660MW機組汽輪機冷端優(yōu)化

新鄉(xiāng)中益發(fā)電有限公司 魏子敬

1 機組設(shè)備簡介

某公司建有兩臺660MW 超超臨界機組，汽輪機采用東方汽輪機，型號為N660-25/600/600超超臨界、一次中間再熱、沖動式、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機。循環(huán)水泵為88LKXA-29.3立式混流泵。凝汽器系雙殼體、單流程、雙背壓表面式凝汽器。為保證凝汽器冷卻管的清潔度，設(shè)置有膠球清洗裝置，為青島華泰電力設(shè)備有限公司125JQ-27膠球系統(tǒng)，V 型直通式收球網(wǎng)。每臺機組配一座雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔，高效薄膜式塑料淋水填料，波形塑料除水器，PVC 塑料配水管，ABS 塑料噴嘴[1]。

2 存在的難題

一是循環(huán)水泵運行方式存在不合理之處，需進一步優(yōu)化。二是凝汽器端差較大，需進一步降低。三是膠球系統(tǒng)收球率低，需提高。四是冷卻塔噴淋層已運行8年，有變形、損壞隱患。五是#1機凝汽器真空嚴密性較差，需治理。

3 對策和方法

根據(jù)汽輪機冷端系統(tǒng)的運行情況，深入分析其優(yōu)化的方法和對策，提出具體要求，不斷提升汽輪機冷端系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性，具體要求如下：

一是優(yōu)化循環(huán)水泵運行方式，根據(jù)機組負荷、環(huán)境溫度和真空變化合理啟停備用循環(huán)水泵及循環(huán)水泵高低速間切換，使循環(huán)水泵耗電量和真空提高、機組經(jīng)濟性提高到達最優(yōu)效果。二是聯(lián)系電科院節(jié)能專家進行冷端優(yōu)化試驗，即循環(huán)水泵優(yōu)化試驗，確定機組負荷、環(huán)境溫度和真空變化時備用循環(huán)水泵及循環(huán)水泵高低速間切換優(yōu)化曲線，根據(jù)曲線進行循環(huán)水泵啟停。三是保證循環(huán)水質(zhì)在規(guī)定范圍內(nèi)，避免水質(zhì)超標。四是凝汽器要做到“逢停必清”，保證凝汽器不銹鋼管壁清潔，提高換熱系數(shù)。五是采取措施提高膠球收球率，如加固收球網(wǎng)、改造收球口。六是調(diào)研新型膠球清理技術(shù)，進行技術(shù)改造。七是冷卻塔要做到“逢停必查”，檢查噴淋層格柵與噴嘴是否有損壞、變形、脫落，提高冷卻塔換熱效率。八是定期進行#1機凝汽器真空系統(tǒng)檢查、停機時灌水查漏。九是做好設(shè)備檢修和維護消缺工作，提高檢修質(zhì)量和設(shè)備維護質(zhì)量，確保設(shè)備可靠穩(wěn)定運行。

4 各項工作開展情況

4.1 優(yōu)化循環(huán)水泵運行方式

一是分析循泵低速和高速運行時，對廠用電率、煤耗和真空的影響。循泵低速運行期間廠用電率為0.73%，影響煤耗2.9g/kWh，影響真空1.2kPa。循泵高速運行期間廠用電率為0.83%，影響煤耗3.3g/kWh，影響真空1.3kPa。根據(jù)上述計算得出，啟動備用低速或高速循泵后真空上漲均值大于1.2kPa/1.3kPa 即可。

2021年6月3～8日對#2機備用循泵啟停前后負荷、主機真空、引風(fēng)機真空和循環(huán)水進出口水溫變化進行了統(tǒng)計，觀察最近幾天備用循泵啟動情況，雖然負荷情況不一，但主機真空在88kPa 時啟動備用循泵真空上漲均值基本1.4kPa 以上，87kPa時啟動真空上漲均值在1.7kPa 以上，引風(fēng)機小機真空上漲更多，引風(fēng)機轉(zhuǎn)速會相應(yīng)降低100rpm左右。

停運循泵時，若負荷高、真空在90kPa 以下，真空下降較多，影響經(jīng)濟性。若負荷低、真空在92kPa 左右停運循泵時真空下降較小，但兩臺循泵并列運行時間長，耗電量大，所以真空在91kPa 時停循泵較為合理。

