1 000 MW機(jī)組抽真空系統(tǒng)優(yōu)化探討

雍 干

(神華國(guó)華徐州發(fā)電的限公司 生產(chǎn)準(zhǔn)備部,江蘇 徐州 221166)

1 000 MW機(jī)組抽真空系統(tǒng)優(yōu)化探討

雍 干

(神華國(guó)華徐州發(fā)電的限公司 生產(chǎn)準(zhǔn)備部,江蘇 徐州 221166)

為降低1 000 MW超超臨界機(jī)組運(yùn)行時(shí)的廠用電率、提高經(jīng)濟(jì)性,通過對(duì) 1 000 MW超超臨界汽輪機(jī)抽真空系統(tǒng)的分析,提出優(yōu)化方案進(jìn)行對(duì)比、探討,供同行借鑒。

1 000 MW超超臨界汽輪機(jī);雙背壓凝汽器;抽真空系統(tǒng);優(yōu)化探討

0 引 言

神華國(guó)華徐州發(fā)電有限公司原有裝機(jī)容量為4×137.5 MW機(jī)組 (1～4號(hào)機(jī))和 4×220 MW機(jī)組 (5～8號(hào)機(jī)),本期工程 (上大壓小)關(guān)停拆除 1號(hào) ～6號(hào)機(jī)組,建設(shè) 2×1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組,全廠按 4×1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組規(guī)劃。汽輪機(jī)采用的是上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N 1 000-26.25/600/600型超超臨界、一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、凝汽式汽輪機(jī)。凝汽器由上海動(dòng)力設(shè)備廠生產(chǎn),設(shè)計(jì)的冷卻面積為57 000m2,型式為雙背壓、雙殼體、單流程、表面式凝汽器。水環(huán)式真空泵組采用武漢威龍泵業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的 2BW5403A-OEL4型水環(huán)噴射真空機(jī)組,單泵組運(yùn)行時(shí)最大軸功率為135 kW,電動(dòng) 機(jī) 相 關(guān) 參 數(shù) 為：185 kW/380 V/370 A。

設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到大容量設(shè)備選型的要求,凝汽器汽側(cè)抽真空系統(tǒng)設(shè)置了 3套 50%容量水環(huán)式真空泵組。正常運(yùn)行時(shí),二套真空泵組運(yùn)行,一套真空泵組作為備用。在機(jī)組啟動(dòng)時(shí),所有真空泵組可一起投入運(yùn)行,這樣可以更快地建立起所需要的真空度,從而縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。

1 抽真空系統(tǒng)分析

在機(jī)組啟動(dòng)初期抽真空系統(tǒng)將凝汽器汽側(cè)空間以及附屬管道和設(shè)備中的空氣抽出,以達(dá)到汽輪機(jī)組啟動(dòng)的要求;在機(jī)組正常運(yùn)行中抽真空系統(tǒng)除去凝汽器空氣區(qū)積聚的非凝結(jié)氣體,以維持凝汽器內(nèi)的真空值。

由于 1 000 MW超超臨界機(jī)組為雙背壓凝汽式汽輪機(jī),有高壓凝汽器和低壓凝汽器,因此抽真空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為以下兩種形式。

串聯(lián)形式：高、低壓凝汽器之間通過帶節(jié)流孔的聯(lián)通管連通,高壓抽真空系統(tǒng)連接到低壓抽真空系統(tǒng),在低壓凝汽器殼體上布置抽汽口,再由真空泵組抽出空氣和非凝結(jié)氣體,即高壓凝汽器→帶節(jié)流孔的連通管→低壓凝汽器→抽氣管抽出 (見圖 1)。早期已投產(chǎn)的 1 000 MW機(jī)組通常為此方式。

串聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)布置和控制邏輯簡(jiǎn)單;任意 1臺(tái)真空泵組都可以作為備用泵,有較好的靈活性。缺點(diǎn)是兩個(gè)凝汽器殼體的汽側(cè)壓力易相互干擾,顯現(xiàn)不出雙背壓凝汽器的特點(diǎn)。如果節(jié)流孔有問題,將直接影響低壓凝汽器的空氣和非凝結(jié)氣體抽出[1]。

并聯(lián)形式：高、低壓凝汽器殼體之間沒有連通管,而是分別同時(shí)由各自的抽氣口通過真空泵組抽出空氣和非凝結(jié)氣體。如華東電力設(shè)計(jì)院為神華國(guó)華徐州發(fā)電有限公司 1 000 MW超超臨界機(jī)組設(shè)計(jì)的凝汽器抽真空系統(tǒng) (見圖 2),機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),高、低壓凝汽器通過各自的抽氣口分別由真空泵組 A和真空泵組 C抽出空氣和非凝結(jié)氣體,而真空泵組 B作為 A泵或 C泵的備用泵。

并聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)凝汽器殼體的汽側(cè)相互獨(dú)立,壓力互不干擾,多背壓凝汽器的功率收益能得到保證。缺點(diǎn)是系統(tǒng)布置和控制邏輯較復(fù)雜,真空泵組只能對(duì)應(yīng)相應(yīng)的凝汽器運(yùn)行,靈活性相對(duì)差些[1]。

2 抽真空系統(tǒng)優(yōu)化方案

由于設(shè)計(jì)院在確定抽氣設(shè)備時(shí),要保證在所有可能預(yù)見的運(yùn)行工況都有足夠的抽氣能力 (這里面包括了當(dāng)真空系統(tǒng)發(fā)生不嚴(yán)密現(xiàn)象,有大量空氣漏入,且不能很快地消除,漏入空氣量從額定值增加到最大值時(shí),機(jī)組仍能繼續(xù)運(yùn)行[1]),因此,對(duì)抽氣設(shè)備的裕量一般都選得較大。這樣,當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行后,只要真空系統(tǒng)嚴(yán)密性好,即使 50%容量的單臺(tái)抽氣設(shè)備運(yùn)行,也能滿足機(jī)組運(yùn)行所需的合理的真空范圍。所以,電廠在機(jī)組正常運(yùn)行后,從節(jié)約廠用電率、提高經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā),都會(huì)考慮優(yōu)化系統(tǒng)和運(yùn)行方式。

根據(jù)華東電力設(shè)計(jì)院對(duì)神華國(guó)華徐州發(fā)電有限公司 1 000 MW機(jī)組凝汽器抽真空系統(tǒng)配置的特點(diǎn),為降低 1 000 MW超超臨界機(jī)組運(yùn)行時(shí)的廠用電率、提高經(jīng)濟(jì)性,抽真空系統(tǒng)可分兩機(jī)聯(lián)通和本機(jī)單獨(dú)優(yōu)化兩種方案。

2.1 兩機(jī)聯(lián)通

依據(jù)神華國(guó)華徐州發(fā)電有限公司原 137.5 MW機(jī)組凝汽器抽真空系統(tǒng)兩機(jī)聯(lián)通運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn),神華國(guó)華徐州發(fā)電有限公司 2臺(tái) 1 000 MW機(jī)組凝汽器抽真空系統(tǒng)的聯(lián)通方式可設(shè)置成以下 3種方案。

(1)方案 1。此方案 (見圖 3)在華東電力設(shè)計(jì)院原設(shè)計(jì)配置方式上,在 2臺(tái)機(jī)組的高、低壓側(cè)凝汽器抽真空管分別增加對(duì)應(yīng)的聯(lián)通管和隔離閥門,在 2臺(tái)機(jī)組的真空嚴(yán)密性合格的情況下,可實(shí)現(xiàn) 2臺(tái)機(jī)組高、低壓側(cè)凝汽器分別只運(yùn)行 1臺(tái)真空泵組的方式,即原 2臺(tái)機(jī)組 4臺(tái)泵組運(yùn)行(1機(jī) 2泵)變?yōu)?2臺(tái)機(jī)組 2臺(tái)泵組運(yùn)行 (2機(jī)2泵)。

2機(jī) 4泵運(yùn)行時(shí)真空泵組的廠用電計(jì)算負(fù)荷為：

式中：Kt為同時(shí)系數(shù),新建機(jī)組取 0.9;PZ為真空泵組的軸功率,kW;η為電動(dòng)機(jī)效率,取0.95;cosφ為功率因數(shù),取 0.85。

則 2機(jī) 4泵的廠用電率為 (只計(jì)算真空泵組所占的廠用電率份額)：

式中：PC為發(fā)電機(jī)額定功率,kW。

而 2機(jī) 2泵運(yùn)行時(shí)真空泵組的廠用電計(jì)算負(fù)荷和廠用電率 (計(jì)算方法同上)分別為300.93 kVA,0.015 1%,即廠用電率可下降約0.015%。

