于快速建立真空；當(dāng)系統(tǒng)真空度較高時，真空泵內(nèi)部的級間止回閥自動切換，使第二級葉輪投入工作，這樣就保證了較高的工作效率。

3）錐體泵軸所受力最小。在泵運(yùn)轉(zhuǎn)時，平圓盤泵壓縮力由上而下，也就是軸所承受的力是壓縮力和葉輪的自身重力相加；錐體真空泵的葉輪偏向外殼的下部，排氣口在泵的下部，所以當(dāng)氣體被壓縮后，壓縮力的方向由下而上，可抵消一部分葉輪的自重，故而軸所承受的力小，軸的壽命也比平面泵軸的壽命長，同時也能減輕軸承負(fù)載，延長軸承的使用周期。

4）錐體泵允許有更大的磨損。真空泵運(yùn)行多年時，葉輪不可避免地要產(chǎn)生磨損。試驗(yàn)表明，當(dāng)葉輪與進(jìn)口間隙增大0.2mm時，錐體泵抽氣能力僅下降2%，而平圓盤泵要下降5%。

5）錐體雙級真空泵有較高的極限真空度。錐體部分特殊的真空鏟斗設(shè)計使從排氣口回流的氣體經(jīng)引流通道回到排氣口，使真空泵保持較高的極限真空。錐體式雙級真空泵節(jié)能效果明顯。

3.3 經(jīng)濟(jì)性比較

1、2號機(jī)A、C真空泵由單級真空泵換成二級真空泵，改造完成后運(yùn)行電流由250A降至170A，下降了80A，一臺真空泵一天節(jié)電近1 000kWh，單臺機(jī)組兩臺真空泵年節(jié)能達(dá)到了84萬kWh。同時，新型雙級真空泵抽吸能力增加0.15kPa，改造后真空泵年維護(hù)費(fèi)用降低30萬元，真空泵可靠性大大提高，通過真空泵改造共降低供電煤耗約0.30g／kWh。

4 二次濾網(wǎng)改進(jìn)

4.1 問題提出

潮州1、2號機(jī)組地處饒平縣黃岡河入海口，西南10km有南澳島。這里漁業(yè)發(fā)達(dá)，居民人口密集，海生物和生活垃圾漂浮物較多，由于二次濾網(wǎng)不能實(shí)現(xiàn)自動反沖洗，使二次濾網(wǎng)壓差增大，循環(huán)水泵出口壓力升高、循泵出力下降，造成電流增大，電能消耗增加；同時循環(huán)水流量減少會影響凝汽器換熱效果，使得凝汽器真空下降，長期運(yùn)行則會影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果。如果二次濾網(wǎng)長期無法正常自動反沖洗，就需要停一臺循泵，單側(cè)關(guān)閉循環(huán)水進(jìn)出口電動蝶閥，手動打開底部排污門進(jìn)行排污沖洗，不僅人工操作量大、沖洗效果差，而且會對重要輔機(jī)設(shè)備壽命造成影響。

4.2 設(shè)備改造

通過改造為自動反沖洗二次濾網(wǎng)，出現(xiàn)的安全性問題得到解決，并解決了二次濾網(wǎng)運(yùn)行水阻大、排污效果差等問題，可以實(shí)現(xiàn)在差壓達(dá)到設(shè)定值時程控啟動自動反沖洗。長期運(yùn)行后，二次濾網(wǎng)前后差壓不大于10kPa，前后壓差不斷增加達(dá)到設(shè)定值時，濾網(wǎng)可以自動進(jìn)行反沖洗，同時還有力矩保護(hù)、自動反轉(zhuǎn)等功能，可以實(shí)現(xiàn)在任意負(fù)荷進(jìn)行自動反沖洗，還具有定時反沖洗等功能，適應(yīng)了機(jī)組負(fù)荷要求，提高了機(jī)組熱效率。

4.3 經(jīng)濟(jì)性比較

1）兩機(jī)三泵運(yùn)行方式：改造前后循泵電流平均下降17.00A，每年兩機(jī)三泵運(yùn)行方式共計3個月計算，可節(jié)約5.3萬元。

2）兩機(jī)四泵運(yùn)行方式：改造后四臺循泵電流平均下降8.76A，每年兩機(jī)四泵運(yùn)行方式共計7個月計算，可節(jié)約40.6萬元。

3）兩機(jī)兩泵運(yùn)行：改造后兩臺循泵電流平均下降7.73A，每年兩機(jī)兩泵運(yùn)行方式共計2個月計算，節(jié)約5.1萬元。

4）改造前濾網(wǎng)沖洗對機(jī)組節(jié)能的影響：機(jī)組改造前，沖洗濾網(wǎng)需要降低負(fù)荷進(jìn)行半側(cè)隔絕，每年沖洗濾網(wǎng)會多增加成本38.5萬元。

每臺機(jī)組以上4項(xiàng)節(jié)約費(fèi)用合計89.6萬元，折算為供電煤耗可降低0.3g／kWh。

5 真空系統(tǒng)查漏

5.1 問題的提出

1號機(jī)自小修后啟動，一直存在真空系統(tǒng)嚴(yán)密性差、凝汽器真空低的問題，成為制約機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個重要因素，為此潮州發(fā)電廠自購了氦質(zhì)譜檢漏儀，對1號機(jī)進(jìn)行了真空查漏。

5.2 真空查漏

通過在真空區(qū)噴灑氦氣，借助氦質(zhì)譜儀對真空區(qū)人孔門、低壓缸軸封、防爆門、負(fù)壓系統(tǒng)疏水等進(jìn)行了全面查漏。真空系統(tǒng)主要漏點(diǎn)泄露量及處理情況見表1。在表1中：N×10-7級別為小漏，N×10-6為中漏，N×10-5及以上為大漏。

表1 真空系統(tǒng)主要漏點(diǎn)泄露量及處理情況

通過查漏找到了影響機(jī)組真空嚴(yán)密性的原因，并對部分漏點(diǎn)進(jìn)行了不停機(jī)軟堵漏。在1號機(jī)停機(jī)后，檢查發(fā)現(xiàn)A低壓缸前軸封的軸封腔室供汽管出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致軸封供汽不足，進(jìn)行了補(bǔ)焊處理。中主門油控跳閘閥（兩側(cè)）門桿外漏，跳閘閥疏水接至凝汽器，從而造成了真空泄漏，對兩側(cè)中主門油控跳閘閥進(jìn)行了更換。

5.3 經(jīng)濟(jì)性比較

在1號機(jī)真空查漏處理前后的真空嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果顯示：高、低壓凝汽器試驗(yàn)結(jié)果分別為56、450Pa／min，處理后分別為90、28Pa／min，真空嚴(yán)密性大大提高（真空提升0.1kPa）。通過真空查漏發(fā)現(xiàn)了軸封系統(tǒng)及油控跳閘閥等重大缺陷，提高了機(jī)組的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

6 結(jié)語

真空系統(tǒng)改進(jìn)后，其并聯(lián)方式下的機(jī)組背壓、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于串聯(lián)方式。1、2號機(jī)A、C真空泵由單級真空泵換成二級真空泵，改造后節(jié)能效果明顯。二次濾網(wǎng)改進(jìn)為自動反沖洗濾網(wǎng)，降低了運(yùn)行人員的操作量，提高了機(jī)組運(yùn)行效率。通過真空查漏，找到了影響真空嚴(yán)密性的因素，改進(jìn)和優(yōu)化后對機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響明顯，共降低供電煤耗1.0g／kWh以上，年節(jié)約標(biāo)煤約7 000t，這些是比較值得推廣的冷端優(yōu)化方法。