50MW汽輪機組冷凝系統(tǒng)改造

黨銀寧（湖南聯(lián)新能源環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?湖南 長沙 410000）

50MW汽輪機組冷凝系統(tǒng)改造

黨銀寧
（湖南聯(lián)新能源環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?湖南 長沙 410000）

本文對50MW循環(huán)流化床抽凝式機組的冷凝系統(tǒng)（如凝汽器、冷卻塔、循環(huán)水泵等）進行改造，將其冷凝能力增大至60MW，并對改造的經(jīng)濟效益進行分析。通過改造，同期相比汽耗下降0.092 kg/kW·h，煤耗下降8.8 g/kW·h，項目的投資回收期為3.2年，具有較好的推廣應用價值。

南屯電廠三期、四期工程機組設(shè)計基點為抽汽運行工況，附屬輔機也都按抽汽工況設(shè)計。但是電廠并沒有按設(shè)計工況運行，僅在采暖期帶有少量熱負荷(約20t/h)，其余季節(jié)均為純凝工況運行。南屯電廠機組在額定抽汽工況時汽輪機的排汽量小（118.8t/h），而在純凝工況時的排汽量大（148.4t/h），導致蒸汽消耗量與煤耗量也隨之增大[1]。在純凝工況時凝汽器、涼水塔的冷卻面積偏小，循環(huán)水量嚴重不足且溫升大，使得現(xiàn)有凝汽器、循環(huán)水泵、涼水塔在純凝工況運行非常吃力，無法滿足夏季滿負荷運行的要求。

1 冷凝系統(tǒng)介紹

冷凝系統(tǒng)包括凝汽器、循環(huán)水泵、冷卻塔等，如圖1所示，其中凝汽器和循環(huán)水泵屬于電廠輔機中的凝汽設(shè)備。

圖1 開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)

凝汽器的主要任務(wù)是凝結(jié)汽輪機排汽、形成和維持高度真空、作為熱力循環(huán)的冷端并回收工質(zhì)。凝汽器最佳運行是機組經(jīng)濟運行的重要條件。凝汽式汽輪機排汽溫度每降低10℃，裝置的熱效率可增加3.5%，凝汽器壓力每降低1kPa，汽輪機功率平均增加0.7～1%[2]。南屯電廠兩臺機組的凝汽器都是由上海汽輪機有限公司生產(chǎn)（兩臺機相同），為對分雙流程表面式N-3000-5型，冷凝面積是3000m ，冷卻水量為7350m /h。

循環(huán)水泵為凝汽器提供冷卻用水，這種水泵的特點是水量大、揚程低。它是火力發(fā)電廠中重要的而且耗電較多的輔機，要求具有較高的可靠性和經(jīng)濟性。當前，國內(nèi)循環(huán)水冷凝系統(tǒng)的小機組一般選取母管制，而大機組大多采用單元制。每一臺機配置2臺循環(huán)水泵和與之相對應的出口控制閥、入口電動碟閥。除1臺作備用的循環(huán)水泵外，另一臺1臺循環(huán)水泵和機組一起長期運行[3]。南屯電廠兩臺50MW的機組各配有兩臺水泵(32SA-19B)，該型水泵的主要設(shè)計參數(shù)為：流量4700m3/h、揚程20m、轉(zhuǎn)速740rpm、效率85%、軸功率301kW，配用的電機功率與型號分別為355kW與YKK450-8。

發(fā)電廠的冷卻塔采用逆流布置的方式，以環(huán)境中的空氣來冷卻熱水。冷卻后的過冷水輸入凝汽器中，把已經(jīng)在蒸汽輪機中做功的乏汽冷凝為液態(tài)水，之后再將液態(tài)水送回鍋爐加熱。南屯電廠三、四期工程中，循環(huán)水系統(tǒng)的供水系統(tǒng)使用逆流式雙曲線自然風冷卻塔。每一供水系統(tǒng)都配置一座淋水面積為1500m2的冷卻塔。在南屯當?shù)貧庀髼l件下，自然風冷卻塔不能滿足改造后的機組冷卻要求，需要更新冷卻系統(tǒng)。

