外置蒸汽冷卻器在某1000 MW超超臨界機(jī)組的應(yīng)用

左　帥，李　偉

（1. 國家電投協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司，江蘇濱海224500；2. 華能玉環(huán)電廠，浙江玉環(huán)317604）

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外置蒸汽冷卻器在某1000 MW超超臨界機(jī)組的應(yīng)用

左帥1，李偉2

（1. 國家電投協(xié)鑫濱海發(fā)電有限公司，江蘇濱海224500；2. 華能玉環(huán)電廠，浙江玉環(huán)317604）

摘要：介紹了某電廠1000 MW機(jī)組外置蒸汽冷卻器的改造情況。對外置蒸汽冷卻器投運(yùn)前后高壓加熱器系統(tǒng)的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了分析，并從經(jīng)濟(jì)性方面提出了看法，通過分析可知，投運(yùn)外置蒸汽冷卻器可以引起機(jī)組不同能量品位抽汽之間的排擠，提高整個(gè)系統(tǒng)的熱循環(huán)效率和機(jī)組的出力裕量，并能降低3號高壓加熱器換熱溫差引起的不可逆的熱量損失，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：超超臨界機(jī)組；外置蒸汽冷卻器；應(yīng)用；經(jīng)濟(jì)性

1000 MW超超臨界機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)很高，節(jié)能降耗效果明顯，已經(jīng)成為火電機(jī)組發(fā)展的方向［ 1 ］。隨著對超超臨界機(jī)組運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性要求的不斷提高，國內(nèi)外大型機(jī)組高壓加熱器（下文簡稱高加）蒸汽冷卻器呈現(xiàn)由內(nèi)置向外置發(fā)展的趨勢，使用外置蒸汽冷卻器是充分利用抽汽過熱度、提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的有效手段。

某電廠3號機(jī)組鍋爐是由哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司引進(jìn)日本三菱重工業(yè)株式會(huì)社技術(shù)制造的超超臨界變壓運(yùn)行直流鍋爐，型號為 HG-2953/27.46-YM1，汽輪機(jī)是由上海汽輪機(jī)有限公司引進(jìn)德國西門子技術(shù)生產(chǎn)的超超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組，型號為N1000-26.25/600/600，給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)有2×3臺(tái)全容量、臥式、雙流程高加［ 2 ］，其中3號高加抽汽來自汽輪機(jī)中壓缸的第一級抽汽，額定工況下抽汽溫度達(dá)465℃，而該抽汽壓力對應(yīng)的飽和溫度較低，僅為216℃，蒸汽過熱度約250 ℃，造成3號高加換熱溫差很大，換熱過程不可逆的熱量損失較大［ 3 ］。某電廠3號機(jī)組于2014年底進(jìn)行了外置蒸汽冷卻器系統(tǒng)改造，對該機(jī)組外置蒸汽冷卻器系統(tǒng)的改造及應(yīng)用情況進(jìn)行分析，可為超超臨界機(jī)組外置蒸汽冷卻器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、改造及運(yùn)行提供良好的借鑒作用。

1　外置蒸汽冷卻器改造情況

1.1系統(tǒng)布置及流程介紹

某電廠外置蒸汽冷卻器改造后，在3號機(jī)組汽機(jī)房零米層增加一個(gè)外置蒸汽冷卻器，高過熱度的汽輪機(jī)3號抽汽進(jìn)入外置蒸汽冷卻器管側(cè)，1號高加的部分疏水進(jìn)入外置蒸汽冷卻器的殼側(cè)。外置蒸汽冷卻器殼側(cè)疏水被加熱后產(chǎn)生的飽和蒸汽再引回到1號高加進(jìn)汽管道，管側(cè)3號抽汽被冷卻后成為低過熱度的蒸汽再供給3號高加，如圖1所示。

圖1　某電廠外置蒸汽冷卻器系統(tǒng)布置示意圖

1.2外置蒸汽冷卻器技術(shù)規(guī)范

某電廠外置蒸汽冷卻器由哈爾濱鍋爐廠制造，型號為ZF-720，型式為U形管、雙流程、臥式，加熱蒸汽入口與被加熱蒸汽出口設(shè)計(jì)端差為164.5 ℃，加熱蒸汽出口與被加熱疏水入口設(shè)計(jì)端差為15 ℃。該外置蒸汽冷卻器的主要技術(shù)規(guī)范如表1所示。

表1　某電廠外置蒸汽冷卻器主要技術(shù)規(guī)范

2　應(yīng)用分析

2.1外置蒸汽冷卻器運(yùn)行畫面

某電廠3號機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，外置蒸汽冷卻器系統(tǒng)運(yùn)行畫面如圖2所示。

