350MW超臨界抽凝式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組凝汽器系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行

國(guó)峰 馮宗田 婁漢強(qiáng)

一、前言

汽輪機(jī)真空嚴(yán)密性、凝汽器傳熱端差直接影響汽輪機(jī)的效率，提高凝汽器系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，首先提高凝汽器的清潔度、降低端差、提高真空泵的抽吸能力，本文從系統(tǒng)設(shè)置、真空泵冷卻水選擇以及減少凝汽器熱負(fù)荷等方面進(jìn)行分析。

二、工程概況

國(guó)家能源泰安熱電有限公司裝機(jī)兩臺(tái)350MW超臨界燃煤抽凝式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，于2015年投產(chǎn)。鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、運(yùn)轉(zhuǎn)層以上露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的C350-24.2/0.343/566/566型超臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單軸、單背壓、抽凝式、八級(jí)回?zé)?、濕冷凝汽式汽輪機(jī)。#1、2機(jī)分別配置兩臺(tái)水環(huán)式真空泵，維持凝汽器系統(tǒng)真空運(yùn)行。

三、真空系統(tǒng)概述

汽輪機(jī)凝汽裝置是發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，在汽輪機(jī)裝置的熱力循環(huán)中起著冷源的作用，通過降低汽輪機(jī)的排汽壓力和溫度來提高循環(huán)效率。以水為介質(zhì)的凝汽設(shè)備由凝汽器、抽汽器、循環(huán)水泵和凝結(jié)水泵以及它們之間的連接管道、閥門和附件組成，利用較低溫度的冷卻水使排汽凝結(jié)并形成高度的真空。

汽輪機(jī)組真空對(duì)機(jī)組的運(yùn)行效率影響十分突出，對(duì)于1臺(tái)350MW機(jī)組來說。凝汽器真空每下降1kPa，在主蒸汽流量不變的情況下，主機(jī)作功效率降低約0.7%，負(fù)荷將降低2.5MW。此外真空的泄漏還將影響蒸汽凝結(jié)及熱交換性能，增大過冷度和換熱端差，增加真空泵的負(fù)擔(dān)。同時(shí)影響二次除氧效果，加劇低壓設(shè)備管道腐蝕，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行非常不利。由于真空對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要，因此汽輪機(jī)的真空成為決定汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

凝汽器的真空主要由三方面的因素決定：

1）冷卻水進(jìn)口溫度。主要決定于電廠所在地的氣候和季節(jié)，水溫越低真空越好。

2）冷卻水溫升。決定于凝汽器的循環(huán)倍率、蒸汽比焓和凝結(jié)水比焓。循環(huán)倍率越大真空越高。

3）凝汽器的傳熱端差。增大凝汽器的換熱面積可以減少端差。

提高凝汽器的真空雖然可以使汽輪機(jī)的理想比焓降增大，功率提高，但無論從設(shè)計(jì)角度還是運(yùn)行角度來看卻不是真空越高越好。增加凝汽器的面積有利于提高真空但需要增加投資;增大循環(huán)水量有可能汽輪機(jī)凝汽器真空提高而多發(fā)的電反而少于循環(huán)水泵多耗的電，得不償失。因此在機(jī)組負(fù)荷和參數(shù)一定的條件下，凝汽器運(yùn)行壓力與機(jī)組功率、微增功率有著密切的關(guān)系，凝汽器的最佳真空應(yīng)通過設(shè)備投資、增加收益和運(yùn)行費(fèi)用等因素的綜合比較確定。

四降低凝汽器的傳熱端差

凝汽器傳熱端差是衡量凝汽器性能的重要標(biāo)志，其值為凝汽器壓力下飽和溫度與冷卻水出口溫度之差。對(duì)已投運(yùn)的凝汽器，影響其傳熱端差的主要因素是：