二是結(jié)合上述試驗、分析，優(yōu)化循泵運行方式。根據(jù)凝汽器真空、環(huán)境溫度和循環(huán)水溫度變化，合理啟停備用循環(huán)水泵及循環(huán)水泵高低速間切換，使循環(huán)水泵耗電量和真空提高到達最優(yōu)效果，具體如下：春秋季凝汽器循環(huán)水進水溫度大于25℃時，循泵由低速切為高速運行，小于25℃時，由高速切為低速運行。夏季負荷大于550MW 且汽機側(cè)真空低至88kPa 時，啟動備用循泵；負荷小于500MW 或汽機側(cè)真空高于91kPa 時，停運備用循泵。

三是聯(lián)系電科院節(jié)能專家咨詢循環(huán)水泵優(yōu)化試驗情況。2021年下半年，計劃聯(lián)系電科院節(jié)能專家進行冷端優(yōu)化試驗即循環(huán)水泵優(yōu)化試驗，確定機組負荷、環(huán)境溫度和真空變化時備用循環(huán)水泵及循環(huán)水泵高低速間切換優(yōu)化曲線，根據(jù)曲線進行循環(huán)水泵啟停。2021年7月，與電科院輪機專業(yè)聯(lián)系溝通、交流冷端優(yōu)化試驗方案、經(jīng)費等事宜，因費用和人員事宜未達成一致，暫不進行試驗。隨后與華潤阜陽和華潤登封電廠溝通、交流其冷端優(yōu)化試驗情況，查閱其冷端優(yōu)化試驗報告，供廠里運行人員學(xué)習(xí)，為優(yōu)化循環(huán)水泵運行方式提供了參考。

4.2 降低凝汽器端差

凝汽器內(nèi)不銹鋼冷卻管清潔度對凝汽器換熱有很大的影響，冷卻管結(jié)垢、臟污都會使清潔度降低，凝汽器端差增大，導(dǎo)致?lián)Q熱效果變差。相關(guān)試驗表明，凝汽器銅管清潔度下降0.1時，凝汽器端差升高約0.8℃，影響供電煤耗約0.5g/kWh，為此采取多項措施，提高冷卻管清潔度，提高換熱系統(tǒng)，降低端差[2]。

一是多措并舉，改善循環(huán)水水質(zhì)，避免水質(zhì)超標。循環(huán)水中有雜物、微生物和氯離子含量高時，會導(dǎo)致凝汽器管壁結(jié)垢，管束換熱效率下降，凝汽器端差增大，尤其是氯離子含量高時，端差上漲較快。為保證塔池水質(zhì)在規(guī)定范圍內(nèi)，避免水質(zhì)超標，采取措施包括新增加兩臺機塔池循環(huán)水外排至污水處理廠管道，水質(zhì)超標時排水至污水處理廠。2021年4月底，管道投入運行，化學(xué)專業(yè)根據(jù)水質(zhì)進行排污，兩臺機循環(huán)水水質(zhì)逐步趨好，氯離子含量逐步下降。

2021年9月，為進一步改善水質(zhì)降低兩臺機塔池氯離子含量，增加塔池加藥量，增加排水至脫硫用水量、增加抽水灑水和綠化使用量，加快了塔池水使用量，降低了濃縮倍率，兩臺機塔池水質(zhì)持續(xù)變好，氯離子月均值由8月的943/1287mg/L，降低至816/955mg/L。

二是凝汽器“逢停必清”，保證凝汽器不銹鋼管壁清潔，提高換熱系數(shù)。2021年5月，#2機停機C 修，對凝汽器水側(cè)管壁進行檢查，發(fā)現(xiàn)A/B 凝汽器循環(huán)水出水側(cè)管壁結(jié)垢嚴重、有大量黃泥，及時制定高壓水沖洗計劃，聯(lián)系沖洗人員到廠沖洗，沖洗后管壁清潔。機組啟動后，凝汽器端差較4月降低1.6℃。7月19日，#1機調(diào)停，對凝汽器水側(cè)管壁進行檢查，檢查管壁無結(jié)垢，清理循環(huán)水進出水室雜物。8月10日，#1機再次停機，對凝汽器水側(cè)管壁進行檢查，發(fā)現(xiàn)A/B 凝汽器循環(huán)水出水側(cè)管壁有輕微結(jié)垢、有黃泥，清理循環(huán)水進出水室雜物，上報高壓水沖洗計劃，待下次機組小修時進行高壓水沖洗。10月，#2機停機后對凝汽器進行檢查，清理凝汽器循環(huán)水側(cè)雜物。

4.3 解決膠球系統(tǒng)收球率低問題

4.3.1 利用停機檢修機會加固收球網(wǎng)