圖2　某電廠3號機(jī)組外置蒸汽冷卻器系統(tǒng)運(yùn)行畫面

2.2外置蒸汽冷卻器運(yùn)行參數(shù)分析

某電廠3號機(jī)組外置蒸汽冷卻器投運(yùn)前后，高加系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)發(fā)生了明顯的變化，表2為外置蒸汽冷卻器未投運(yùn)時(shí)高加系統(tǒng)參數(shù)，表3為外置蒸汽冷卻器投運(yùn)時(shí)高加系統(tǒng)參數(shù)。

表2　外置蒸汽冷卻器未投運(yùn)時(shí)高加系統(tǒng)參數(shù)

由表2、表3可見，機(jī)組負(fù)荷500～1000 MW之間，外置蒸汽冷卻器投運(yùn)前后，1號高加的溫升變化較小，在±1 ℃以內(nèi)，2號高加的溫升變化較大，上升2.7～6.5 ℃，3號高加的溫升變化也較大，下降2.6～5.5 ℃，不同高加溫升變化的綜合影響是：1號高加出口溫度，即省煤器入口的給水溫度，在外置蒸汽冷卻器投運(yùn)前后，變化較小，在±1 ℃以內(nèi)。

另外，外置蒸汽冷卻器投運(yùn)前后，1號高加正常疏水調(diào)門開度明顯關(guān)小，關(guān)小幅度為6%～10%開度，而2、3號高加正常疏水調(diào)門開度變化較小，變化幅度一般不超過2%開度。

表3　外置蒸汽冷卻器投運(yùn)時(shí)高加系統(tǒng)參數(shù)

根據(jù)外置蒸汽冷卻器投運(yùn)前后，1、2、3號高加正常疏水調(diào)門開度的變化情況，結(jié)合1、2、3號高加溫升的變化情況和1、2號高加進(jìn)水溫度的變化方向，可知：機(jī)組負(fù)荷一定時(shí)，外置蒸汽冷卻器投運(yùn)后，1號高加抽汽量減少，2號高加抽汽量增加，3號高加抽汽量基本不變。

3　經(jīng)濟(jì)性分析

3.1抽汽排擠效應(yīng)

在抽汽級數(shù)相同的情況下，抽汽參數(shù)對熱力系統(tǒng)熱循環(huán)效率有明顯的影響，抽汽參數(shù)的安排應(yīng)當(dāng)是：高品位（高焓、低熵）處的蒸汽少抽，而低品位（低焓、高熵）處的蒸汽盡可能多抽［ 4 ］。某電廠3號機(jī)組1號高加抽汽壓力、抽汽溫度均較高，3號高加抽汽溫度較高，均為高品位蒸汽，應(yīng)當(dāng)盡量少抽一些；而用于2號高加的抽汽從高壓缸的排汽引出，蒸汽過熱度較低，屬于低品位蒸汽，換熱過程不可逆損失較小，應(yīng)當(dāng)盡量多抽一些。由于機(jī)組負(fù)荷一定時(shí)，外置蒸汽冷卻器投運(yùn)后，1號高加抽汽量減少，2號高加抽汽量增加，3號高加抽汽量基本不變，這種不同能量品位抽汽之間的排擠效應(yīng)有利于整個(gè)系統(tǒng)熱循環(huán)效率的提高。

3.23號高加換熱溫差減小

對回?zé)岢槠到y(tǒng)中加熱器的性能要求，可以歸結(jié)為盡可能地縮小加熱器抽汽溫度與出口水溫之間的溫差［ 5 ］。由表2、表3可見，某電廠3號機(jī)組外置蒸汽冷卻器投運(yùn)后，機(jī)組負(fù)荷500～1000 MW之間，3號高加抽汽經(jīng)過外置蒸汽冷卻器換熱后，溫度下降了163.2～202.8℃，蒸汽過熱度大幅下降，3號高加換熱溫差明顯減小，所以，溫差導(dǎo)致的3號高加換熱過程不可逆的熱量損失降低，可以有效降低熱耗。

3.3理論計(jì)算

外置蒸汽冷卻器投運(yùn)前后，高加系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)發(fā)生了明顯的變化，可以采用PEPSE軟件進(jìn)行計(jì)算，獲得經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的定量分析結(jié)果，表4即為外置蒸汽冷卻器用于加熱1號高加疏水時(shí)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，其中，標(biāo)煤價(jià)按850元/t計(jì)算。

表4　外置蒸汽冷卻器用于加熱1號高加疏水時(shí)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

由表4可知，當(dāng)外置蒸汽冷卻器用于加熱1號高加疏水時(shí)，可以充分利用機(jī)組3號高加抽汽的過熱度，能夠有效降低汽機(jī)不同工況下的熱耗值，年節(jié)約成本約125萬元。另外，外置蒸汽冷卻器投運(yùn)后，不同能量品位抽汽之間的排擠效應(yīng)可以提高機(jī)組的出力裕量，采用PEPSE軟件進(jìn)行計(jì)算，機(jī)組出力可提高2.8 MW。

4　運(yùn)行注意事項(xiàng)