2 改造方案

大多的電廠技術(shù)改造是從汽輪機入手，主要是改造汽輪機的通流部分，而很少關(guān)注輔機的改造，即便是有這方面的改造，也僅改造單個輔機。本文針對汽輪機的冷凝系統(tǒng)進行改造，使其具備60MW的冷凝能力。

通過增加凝汽器的冷凝面積，改善凝汽器的換熱環(huán)境的改造手段，提高了凝汽器的真空度，降低了凝汽器的背壓[5]。按照工程設(shè)計，冷卻水水溫20℃時，南屯電廠現(xiàn)運行的凝汽器背壓為6.436kPa。而實際運行中，冷卻水水溫為26℃，凝汽器背壓為8.632Kpa。即凝汽器實際的運行背壓偏離了原設(shè)計背壓。

2.1 凝汽器改造

凝汽器的改造方案選擇保留凝汽器殼體，更換芯子，管材同原先凝汽器管材。采用這樣的改造方案可以減小施工量，即在凝汽器連接尺寸、外部接口都不動的前提下，更換芯子，加大凝汽器的冷凝面積，改善凝汽器的換熱環(huán)境。此外，更換全部管板并按新型高效方式布置冷卻管，大大增加了冷卻水流量；在凝汽器頂部汽流迎面沖擊區(qū)采用加厚管，中間支撐管板與殼體采用易調(diào)整安裝位置的支撐桿，并按HEI標準核算跨距；冷卻水管全部采用錫黃銅管，冷卻管與管板采用脹接連接。

2.2 循環(huán)水泵改造

為滿足機組純凝工況冷卻水量和節(jié)能的需要，必須對循環(huán)水泵實施增容和節(jié)能優(yōu)化改造，而且要求泵殼不變電機不動的情況下實施增容改造。為了科學的制定水泵改造方案，對該系統(tǒng)水泵及管道系統(tǒng)進行了全面的改前節(jié)能優(yōu)化診斷測試和設(shè)計軟件模型模擬。為盡量減少投資，利用原葉輪和蝸殼進行通流部分改造。

對水泵葉輪的葉型進行了技術(shù)改造，如增大葉片入口角、擴大水泵軸面通流面積、粗糙葉片出口端非工作面等措施。

2.3 冷卻塔改造

電廠三、四期工程循環(huán)水系統(tǒng)采用了逆流式雙曲線自然通風冷卻塔的供水系統(tǒng)，各配置一座淋水面積1500 m2冷卻塔。水力噴霧玻璃鋼冷卻塔有占地面積少，一次性投資省，無淋水填料，施工周期短、運行費用、冷卻效率不低的優(yōu)點[4]。改造方案是保留原有的兩臺1500m2自然通風冷卻塔，在兩臺冷卻塔的偏東側(cè)新建兩臺新型的“水力噴霧推進”通風冷卻塔，冷卻能力4000m /h/臺。

3 改造后的性能

表1 改造前后汽輪機組的運行參數(shù)

凝汽器管材在凝結(jié)區(qū)采用了HSn70-1A、空冷區(qū)采用BFe10-1-1，因循環(huán)水中含Cl-較高，運行中已采用了硫酸亞鐵鍍銅裝置處理。經(jīng)過四年多運行，已證明原凝汽器管子所選用管材是安全可靠的。在凝汽器連接尺寸、外部接口都不動的前提下，更換芯子，冷凝器的冷卻面積由3000m2增大至3600m2，此外，在新的管束和管板布置方式改下，凝汽器的熱交換環(huán)境大為改善，提高凝汽器的真空度，降低了凝汽器的背壓。

循環(huán)水泵流通部分進行優(yōu)化設(shè)計后，改變了局部關(guān)鍵型線，而水泵殼體及配套電機不變，提高了泵的流量和效率，并使高效區(qū)向大流量推移，水泵效率平均提高了11.9%，最高運行效率達86.14%。在對循環(huán)水泵改造后，雙泵運行時流量可達11372m /h。提供給工業(yè)冷卻用水1400m /h后，循環(huán)水泵的計算循環(huán)倍率依然有62.3，完全滿足了機組擴容到60MW時需要。水泵完成改后，運行效率最高可達86.14%，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

冷卻塔的改造方案極具特色，大幅縮短了施工工期，避免拆除原冷卻塔的巨大經(jīng)濟損失，節(jié)省了投資成本。改造完成后，每一冷卻塔的冷卻能力都有12900m