2021年5月，#2機C 修期間進行膠球收球網(wǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)環(huán)收球網(wǎng)不嚴，如圖1所示，重新固定內(nèi)環(huán)收球網(wǎng)，外環(huán)收球網(wǎng)較嚴，清理收球網(wǎng)堵塞雜物、清理管道底部積存雜物。機組啟動后收球率提高20%左右。

圖1 #2機內(nèi)環(huán)收球網(wǎng)

2021年8月，#1機停機后進行膠球收球網(wǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)內(nèi)環(huán)收球網(wǎng)不嚴，如圖2所示，重新固定收球網(wǎng)，外環(huán)收球網(wǎng)嚴密，如圖3所示，但收球網(wǎng)和收球口堵塞嚴重，清理收球網(wǎng)堵塞雜物、清理管道底部積存雜物。

圖2 #1機內(nèi)環(huán)收球網(wǎng)

圖3 #1機外環(huán)收球網(wǎng)

4.3.2 調(diào)研新型膠球清理技術(shù)，進行技術(shù)改造

與北京德英眾華科技有限公司交流膠球系統(tǒng)改造事宜，其專注于電廠凝汽器清潔保持節(jié)能系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，爆破式發(fā)球和錐形收球網(wǎng)是關(guān)鍵技術(shù)，單臺機組改造投資費用在500萬元左右。因整體改造投資大，與其協(xié)商只改造收球網(wǎng)，由對方做設(shè)計方案。對方設(shè)計改造費用為58萬元，但不承諾收益率，因其改造費用報價太高，放棄該改造方案。

4.3.3 決定廠內(nèi)自行改造收球網(wǎng)

與設(shè)備部檢修專業(yè)商討自行改造收球網(wǎng)事宜。初步確定改造方案，設(shè)計方案如下：

在循環(huán)水回水管道管徑2200mm 的管段內(nèi)加工錐形收球網(wǎng)，材質(zhì)為316L 不銹鋼材質(zhì)，收球網(wǎng)的始端焊接在管段內(nèi)壁上，末端錐形收球口處接DN150的收球管道，向下穿過管壁，收球網(wǎng)上密布直徑12mm 的圓孔，圓孔全部采取激光打孔，保證孔的邊緣圓潤光滑。

在收球網(wǎng)的中心位置安裝一通軸，轉(zhuǎn)軸材質(zhì)為316L 不銹鋼材質(zhì)，轉(zhuǎn)軸兩端分別固定在收球網(wǎng)的終端和始端的中心位置，并安裝上賽龍導(dǎo)軸承，轉(zhuǎn)軸軸頭為球面，球面軸頭處安裝推力裝置并進行固定。

在轉(zhuǎn)軸上焊接對稱布置的螺旋形刮泥板（螺旋形刮泥板為一定角度的螺旋形扇葉，設(shè)計原理參考風(fēng)車，在水流的作用下轉(zhuǎn)動），刮泥板貼合收球網(wǎng)的內(nèi)壁，刮泥板的末端安裝刷毛，循環(huán)水沖擊在螺旋形刮泥板上，使螺旋形刮泥板轉(zhuǎn)動，達到清洗收球網(wǎng)的目的[3]。

4.4 冷卻塔噴淋層“逢停必查”

冷卻塔工作效率受循環(huán)水水質(zhì)、環(huán)境溫度、塔體老化、填料結(jié)垢損壞、冷卻塔噴頭霧化效果差、淋水密度不均勻等問題的影響，冷卻塔冷卻能力下降，往往會導(dǎo)致汽輪機真空降低，機組汽耗和煤耗增加，為及時準確掌握冷卻塔設(shè)備情況，要求在每次機組停機后進行噴淋層檢查。

2021年5月，#2機組停機，檢查噴淋層格柵與噴嘴是否有損壞、變形、脫落情況，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)塔池東南角部分噴淋層格柵有小范圍塌陷，因停機時間短無法處理，待機組大修時處理。7月19日，#1機組停機，檢查噴淋層格柵與噴嘴是否有損壞、變形、脫落情況，發(fā)現(xiàn)有多處集水器發(fā)生變形、部分凹陷，如圖4所示。8月10日，#1機組停機，再次檢查發(fā)現(xiàn)填料有少量樹葉大小的脫落，噴嘴有一個脫落，新增多處集水器變形，立即聯(lián)系檢修修復(fù)或更換處理。

圖4 #1機塔池內(nèi)部脫落、變形區(qū)域

2021年10月，#2機停機后對冷卻塔噴淋層進行檢查，統(tǒng)計集水器、格柵、噴嘴損壞情況，發(fā)現(xiàn)填料有少量脫落、集水器有部分變形，立即聯(lián)系檢修修復(fù)或更換處理，如圖5所示。

