某300MW機組冷源系統(tǒng)優(yōu)化及應用研究

羅振新

（陜西華電能源有限公司，陜西西安710000）

某300MW機組冷源系統(tǒng)優(yōu)化及應用研究

羅振新

（陜西華電能源有限公司，陜西西安710000）

介紹了一種冷源系統(tǒng)優(yōu)化改造技術，并將該技術在國內某300MW機組投入應用，對其經濟性進行了計算分析，得出以下結論：冷源系統(tǒng)改造技術可大幅降低凝汽器運行壓力，相比于改造前，凝汽器運行壓力降低1.2 kPa，機組年平均標煤耗降低3.6g/kW·h，年節(jié)煤效益達326.7萬元，節(jié)能效益顯著。

冷源系統(tǒng)；凝汽器壓力；標煤耗；節(jié)能效益

0 引言

對于火力發(fā)電機組而言，凝汽器是其冷源系統(tǒng)的核心部件，冷源系統(tǒng)的運行參數(shù)將直接影響到機組的經濟性運行。以亞臨界300M W和600M W等級機組為例，凝汽器背壓每升高1%，汽輪機的平均汽耗量將增加1%-2%[1]。相關研究表明，國內大部分的機組凝汽器運行背壓值普遍達不到設計值，一般相差1kPa以上，夏季工況下則更加突出。而隨著《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃》以及《火電廠大氣污染物排放標準》[2]的提出，火力發(fā)電機組的污染物排放標準進一步提高。因此，為提高機組經濟性，減少污染物的排放量，對冷源系統(tǒng)進行優(yōu)化改造研究具有重要意義。

針對如何有效地降低凝汽器的運行背壓，國內外的專家學者開展了大量的研究工作[3-10]。研究結果表明，凝汽器的換熱效率及真空嚴密性、循環(huán)水溫度及流量等因素對凝汽器運行背壓具有重大影響。以某300M W機組為例，對機組冷源系統(tǒng)進行優(yōu)化改造研究。改造完成后，凝汽器運行背壓值顯著降低，節(jié)能效益顯著。

1 冷源系統(tǒng)改造

1.1 系統(tǒng)概況

某300M W機組的凝汽器為北重制造的N-17563型單殼體、單流程、單背壓、表面式凝汽器，凝汽器設計參數(shù)見表1。循環(huán)水泵為1600H TEX-24型循環(huán)水泵，循環(huán)水泵參數(shù)見表2。

表1 凝汽器參數(shù)

表2 循環(huán)水泵參數(shù)（單臺）

1.2 系統(tǒng)存在的問題

（1）實驗研究表明，該機組的凝汽器在額定工況下運行時，冬季凝汽器運行背壓達到6kPa，夏季達到13.9 kPa，均高于設計值。此外，循環(huán)水流量設計值為38268t/h，而在循環(huán)水泵雙泵全開循環(huán)水流量為34020t/h，僅為設計值的89%。

（2）該機組從1999年開始投運至今，已運行超過17年，調查結果顯示，凝汽器銅管平均使用壽命約為9-10年。為防止銅管泄漏影響機組安全運行，有必要對凝汽器進行改造。

（3）機組采用的自然通風逆流式冷卻塔，由于塔芯部件陳舊老化、泥沙淤堵水槽、除水器破損結垢、塔內氣流不均勻等原因導致效率低下，冷卻塔出水溫度高于設計值。

（4）機組已于2014年增容至330M W，但未對冷源系統(tǒng)的凝汽器、循環(huán)水泵以及冷卻塔等關鍵部件進行同步改造，導致機組運行中存在著冷源系統(tǒng)冷卻能量不足的問題。

1.3 改造方案

為保證冷源系統(tǒng)的運行特性，提高機組的經濟性，此次改造最終選擇采用以下改造方案。

（1）凝汽器改造方案

采用多孔介質模型，對原凝汽器布管方式（將軍帽型）及仿生雙連樹形布置方式進行了數(shù)值計算研究。仿生雙連樹形布置的數(shù)值模擬結果如圖1所示。

根據數(shù)值模擬結果，將布管方式改為仿生雙連樹形布置后，可有效改善蒸汽側的流場均勻性，消除渦流、低速區(qū)，解決空冷區(qū)不合理的問題，從而改善凝汽器的換熱效果，達到提高凝汽器真空度的目的。

具體改造方案如下:在保持凝汽器殼體不變的條件下，更換整個凝汽器管束，原銅管全部更換為不銹鋼管，且管束布置采用仿生雙連樹形布置方式；調整管束的支撐隔板間距，優(yōu)化管束的支撐方式；調整進出口水室的結構，優(yōu)化循環(huán)冷卻水的流場分布，保證凝汽器運行達到設計背壓。

圖1 仿生雙連樹形布置的數(shù)值模擬結果

（2）循環(huán)水泵改造

為配合凝汽器改造方案，循環(huán)冷卻水流量必須增加6%以上才能保證凝汽器的設計壓力達到4.9kPa。而實驗結果表明，循環(huán)水泵的流量僅為設計值的89%，循環(huán)冷卻水流量不足，循環(huán)水泵本身效率較低是循環(huán)冷卻水不足的主要原因。因此，對循環(huán)水泵進行優(yōu)化泵體葉輪模型、提高制造工藝等改造工作，并采用優(yōu)化的水力模型，對循環(huán)水泵的葉片結構進行了設計優(yōu)化。

具體改造方案如下:在循環(huán)水泵配套電機不改的情況下，重新設計循環(huán)水泵，最終選擇采用立式斜流泵，提高循環(huán)水流量10%以上，使其滿足凝汽器的運行需求。