/h循環(huán)水，完全滿足機組冷凝系統(tǒng)運行需求。

通過對汽輪機組的冷凝系統(tǒng)（包括凝汽器、循環(huán)水泵、冷卻塔）進行擴容改造，使南屯電廠汽輪機組的冷凝能力大大提高，以下是對冷凝系統(tǒng)改造前后的汽輪機組的運行參數(shù)，如表1：

由上表可知，通過對汽輪機組冷凝系統(tǒng)進行改造后，汽輪機的排氣壓力降低了約43.3%，解決了夏季因真空低影響發(fā)電量的瓶頸問題，大大提高了汽輪發(fā)電機組的真空度，從而提高了汽輪機的效率。汽輪發(fā)電機組的絕對電效率可按下式計算：

式中：D為鍋爐的實際負荷，t/h；H0為汽輪機的近汽焓，kJ/kg。

計算得出：改造前汽輪發(fā)電機組的絕對電效率為20.8%，改造后為27.4%。由此可見，改造后使汽輪發(fā)電機組的絕對電效率提高了約24%。改造方案解決了改造前負荷率過低的狀況，使其能夠達到滿負荷工作，最終能夠使機組能夠在各種工況下滿負荷運。

4 技術(shù)經(jīng)濟分析

改造后的項目不僅要求設(shè)備利用效率得到顯著提高，最重要的是追求經(jīng)濟效益與社會效益的最大化，電廠改造一般投入巨大，對改造方案的評估顯得尤為重要。主要工作是針對冷凝系統(tǒng)對改造前后的實際運行情況進行比較。通過改造，機組汽耗、煤耗同期效果對比情況如表2所示：

表2 機組汽耗、煤耗同期效果對比情況

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)可知，改造后同期相比汽耗下降0.092kg/kW·h，煤耗下降8.8 g/kW·h。改造后機組可以滿負荷50MW運行，則每小時比改造前多發(fā)電量1萬kW

h，則6～9月份可以增發(fā)電量5376萬kW h。同時，改造后由于汽耗與煤耗降低，使得每年的水耗下降23萬噸。因此，通過冷凝系統(tǒng)改造可使企業(yè)獲得顯著的經(jīng)濟效益。

通過具體計算發(fā)現(xiàn)，這一技術(shù)改造的投資回收期為3.2年，投資利潤率為41.95%，財務(wù)凈現(xiàn)值2327.02萬元。此外，改造后冷凝系統(tǒng)的各項技術(shù)指標也都達到行業(yè)要求，增強了企業(yè)的技術(shù)水平。因此，南屯電廠冷凝系統(tǒng)的改造是較為成功的，可以成為國內(nèi)其它電廠改造的參考。

5 結(jié)論

本文對汽輪機冷凝系統(tǒng)（冷凝器、循環(huán)水泵、冷卻塔）進行技術(shù)優(yōu)化，使50MW機組具備了60MW機組的冷卻能力。大幅度提高了機組運行真空，徹底解決了機組在夏季不能滿負荷運行的技術(shù)難題。同時，該改造方案的投資回收期短，經(jīng)濟效益顯著，具有較強的推廣應用價值。

[1]兗礦電鋁分公司南屯電力分公司，北京全三維動力工程有限公司. 50MW抽凝機組冷凝系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究鑒定資料[R]. 濟南：煤炭工業(yè)部濟南設(shè)計研究院，2008.

[2]劉桂生. 國產(chǎn) 300MW 汽輪機凝汽器改造及其經(jīng)濟性分析[J]. 熱力發(fā)電，2006，(7)：52-53.

[3]魏友鄰，寧國泉，陸力，等. 南昌發(fā)電廠循環(huán)水泵增流節(jié)能技術(shù)改造[J]. 中國電力，2000，33(9)：25-27.

[4]賀華. 一種新型循環(huán)冷卻水塔—無填料噴霧冷卻塔[J]. 化工科技市場，2003，(2):12-13.

[5]Ohbuchi, Masashi.Spray tower for cooling, moistening and purifying gas[J].Ebara Corporation,2001(03).

S210

B

1007-6344（2016）06-0103-02