圖5 #2機塔池內(nèi)部脫落、變形區(qū)域

4.5 治理#1機凝汽器真空嚴密性差缺陷

機組負荷不變時，真空系統(tǒng)漏入空氣，會聚集在凝汽器管束表面，影響凝汽器換熱效果，造成凝汽器真空降低，機組汽耗率升高。試驗表明，600MW 機組真空降低1kPa，增加機組熱耗61kJ/kWh，增加煤耗2.3g/kWh。機組#1機凝汽器真空嚴密性較差，特別是電機側(cè)真空嚴密性雖合格，但較汽機側(cè)差，真空嚴密性試驗汽機、電機側(cè)下降速率分別為0.134/0.256kPa/min。

為提高凝汽器真空嚴密性，采取多項措施，先后組織多次查漏，處理多處漏點，并明確了電機側(cè)嚴密性差的原因，具體如下。

4.5.1 #1機真空系統(tǒng)查漏

利用氦氣檢漏法，選擇幾個易漏點，從外部噴氦氣，在真空泵的排氣口處，安裝氦氣檢測儀。如果該儀器檢測到氦氣，則說明存在泄漏，即可從噴入點進一步查明泄漏位置。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)多處漏點，漏點如下：B 低壓缸西側(cè)兩個防爆膜輕微泄漏，覆蓋塑料膜和黃油；A 汽泵小機排汽防爆膜處輕微泄漏，涂抹黃油；B 汽泵小機排汽防爆膜處輕微泄漏，涂抹黃油。對漏處理后真空好轉(zhuǎn)，兩側(cè)嚴密性試驗由0.134/0.256kPa/min 變?yōu)?.08/ 0.207kPa/min。

4.5.2 #1機停機后灌水查漏

檢查發(fā)現(xiàn)凝汽器汽機側(cè)疏水集箱4與凝汽器疏擴連接處焊口開裂，有約10cm 長縱向裂紋，隨即進行補焊。再次啟機后#1機汽機側(cè)凝汽器真空嚴密性試驗下降速度由0.08kPa/min 降低為0.036kPa/min，凝汽器電機側(cè)未發(fā)現(xiàn)漏點。

4.5.3 查找凝汽器電機側(cè)真空嚴密性差原因

因電機側(cè)嚴密性始終較差，懷疑軸封間隙過大引起，為此進行了試驗。

軸封供汽壓力46kPa 時，進行真空嚴密性試驗，兩側(cè)下降速率分別為0.045/0.203kPa/min。逐漸提高軸封壓力，進行嚴密性試驗，發(fā)現(xiàn)壓力提高至90kPa，兩側(cè)下降速率發(fā)生明顯變化，分別為0.01/0.012kPa/min，由此得出軸封間隙過大是引起凝汽器電機側(cè)漏真空的主要原因，計劃機組大修時進行檢修、調(diào)整。

經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)軸封壓力高時，雖真空嚴密性變好，但A/B 汽泵小機因軸封壓力同時升高，軸封蒸汽有進入潤滑油現(xiàn)象，小機潤滑油排煙管道U 型彎處排水量明顯增大，軸封壓力高于55kPa 時，U 型彎處排水成柱狀，為避免潤滑油質(zhì)惡化，降低軸封壓力至46kPa 運行。

總結(jié)發(fā)現(xiàn)，真空泵泄漏點主要集中在低壓缸防爆膜、后軸封、高壓疏水管道、疏水擴容器焊縫，針對這些容易出現(xiàn)泄漏的位置，采取了重點檢查或特殊加固的方式，提高了整體密封效果。

5 結(jié)論

一是汽輪機冷端優(yōu)化工作有許多方式方法，且已經(jīng)取得長足進展，但由于其在機組能耗方面所占有的比重較大，所以仍然需要重視。

二是機組的冷端優(yōu)化工作如降低耗電率、提高背壓、真空漏泄治理，問題多、方法多、結(jié)果多，且潛力較大。

三是汽輪機冷端深度優(yōu)化，既是技術(shù)問題，也是一個管理問題和經(jīng)濟問題，其工作成效的取得，也需要在管理上、經(jīng)費上給予創(chuàng)新和重視。

四是汽輪機冷端優(yōu)化工作還有許多項目需要繼續(xù)研究，如膠球收球網(wǎng)改造、塔池噴淋層治理等，同時也是一項長期的工作，需要長期堅持，多措并舉，以確保機組的安全經(jīng)濟運行。