（3）冷卻塔改造

結合現(xiàn)場實際，并借助數(shù)值模擬軟件，對冷卻塔進行全三維建模傳熱傳質數(shù)值分析計算，得到塔內濕空氣與循環(huán)水的速度場、溫度場、壓力場等的分布情況。再根據“風-水匹配”原則，重新設計配水系統(tǒng)，噴頭更換為旋轉式噴頭，并調整填料的布置方式。

具體改造方案如下:清理冷卻塔內的淤泥，修復除水器并更換損壞部分；重新布置填料，將填料更換成高效增效型填料。

2 工程應用及效果分析

2.1 優(yōu)化改造內容

（1）針對某300M W機組，對凝汽器布管方式進行仿生樹形布置方式改造，改造后的設計參數(shù)見表3。

表3 仿生樹形布置凝汽器參數(shù)

（2）對循環(huán)水泵重新進行設計優(yōu)化，采用立式斜流泵，優(yōu)化后其設計參數(shù)見表4。在運行時，由于循環(huán)水流量的增大，凝汽器壓力將進一步降低。

表4 循環(huán)水泵參數(shù)（單臺）

（3）對冷卻塔內淋水裝置內的淤泥進行清理，并修復除水器4750m2，更換淋水填料5120m3，并對配水管、接頭、配水堵板、墊塊等設施進行處理或更換；改造后冷卻塔效率不低于設計值，水塔出水溫度同比降低2℃左右。

2.2 運行結果及經濟性分析

該300M W機組在進行冷源系統(tǒng)優(yōu)化改造后，于2016年10月5日開始投入運行，至今運行穩(wěn)定可靠。2016年11月對冷源系統(tǒng)進行了性能試驗，性能試驗在330M W負荷下進行，試驗結果顯示各項指標均達到設計要求。該冷源系統(tǒng)性能試驗的主要參數(shù)見表5。

表5 冷源系統(tǒng)性能試驗參數(shù)

由于循環(huán)冷卻水參數(shù)與設計值存在偏差，在將循環(huán)冷卻水流量及進口溫度分別修正至40564t/h、20℃后，凝汽器平均壓力為4.8kPa，優(yōu)于設計值0.1kPa，優(yōu)于改造前運行值1.2kPa。

按1kPa影響標煤耗3g/kW·h計算，則改造后共降低標煤耗3.6g/kW·h。按照機組年運行5500h、標煤單價500元/t計算，則節(jié)能效益為326.7萬元/a。

3 結語

從國內某300M W機組的實際出發(fā)，分析了機組冷源系統(tǒng)存在的問題，提出了一種冷源系統(tǒng)改造技術，并將該技術在該300M W機組投入運行，對投運后的經濟性進行了計算分析，得出以下結論:

（1）改造完成后，可大幅降低凝汽器運行壓力。相比于設計工況，凝汽器運行壓力降低0.1kPa；相比于改造前，凝汽器運行壓力降低1.2kPa；

（2）該技術投入運行后，機組年平均標煤耗降低3.6g/kW·h，按機組年運行5500h、標煤單價500元/t計算，節(jié)能效益為326.7萬元/a。節(jié)能效益顯著，具有良好的推廣價值。

[1]葛曉霞，繆國鈞，鐘澎，等.雙壓凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行[J].動力工程，2009，29（4）：389-393.

[2]國家發(fā)展改革委，環(huán)境保護部，國家能源局.煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）：1-2.

[3]張煒光，葉學民，吳瑞濤.600M W機組凝汽器性能分析與循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].電站系統(tǒng)工程，2012，28（6）：59-63.

[4]曾德良，王瑋，楊婷婷，等.基于換熱理論的凝汽器壓力應達值的確定[J].動力工程學報，2010，30（9）：678-684.

[5]徐星，黃啟龍，戴維葆，等.考慮汽輪機工況變化的凝汽器最佳真空的確定及應用[J].動力工程學報，2015，31（1）：70-75.

[6]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研究[J].熱力發(fā)電，2006，（4）：10-15.

[7]張莉，程器，鐘明澤，等.冷卻水溫變化對凝汽器傳熱性能影響的定量分析[J].汽輪機技術，2014，56（4）：281-284.

[8]種道彤，劉繼平，嚴俊杰，等.漏空氣對凝汽器傳熱性能影響的實驗研究[J].中國電機工程學報，2005，25（4）：152-157.

[9]王學棟，成渫畏，鄭威.凝汽器高背壓改造后性能的試驗研究與分析[J].汽輪機技術，2013，55（2）：135-138.

[10]張艷萍，張光.凝汽器真空的影響因素分析及定量計算[J].現(xiàn)代電力，2009，26（2）：51-54.

Application Study of Optimization for the Cold Source System in a 300MW Unit

LUO Zhen-xin
（Shanxi Huadian Energy Engineering Institute，Xi'an 710000，China）

This article introduced a technology ofreconstruction forthe cold source system.A nd applied in a 300 M W unit,the econom ic benifits were analyzed，the resultshow ed that：this technology can substantially depress the pressure of steam condenser，com paring with the pressure before reconstruction，the pressure depressed 1.2 kPa；afteritsapplication，the standard coalconsum ption ofthe unitdepressed 3.6g/kW·h，the energy-saving benefits is about3.267 m illion yuan each year.

the cold source system；the pressure of steam condenser；the standard coal consum ption；the energy-saving benefits

TM 621

B

2095-3429（2017）02-0030-04

2017-03-07

修回日期:2017-03-13

羅振新（1966-），男，新疆人，本科，高級工程師，研究方向：火力發(fā)電廠運行與節(jié)能環(huán)保技術。

D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.007