(2)方案 2。此方案 (見圖 4)在華東電力設(shè)計(jì)院原設(shè)計(jì)配置方式上,在 2臺(tái)機(jī)組的備用真空泵組前的管道上增加聯(lián)通管和隔離閥門,在 2臺(tái)機(jī)組的真空嚴(yán)密性合格的情況下,可實(shí)現(xiàn) 2臺(tái)機(jī)組高壓側(cè)凝汽器運(yùn)行 1臺(tái)真空泵組、低壓側(cè)凝汽器運(yùn)行 2臺(tái)真空泵組的方式或 2臺(tái)機(jī)組高壓側(cè)凝汽器運(yùn)行 2臺(tái)真空泵組、低壓側(cè)凝汽器運(yùn)行 1臺(tái)真空泵組的方式,即原 2臺(tái)機(jī)組 4臺(tái)泵運(yùn)行 (1機(jī) 2泵)變?yōu)?2臺(tái)機(jī)組 3臺(tái)泵運(yùn)行 (2機(jī) 3泵)。

圖3 抽真空系統(tǒng)兩機(jī)聯(lián)通方案 1示意圖Fig.3 D iagram o f program 1

2機(jī) 3泵運(yùn)行時(shí)真空泵組的廠用電計(jì)算負(fù)荷和廠用電率 (計(jì)算方法同上)分別為 405 kVA,0.022 6%,與 2機(jī) 4泵相比廠用電率可下降約0.007 5%。

圖4 抽真空系統(tǒng)兩機(jī)聯(lián)通方案 2示意圖Fig.4 D iagram of program 2

(3)方案 3。此方案 (見圖 5)是在方案 2的基礎(chǔ)上取消 2號(hào)機(jī)組的備用真空泵組,在 2臺(tái)機(jī)組的真空嚴(yán)密性合格的情況下,可實(shí)現(xiàn) 2臺(tái)機(jī)組高壓側(cè)凝汽器運(yùn)行 1臺(tái)真空泵組、低壓側(cè)凝汽器運(yùn)行 2臺(tái)真空泵組的方式或 2臺(tái)機(jī)組高壓側(cè)凝汽器運(yùn)行 2臺(tái)真空泵組、低壓側(cè)凝汽器運(yùn)行 1臺(tái)真空泵組的方式,即原 2臺(tái)機(jī)組 4臺(tái)泵運(yùn)行 (1機(jī) 2泵)變?yōu)?2臺(tái)機(jī)組 3臺(tái)泵運(yùn)行 (2機(jī) 3泵),廠用電率的下降值同方案 2,但根據(jù)已簽訂的真空泵組合同,可節(jié)約設(shè)備費(fèi)用 66.3萬元。

圖5 抽真空系統(tǒng) 2機(jī)聯(lián)通方案 3示意圖Fig.5 D iagram of program 3

2.2 本機(jī)方案

此方案 (見圖 6)是在華東電力設(shè)計(jì)院原設(shè)計(jì)配置方式上,在 2臺(tái)機(jī)組的高壓側(cè)凝汽器抽真空管上分別增加 1只手動(dòng)載止門和小管徑旁路調(diào)整門,在機(jī)組真空嚴(yán)密性合格的情況下,可關(guān)閉載止門,通過調(diào)節(jié)小管徑旁路調(diào)整門的開度,使門后壓力基本與低壓側(cè)凝汽器相匹配,即可實(shí)現(xiàn)單臺(tái)機(jī)組高、低壓側(cè)凝汽器同時(shí)用 1臺(tái)真空泵組抽出空氣和非凝結(jié)氣體的運(yùn)行方式,達(dá)到節(jié)約廠用電率的目的,廠用電率的下降值同兩機(jī)聯(lián)通方案1。

圖6 抽真空系統(tǒng)本機(jī)方案示意圖Fig.6 Diagram o f the program

3 方案對(duì)比

3.1 對(duì)原設(shè)計(jì)的影響

兩機(jī)聯(lián)通方案 1、方案 2和本機(jī)方案對(duì)華東電力設(shè)計(jì)院的原設(shè)計(jì)沒有影響,兩機(jī)聯(lián)通方案 1、方案 2在 2臺(tái)機(jī)組抽真空系統(tǒng)聯(lián)通管的接口位置不同;兩機(jī)聯(lián)通方案 2和方案 3在 2臺(tái)機(jī)組抽真空系統(tǒng)聯(lián)通管的接口位置相同,只是方案 3取消了 1臺(tái)真空泵組。

3.2 運(yùn)行方式

兩機(jī)聯(lián)通方案 1的運(yùn)行方式較靈活,可根據(jù) 2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況靈活組合 4種運(yùn)行方式：2機(jī) 4泵 (原設(shè)計(jì)方案)、2機(jī) 3泵 (低壓側(cè) 2泵)、2機(jī) 3泵 (高壓側(cè) 2泵)和 2機(jī) 2泵。

兩機(jī)聯(lián)通方案 1和方案 2中,1號(hào)機(jī) (或 2號(hào)機(jī))的備用真空泵組可同時(shí)承擔(dān) 2號(hào)機(jī) (或 1號(hào)機(jī))的備用任務(wù)。