1）凝汽器清潔度

2）進(jìn)人凝汽器的熱負(fù)荷

3）冷卻水入口溫度

受自然環(huán)境條件的限制，在電廠廠址確定后循環(huán)冷卻水的溫度也就確定了，因此對(duì)端差的影響主要是前兩項(xiàng)因素，清潔系數(shù)對(duì)凝汽器壓力的影響更為顯著。在凝汽器冷卻管保持清潔的情況下，增加凝汽器冷卻面積對(duì)改善真空的效果是不明顯的。通常情況下凝汽器設(shè)計(jì)采用的清潔度為0.85，但在實(shí)際運(yùn)行中由于循環(huán)水的污染，凝汽器的清潔度常常達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。為改善循環(huán)水在換熱管水側(cè)表面形成的污垢，在循環(huán)水系統(tǒng)中一般要設(shè)置膠球清洗裝置來維持換熱管表面的清潔。

五真空泵冷卻系統(tǒng)的選擇

凝汽器的真空系統(tǒng)主要由抽真空裝置及其管道系統(tǒng)等組成，用以維持凝汽器系統(tǒng)真空。目前火力發(fā)電廠的抽真空系統(tǒng)主要有兩種方式：一是采用射水抽氣器抽氣系統(tǒng);二是采用真空泵抽氣系統(tǒng)。前者設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)復(fù)雜、能耗大、啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)主要用于中小型機(jī)組，真空泵抽氣系統(tǒng)因?yàn)榫哂泄艿啦贾煤?jiǎn)潔、占地面積小、廣泛應(yīng)用于300MW、600MW及以上機(jī)組。

水環(huán)式真空泵由于具有使用安全、操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、工作可靠、被廣泛采用。

水環(huán)真空泵是利用水作為介質(zhì)進(jìn)行工作的，通過泵殼體內(nèi)的水環(huán)與葉輪形成的偏心結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣的過程，從而達(dá)到連續(xù)抽氣的目的，所以泵體內(nèi)的工作水溫決定了泵內(nèi)各小室空間在旋轉(zhuǎn)過程中所能達(dá)到的真空。水環(huán)式真空泵在運(yùn)行時(shí)，為保持抽吸能力，其工作水溫度必須低于凝汽器喉部吸入室壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度，也就是必須保持一定的過冷度，如水溫升高，則真空泵發(fā)生汽化，不僅造成汽蝕，還會(huì)降低抽吸能力。

凝汽器負(fù)壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中，或多或少存在泄漏，隨著凝汽器內(nèi)空氣的積聚，這時(shí)凝汽器的壓力受真空泵極限抽真空壓力的限制，在其他條件不變的情況下，真空泵的工作水溫度是制約水環(huán)真空泵性能的主要因素，時(shí)提高真空泵的工作能力的關(guān)鍵問題。

真空泵工作中產(chǎn)生的熱量要通過工作水冷卻器帶走，冷卻器冷卻水的溫度決定了工作水的溫度。開式循環(huán)水溫度低，目前大多數(shù)機(jī)組采用開式循環(huán)水冷卻工作水，同時(shí)保持換熱器清潔，降低換熱環(huán)節(jié)端差，以更有利于降低工作水溫度。此外，板式冷卻器較管式冷卻器有更高的換熱效率和更低的端差，因此推薦采用板式換熱器。

六減少真空系統(tǒng)的泄漏

凝汽器除接受汽輪機(jī)的排汽外，還要接收小汽機(jī)排汽、低壓旁路排汽及各路疏水以及閥門泄漏引起的高品位蒸汽和疏水。為了回收工質(zhì)、提高效率，回收凝汽器的疏水越來越多，疏水參數(shù)的差異也越來越大，因此真空系統(tǒng)越來越廣，所有這些處于負(fù)壓運(yùn)行的設(shè)備、管道和閥門等不嚴(yán)密處都可能漏入空氣，如果漏入的空氣量較大，而抽氣設(shè)備又無法及時(shí)地將其排出，則凝汽器非凝結(jié)氣體集聚，使熱阻增加，傳熱系數(shù)降低，導(dǎo)致凝汽器傳熱端差增大，真空降低，凝結(jié)水過冷度增加，從而降低了循環(huán)效率。真空系統(tǒng)易泄漏空氣的薄弱環(huán)節(jié)主要有：