（1）外置蒸汽冷卻器正常運(yùn)行時(shí)，必須密切監(jiān)視外置蒸汽冷卻器的水位變化，防止高水位或低水位運(yùn)行。若水位自動(dòng)調(diào)節(jié)失靈，應(yīng)切手動(dòng)調(diào)節(jié)，結(jié)合1A、1B高加水位控制情況查找原因，并通知熱工處理。

（2）外置蒸汽冷卻器運(yùn)行期間的各參數(shù)應(yīng)與設(shè)計(jì)工況的各參數(shù)相一致，避免超壓、超溫、超負(fù)荷運(yùn)行。遠(yuǎn)方加強(qiáng)監(jiān)視外置蒸汽冷卻器管側(cè)蒸汽壓力、溫度和殼側(cè)疏水及產(chǎn)汽溫度等正常，與機(jī)組負(fù)荷相適應(yīng)；尤其重點(diǎn)監(jiān)視外置蒸汽冷卻器管側(cè)出口水平段上、下蒸汽溫度，發(fā)現(xiàn)二者溫差明顯擴(kuò)大或溫度明顯下降，外置蒸汽冷卻器換熱管可能有泄漏。

（3）就地定期檢查外置蒸汽冷卻器及其蒸汽、疏水、排污管道無泄漏、無振動(dòng)、無水沖擊、無異常響聲等現(xiàn)象。

（4）機(jī)組負(fù)荷變動(dòng)期間，注意外置蒸汽冷卻器水位及其進(jìn)水調(diào)節(jié)門開度的變化，必要時(shí)切手動(dòng)調(diào)節(jié)，確保外置蒸汽冷卻器及1A、1B高加水位穩(wěn)定。

（5）注意核對機(jī)組負(fù)荷與外置蒸汽冷卻器進(jìn)水調(diào)節(jié)門開度的關(guān)系，若進(jìn)水調(diào)節(jié)門有不正常開度增大時(shí)，外置蒸汽冷卻器換熱管可能有泄漏，或殼側(cè)連續(xù)排污管道的節(jié)流孔板故障致使排污量過大，或1A、1B高加運(yùn)行不正常，須結(jié)合相關(guān)參數(shù)變化情況作進(jìn)一步分析處理。

（6）若外置蒸汽冷卻器水位達(dá)到保護(hù)值，應(yīng)檢查保護(hù)動(dòng)作情況，分析水位波動(dòng)原因，及時(shí)進(jìn)行處理，同時(shí)注意監(jiān)視外置蒸汽冷卻器解列后機(jī)組高加是否運(yùn)行正常。

5　結(jié)束語

某電廠3號機(jī)組進(jìn)行了外置蒸汽冷卻器系統(tǒng)改造后，機(jī)組運(yùn)行工況穩(wěn)定，省煤器入口的給水溫度在改造前后基本不變；高加系統(tǒng)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)發(fā)生了明顯的有利變化，造成1號高加抽汽量減少，2號高加抽汽量增加，3號高加抽汽量基本不變，這種不同能量品位抽汽之間的排擠效應(yīng)有利于提高整個(gè)系統(tǒng)熱循環(huán)效率和機(jī)組出力裕量。另外，3號高加抽汽經(jīng)過外置蒸汽冷卻器換熱后，蒸汽過熱度大幅下降，3號高加換熱溫差明顯減小，溫差導(dǎo)致的換熱過程不可逆的熱量損失降低，可以有效降低熱耗。某電廠3號機(jī)組外置蒸汽冷卻器系統(tǒng)的成功應(yīng)用，可以為超超臨界機(jī)組外置蒸汽冷卻器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、改造以及運(yùn)行提供良好的借鑒作用。

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左帥（1982），男，江蘇阜寧人，工程師，從事火電機(jī)組汽機(jī)運(yùn)行技術(shù)管理工作；

李偉（1984），男，河北保定人，工程師，從事火電機(jī)組集控運(yùn)行管理工作。

Application of External Steam Cooler in a 1000 MW Ultra-supercritical Unit

ZUO Shuai1， LI Wei2
（1. SPIC & GCL Binhai Electric Power Generation Co. Ltd.， Binhai 224500， China；2. HPI Yuhuan Power Plant， Yuhuan 317604， China）

Abstract：This paper presented the retrofitting of external steam cooler in a 1000 MW ultra supercritical unit. The operating parameters of high-pressure heater system， before and after operating the external steam cooler， were analyzed. The result indicated that the external steam cooler can cause the bled steam at different level exclusion， which can increase the thermal cycle efficiency of the whole system and the power margin of the unit， and reduce reversible energy loss caused by heat transfer temperature difference of No.3 high-pressure heater， thus had economic benefits obviously.

Key words：ultra-supercritical unit； external steam cooler； application； economy

中圖分類號：TK223

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1009-0665（2016）03-0084-03

作者簡介：

收稿日期：2015 -12-21；修回日期：2016-02-16