兩機(jī)聯(lián)通方案 2和方案 3只能根據(jù) 2臺(tái)機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際情況實(shí)現(xiàn) 3種運(yùn)行方式：2機(jī) 4泵(原設(shè)計(jì)方案)、2機(jī) 3泵 (低壓側(cè) 2泵)、2機(jī) 3泵 (高壓側(cè) 2泵)。

兩機(jī)聯(lián)通方案 3在機(jī)組啟動(dòng)時(shí),若要快速抽真空,必須開啟 1號(hào)機(jī)組的備用真空泵組。

本機(jī)方案系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單,運(yùn)行方式的變化在本機(jī)即可完成,和鄰機(jī)沒有聯(lián)系。且任意 1臺(tái)真空泵組即能作為運(yùn)行泵組也能作為備用泵組。

3.3 效益

兩機(jī)聯(lián)通方案 1和方案 2在機(jī)組運(yùn)行前無效益,須增加 2臺(tái)機(jī)組抽真空系統(tǒng)的聯(lián)通管道和閥門的費(fèi)用,但在機(jī)組運(yùn)行后,方案 1可節(jié)約廠用電率 0.015%,方案 2可節(jié)約廠用電率0.007 5%。

兩機(jī)聯(lián)通方案 3當(dāng)前就可節(jié)省設(shè)備費(fèi)用 66.3萬元,但須增加 2臺(tái)機(jī)組抽真空系統(tǒng)的聯(lián)通管道和閥門的費(fèi)用,機(jī)組運(yùn)行后可節(jié)約廠用電率0.007 5%。

本機(jī)方案需增加 2臺(tái)機(jī)組高壓側(cè)抽真空管道上的閥門費(fèi)用,在機(jī)組運(yùn)行后,可節(jié)約廠用電率0.015%。

3.4 風(fēng)險(xiǎn)

由于 1 000 MW超超臨界機(jī)組兩機(jī)之間的距離較長(zhǎng),2臺(tái)機(jī)組的抽真空系統(tǒng)聯(lián)通后,應(yīng)考慮長(zhǎng)距離管道沿程阻力造成的滯緩影響。

兩機(jī)聯(lián)通方案 3由于取消了 2號(hào)機(jī)組的備用真空泵組,在 1號(hào)機(jī)組運(yùn)行時(shí),2號(hào)機(jī)組的備用真空泵組可由 1號(hào)機(jī)組的備用真空泵組來承擔(dān),但當(dāng)1號(hào)機(jī)組檢修時(shí),2號(hào)機(jī)組就將面臨沒有備用真空泵組的風(fēng)險(xiǎn)。

本機(jī)方案雖然系統(tǒng)簡(jiǎn)單,但要通過試驗(yàn)才能確定新增閥門的開度。并且由于該方式最終為高、低壓側(cè)凝汽器由 1臺(tái)真空泵組抽出空氣和非凝結(jié)氣體,因此機(jī)組運(yùn)行工況變化和真空泵組運(yùn)行方式變化都可能對(duì)新增閥門的開度有影響,進(jìn)而影響機(jī)組的雙背壓。

4 結(jié) 論

根據(jù)以上分析對(duì)比,兩機(jī)聯(lián)通的 3個(gè)方案和本機(jī)方案均是可行的,發(fā)電廠可根據(jù)本單位實(shí)際情況進(jìn)行選擇,但前提是 2臺(tái)機(jī)組的真空嚴(yán)密性必須合格,即機(jī)組的負(fù)壓系統(tǒng)漏空不能太大,否則機(jī)組的抽真空系統(tǒng)優(yōu)化方案將不能實(shí)施。

[1]齊復(fù)東,賈樹本,馬義偉.電站凝汽設(shè)備和冷卻系統(tǒng)[M].北京：水利電力出版社,1990.

Investigation of Vacuum System Optim ization for 1 000 MWPower Unit

Yong Gan
(Production Preparation Department,ShenHua GuoHua XuZhou Electric Power Generation Co.Ltd.,Xuzhou 221166,China)

In order to reduce theauxiliary power consumption rateof power plantand improve the economy of 1 000 MWu ltra-supercritical unit,through the analysis of vacuum system in 1 000 MWultra-supercritical turbine,the paper proposes anoptimizational program to contrast and investigate,and reference for the peer.

1 000 MWultra-supercritical turbine;dual backpressure condenser;vacuum system;investigation of optimization

TK 264.1

A

2010-04-21。

雍干 (1958-),男,教授級(jí)高級(jí)工程師,從事汽輪機(jī)運(yùn)行管理工作,E-mail：242901@ghepc.com。