1）凝汽器熱井、低壓加熱器水位計(jì)經(jīng)常出現(xiàn)漏點(diǎn)，造成嚴(yán)密性下降。

2）軸封加熱器水位偏低，水封無法建立，導(dǎo)致空氣漏入。

3）給水泵密封水排至凝汽器，水封無法有效建立，導(dǎo)致空氣漏入。

4）低壓缸防爆門、小汽機(jī)排汽管防爆門、凝汽器人孔門等密封不嚴(yán)，導(dǎo)致空氣漏入。

5）大機(jī)、小機(jī)低壓軸封供汽不足，造成軸封泄漏，另外，汽封間隙的大小、汽封的完好程度也是造成軸封泄漏的重要因素。

6）凝結(jié)水泵進(jìn)口管道法蘭、進(jìn)口濾網(wǎng)法蘭、濾網(wǎng)放水、凝泵水封泄漏也會(huì)影響真空導(dǎo)致凝結(jié)水溶氧不合格。

7）負(fù)壓管道上的疏水閥、排汽閥關(guān)閉不嚴(yán)，導(dǎo)致真空泄漏。

七結(jié)束語(yǔ)

凝汽器系統(tǒng)對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響較大，而影響凝汽器真空的因素又很多，既有凝汽器系統(tǒng)設(shè)備本身設(shè)計(jì)選型的問題，也有系統(tǒng)運(yùn)行方式上的原因。提高凝汽器系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性措施：

1）凝汽器的最佳真空應(yīng)通過優(yōu)化確定，并不是越高越好，機(jī)組在不同負(fù)荷、不同水溫條件下最佳背壓可以結(jié)合循環(huán)水泵的不同運(yùn)行方式通過計(jì)算和試驗(yàn)確定。

2）真空泵的補(bǔ)水采用除鹽水或凝結(jié)水。冷卻水采用開式水，換熱器采用板式，提高換熱效率，降低工作水溫度，以提高真空泵的極限抽真空能力。

3）真空系統(tǒng)泄漏也是造成真空低的主要原因，建設(shè)安裝采用質(zhì)量高、密封性好的閥門能減少向凝汽器的內(nèi)漏，

4）高、低壓加熱器的疏水管道布置、閥門選型應(yīng)保證正常疏水暢通，運(yùn)行中加強(qiáng)水位控制，防止事故疏水經(jīng)常開啟，造成凝汽器熱負(fù)荷增加影響真空。

5）選用合適的軸封供汽壓力、調(diào)整合理汽封間隙，可以減少軸封系統(tǒng)漏入凝汽器的空氣，給水泵密封水和軸加疏水采用多級(jí)水封，水封高度既保證水封不被破壞又應(yīng)有利于疏水通暢。

6）機(jī)組檢修調(diào)停機(jī)會(huì)及時(shí)凝汽器負(fù)壓系統(tǒng)注水檢漏，排查系統(tǒng)漏點(diǎn)，提高系統(tǒng)嚴(yán)密性。

7）提高凝汽器受熱面清潔程度，加強(qiáng)循環(huán)水質(zhì)檢測(cè)，提高循環(huán)水品質(zhì)，膠球清洗定期投運(yùn)，選用合理規(guī)格膠球，清洗設(shè)備加強(qiáng)維護(hù)，提高收球率。

作者簡(jiǎn)介：國(guó)峰，國(guó)家能源泰安熱電有限公司運(yùn)行部，汽機(jī)專工，工程師，一直從事電廠汽機(jī)運(yùn)行管理工作，研究方向：汽輪發(fā)電設(shè)備運(yùn)行。