除氧器快冷技術(shù)停機(jī)后在縮短循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)間方面的應(yīng)用研究

陶 勇，趙永國，楊洪濤，焦俊杰

(國家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032)

機(jī)組停運(yùn)后，循環(huán)水泵不能立即停運(yùn)，一般要等這些輔助設(shè)備停止后才可以停止循環(huán)水泵運(yùn)行，至少要運(yùn)行48 h以上。而這些輔助設(shè)備在停機(jī)后需要的冷卻水量非常少，為它們運(yùn)行一臺(tái)循環(huán)水泵顯然浪費(fèi)。相對(duì)于目前頻繁調(diào)停的機(jī)組，循環(huán)水泵空載運(yùn)行小時(shí)數(shù)明顯增加，空載電量浪費(fèi)問題尤為突出。

某廠三期機(jī)組5#、6#機(jī)每次停機(jī)后，由于除氧器儲(chǔ)熱能力強(qiáng)，溫度下降緩慢，再加上其系統(tǒng)與凝汽器密切相連，所以凝汽器的溫度也會(huì)很高。如果除氧器溫度降不下來，就會(huì)導(dǎo)致凝汽器溫度偏高，而不得不長期運(yùn)行循環(huán)水泵進(jìn)行冷卻，且須等到低壓缸排汽溫度低于50 ℃以后，才能停止循環(huán)水泵的運(yùn)行。三期機(jī)組停機(jī)后，各種原因造成低壓缸排汽溫度高且下降較慢，循環(huán)水泵要持續(xù)運(yùn)行20 h以上，從而造成電力浪費(fèi)。本文將對(duì)影響排汽溫度高的影響因素、采取的措施等方面進(jìn)行介紹，并對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行分析。

1 系統(tǒng)簡介

某公司三期2×330 MW汽輪機(jī)型號(hào)為C330-16.67/0.8/537/537型、亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、抽汽凝汽式汽輪機(jī)。該機(jī)組系統(tǒng)共配置3臺(tái)高壓加熱器、4臺(tái)低壓加熱器和1臺(tái)除氧器。其中除氧器位于4臺(tái)低壓加熱器出口，用于除去鍋爐給水中的氧氣及其他氣體，以保證給水的品質(zhì)[1-2]。同時(shí)，除氧器本身又是給水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)中的一個(gè)混合式加熱器，起著加熱給水、提高給水溫度的作用[3]。330 MW機(jī)組熱力系統(tǒng)如圖1所示。同時(shí)，三期除氧器水箱有效容積為150 m3，還可以用來儲(chǔ)存給水，平衡給水泵向鍋爐的供水量與凝結(jié)水泵送進(jìn)除氧器水量的差額。也就是說，當(dāng)凝結(jié)水量與給水量不一致時(shí)，可以通過除氧器水箱的水位高低變化調(diào)節(jié)，以滿足鍋爐給水量的需要[4-6]。

圖1 330 MW機(jī)組熱力系統(tǒng)簡圖

2 影響因素

停機(jī)后，熱力系統(tǒng)仍有余汽和疏水排向凝汽器。為防止凝汽器內(nèi)溫度過高造成銅管變形，進(jìn)而影響脹口嚴(yán)密性[7-9]，依照該公司330 MW機(jī)組運(yùn)行規(guī)程要求，在停機(jī)后根據(jù)鍋爐情況來停止電動(dòng)給水泵運(yùn)行，并且須等低壓缸排汽溫度低于50 ℃以后，才能停止凝結(jié)泵、開式水系統(tǒng)、閉式水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行[10-11]。但是機(jī)側(cè)各系統(tǒng)大量疏水和系統(tǒng)儲(chǔ)熱會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)間較長，廠用電被大量浪費(fèi)[12-13]。為解決這一問題，可通過改變?cè)羞\(yùn)行方式，加快熱力系統(tǒng)冷卻速度，減少循環(huán)水泵停機(jī)后運(yùn)行時(shí)間，提早設(shè)備檢修開工工期。

對(duì)機(jī)組各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析后，總結(jié)出影響循環(huán)水泵運(yùn)行時(shí)長的因素主要有以下幾個(gè)。

2.1 疏水致使凝汽器內(nèi)溫度升高

在停機(jī)過程中，蒸汽參數(shù)由高逐漸降低，特別是滑參數(shù)停機(jī)，在前幾級(jí)做功后，蒸汽內(nèi)含有濕蒸汽，在離心力的作用下甩向汽缸四周[14-17]。負(fù)荷越低，蒸汽含水量越大。另外汽機(jī)脫扣后，汽缸及蒸汽管道內(nèi)仍有較多的余汽凝結(jié)成水[18-20]。疏水必須放掉，而且盡量在凝汽器真空破壞前放掉，否則將造成汽機(jī)葉片水蝕，機(jī)組振動(dòng)，上下缸產(chǎn)生溫差及腐蝕汽缸內(nèi)部。因此汽輪機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)汽機(jī)本體及蒸汽管道的疏水[21-22]。330 MW機(jī)組凝汽器疏水如圖2所示。

圖2 330 MW機(jī)組凝汽器疏水

2.2 高加系統(tǒng)疏水

高壓加熱器是電站中的重要輔助設(shè)備，是回?zé)嵫h(huán)的重要部分。它利用高壓缸的抽汽來加熱給水，使一部分做過一定功的蒸汽熱量全部回收，從而減少排汽損失，提高電站熱循環(huán)效率，另一方面提高進(jìn)入蒸發(fā)器的給水溫度，降低蒸發(fā)器傳熱管內(nèi)外溫差，有利于減少傳熱管的熱應(yīng)力[23-24]。同時(shí)，當(dāng)高壓加熱器內(nèi)的溫度低于蒸汽壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度時(shí)會(huì)凝結(jié)成水，若不及時(shí)排出，則會(huì)存積在某些管道和氣缸中，對(duì)系統(tǒng)造成危害。高壓加熱器疏水系統(tǒng)負(fù)責(zé)將這些水排出。停機(jī)后，高壓加熱器正常疏水無法排至除氧器，只能通過高加危急疏水進(jìn)入凝汽器，致使凝汽器內(nèi)溫度升高[25]。330 MW機(jī)組高壓加熱器疏水如圖3所示。

2.3 熱力系統(tǒng)閥門不嚴(yán)

停機(jī)后，除氧器內(nèi)水溫一般在150 ℃左右。這是某次停機(jī)后對(duì)除氧器和凝汽器水位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(見圖4)后得出的。通過統(tǒng)計(jì)還發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中由于閥門內(nèi)漏，除氧器內(nèi)大量的熱水會(huì)緩慢漏至凝汽器，從而導(dǎo)致凝汽器溫度長時(shí)間居高不下[26-28]。

圖3 330 MW機(jī)組高壓加熱器疏水

圖4 某次停機(jī)后做的除氧器和凝汽器水位統(tǒng)計(jì)

機(jī)組停運(yùn)期間，正常運(yùn)行的工業(yè)及采暖供汽系統(tǒng)至凝汽器氣控疏水門不嚴(yán)，高溫蒸汽漏入凝汽器，使凝汽器內(nèi)溫度升高。工業(yè)及采暖供汽系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 工業(yè)及采暖供汽系統(tǒng)

2.4 開、閉式循環(huán)水系統(tǒng)冷卻需求

通過對(duì)開式循環(huán)水系統(tǒng)和閉式循環(huán)水系統(tǒng)主要用戶的分析可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)組停運(yùn)以后對(duì)冷卻有需求且冷卻熱量較大的用戶主要有大機(jī)油箱和汽動(dòng)給水泵油箱[29]。機(jī)組內(nèi)傳遞給軸承的熱量被逐漸帶走的過程中，開式循環(huán)水中斷后主機(jī)油溫會(huì)慢慢升高。閉式水系統(tǒng)及部分用戶如圖6所示。

而這4個(gè)主要因素中，雖然開、閉式水系統(tǒng)有幾個(gè)冷卻用戶需要冷卻水，但因主機(jī)油系統(tǒng)和閉式循環(huán)水系統(tǒng)本身有一定的儲(chǔ)熱量和散熱能力，且在停機(jī)期間熱量已被帶走了絕大部分，所以剩余熱量可通過加設(shè)臨近機(jī)組開、閉式水系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)或間歇短時(shí)啟動(dòng)循環(huán)水泵來予以解決。

在機(jī)組每次停機(jī)后，除氧器蓄熱能力強(qiáng)，溫度下降緩慢，其系統(tǒng)與凝汽器密切相連，是造成凝汽器溫度高的主要原因。如果除氧器溫度降不下來，就會(huì)導(dǎo)致凝汽器溫度高，而不得不長期運(yùn)行循環(huán)水泵進(jìn)行冷卻，從而造成電力浪費(fèi)。所以在進(jìn)行多次試驗(yàn)和總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，通過采取除氧器快冷措施，加速除氧器內(nèi)高溫水的冷卻速度，可縮短停機(jī)后循環(huán)水泵的運(yùn)行時(shí)間。

圖6 閉式水系統(tǒng)及部分用戶

3 措施實(shí)施

在以往停機(jī)后，若鍋爐不再需要上水，停止給水泵運(yùn)行后常常會(huì)關(guān)閉除氧器進(jìn)出水門，這會(huì)導(dǎo)致大量高溫給水滯留在除氧器內(nèi)。由于除氧水缺乏必要的冷卻環(huán)路，除氧器溫度下降緩慢。又由于熱力系統(tǒng)閥門不嚴(yán)密，位于高處的高溫除氧水又會(huì)慢慢倒入凝汽器內(nèi)，使凝結(jié)水系統(tǒng)及除氧器內(nèi)溫降緩慢[30]。所以采用的方法就是，開啟除氧器進(jìn)水門，讓低溫凝結(jié)水以合適的流量進(jìn)入除氧器，依托除氧器溢流電動(dòng)門控制除氧器內(nèi)高溫水排至凝汽器，并通過循環(huán)水系統(tǒng)將流入凝汽器內(nèi)的熱量帶走。冷熱水循環(huán)可提高除氧器內(nèi)除氧水的冷卻速度，但需保持除氧器溫度變化不應(yīng)大于1.83 ℃/min。措施原理圖如圖7所示。

圖7 措施原理圖

具體措施如下：

1) 停機(jī)前及時(shí)切換工業(yè)采暖供汽至臨機(jī)，并將通往凝汽器的各疏水門關(guān)閉嚴(yán)密；2) 停機(jī)過程中，滿足鍋爐上水溫度要求的前提下盡量降低除氧器水溫，并保持除氧器、凝汽器低水位運(yùn)行；3) 停機(jī)后及時(shí)關(guān)緊主、再蒸汽管道和各段抽氣疏水門，以降低高溫疏水對(duì)凝汽器溫度的影響；4) 停機(jī)后盡快進(jìn)行除氧器快冷操作，即除氧器連續(xù)上水，利用除氧器溢流門控制其水位，將除氧器內(nèi)的高溫水放至凝汽器進(jìn)行快速冷卻。

4 能效分析

通過循環(huán)冷卻，將150 ℃左右的高溫水冷卻至70 ℃左右，然后停止循環(huán)水泵。對(duì)比以前運(yùn)行方式，采用除氧器快冷的操作方式，可縮短循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)間12 h左右[31]。效益分析如下：

5#、6#機(jī)循環(huán)泵是6 kV動(dòng)力，功率為1 700 kW，如果每次停機(jī)均采用快冷方式，單次停機(jī)可節(jié)約電量：1 700×12=20 400 kW·h。按三期2臺(tái)330 MW機(jī)組每年停機(jī)10次計(jì)算，那么每年可節(jié)約電量：20 400×10=204 000 kW·h；可節(jié)約資金約：204 000×0.42=85 680(元)。

5 結(jié)語及補(bǔ)充措施

1)操作前進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，認(rèn)真執(zhí)行停機(jī)操作項(xiàng)目書，明確責(zé)任和分工，確保各項(xiàng)操作的準(zhǔn)確無誤。

2)停機(jī)前，對(duì)電動(dòng)門、手動(dòng)門、氣控門等閥門內(nèi)漏情況進(jìn)行全面檢查，運(yùn)行中無法消除的要及時(shí)統(tǒng)計(jì)上報(bào)，便于檢修停機(jī)后處理。

3)每次停機(jī)后，及時(shí)執(zhí)行除氧器快冷措施，根據(jù)停機(jī)時(shí)間長短和停機(jī)檢修要求，來確定快冷后的水溫。如果有比較急的檢修任務(wù)，可以將除氧器水溫控制較低一些，便于開展檢修工作。