利用汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水降低主機(jī)排汽溫度的應(yīng)用與分析

張曉博

(大唐彬長(zhǎng)發(fā)電有限責(zé)任公司， 陜西咸陽(yáng) 713602)

利用汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水降低主機(jī)排汽溫度的應(yīng)用與分析

張曉博

(大唐彬長(zhǎng)發(fā)電有限責(zé)任公司， 陜西咸陽(yáng) 713602)

對(duì)于利用汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水降低主機(jī)排汽溫度的設(shè)備改造進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及分析，結(jié)果表明：改造后的系統(tǒng)可以有效降低機(jī)組排汽溫度，提高機(jī)組安全性，增加經(jīng)濟(jì)效益。

直接空冷機(jī)組； 凝結(jié)水； 排汽溫度； 背壓

汽輪機(jī)作為火力發(fā)電廠的核心設(shè)備，是能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。汽輪機(jī)的排汽溫度將直接影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行和運(yùn)行效率：排汽溫度過(guò)高，會(huì)使低壓缸變形，轉(zhuǎn)子中心偏移，動(dòng)靜部分摩擦可能性增大，振動(dòng)增大，嚴(yán)重時(shí)損壞設(shè)備；排汽溫度過(guò)高還會(huì)使汽輪機(jī)進(jìn)汽焓降減小，汽輪機(jī)做功效率降低。因此，有效降低汽輪機(jī)排汽溫度不僅可以保證設(shè)備的安全，而且可以提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

筆者以某600 MW直接空冷機(jī)組新增利用汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水降低主機(jī)排汽溫度的實(shí)例，分析其新增系統(tǒng)降低排汽溫度的效果，供技術(shù)人員參考。

1 機(jī)組概況及新增系統(tǒng)介紹

某600 MW汽輪發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)型號(hào)為NZK600—24.2/566/566，超臨界、單軸、一次中間再熱、三缸四排汽、直接空冷凝汽式?？绽淠飨到y(tǒng)共56個(gè)散熱單元，散熱面積為1 492 718 m2。汽輪機(jī)給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)2臺(tái)50%容量的汽動(dòng)給水泵和一臺(tái)30%容量的電動(dòng)給水泵。汽動(dòng)給水泵為單缸、單流、單軸、沖動(dòng)式、純凝汽式汽輪機(jī)。汽動(dòng)給水泵排汽至凝汽器，其凝結(jié)水設(shè)計(jì)通過(guò)汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水泵排向空冷凝汽裝置底部。汽動(dòng)給水泵的循環(huán)水系統(tǒng)為閉式循環(huán)。

圖1為汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水系統(tǒng)。

圖1 汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水系統(tǒng)圖

改造后汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水全部通過(guò)新增管路，即通過(guò)閥門1的虛線管路進(jìn)入主機(jī)排汽裝置；原汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水管路，即通過(guò)閥門2的實(shí)線管路作為備用，正常運(yùn)行中閥門2關(guān)閉。汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水流量通過(guò)總管上的調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制。

因汽動(dòng)給水泵排汽為循環(huán)水冷卻，其凝結(jié)水溫度較主機(jī)凝結(jié)水低，將汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水以霧化狀態(tài)噴入主機(jī)排汽裝置喉部，使其大量吸收主機(jī)排汽的余熱，起到冷卻排汽的作用。尤其在夏季高負(fù)荷時(shí)，由于受環(huán)境溫度及風(fēng)速、風(fēng)向的影響，主機(jī)真空度低，造成排汽壓力升高，主機(jī)排汽溫度與汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水溫度差加劇，由此可充分利用此溫差降低主機(jī)排汽溫度和背壓，提高機(jī)組的效率。

2 數(shù)值計(jì)算理論模型

直接空冷機(jī)組相對(duì)濕冷機(jī)組有所不同，汽輪機(jī)排汽經(jīng)較為長(zhǎng)的管道送至空冷凝汽器內(nèi)進(jìn)行凝結(jié)，其間有管道的散熱和壓力損失。因此，空冷機(jī)組的排汽背壓和凝汽器壓力在數(shù)值上有較大差別。

空冷機(jī)組背壓計(jì)算：

ps=pc+Δp

(1)

式中：ps為汽輪機(jī)背壓，kPa；pc為空冷凝汽器內(nèi)飽和蒸汽壓力，kPa；Δp為排汽管道損失，kPa。

空冷凝汽器內(nèi)飽和蒸汽壓力pc可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式[1]得出：

(2)

式中：空冷凝汽器內(nèi)飽和溫度tc取空冷凝結(jié)水溫度。

換熱器管束定期由高壓水沖洗,其管外污垢熱阻數(shù)量級(jí)很小；管內(nèi)為蒸汽流動(dòng)，其污垢熱阻數(shù)量級(jí)也很小，可以忽略。依據(jù)以往文獻(xiàn)[2]計(jì)算Δp可知，排汽管道壓損隨環(huán)境溫度升高而降低。筆者主要計(jì)算高溫環(huán)境下的特性參數(shù)，所以Δp取0.3 kPa進(jìn)行計(jì)算。

3 優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果及經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 改造前后不同負(fù)荷下背壓與排汽溫度變化

采集機(jī)組在環(huán)境溫度30 ℃、空冷風(fēng)機(jī)變頻器頻率為55 Hz時(shí)改造前后不同工況下的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

表1 汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水改造前后主機(jī)排汽溫度及壓力數(shù)據(jù)

由表1可知：利用汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水降低主機(jī)排汽溫度在低負(fù)荷時(shí)較高負(fù)荷時(shí)效果更佳，可達(dá)到3 K的溫降，而在機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，溫降也可達(dá)1 K；同時(shí)，機(jī)組的背壓與主機(jī)排汽溫度有著相似的變化趨勢(shì)。

3.2 相同環(huán)境溫度下背壓與負(fù)荷的變化

圖2為環(huán)境溫度30 ℃時(shí)，不同負(fù)荷下機(jī)組背壓曲線。

圖2 環(huán)境溫度30 ℃、不同負(fù)荷下機(jī)組背壓曲線

由圖2可以看出：改造后機(jī)組的背壓有了明顯的下降，在負(fù)荷450 MW時(shí)，機(jī)組背壓由改造前的22.3 kPa降至19.2 kPa，背壓下降約3.1 kPa，而在機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，背壓從27.1 kPa降至26.1 kPa，背壓降低1 kPa，由此可以得出隨著負(fù)荷的逐漸增大，背壓下降幅度有所減小，但仍比改造前有明顯變化。

利用汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水降低主機(jī)排汽溫度改造后，依據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，背壓每變化1 kPa，機(jī)組的負(fù)荷將變化600 kW，按每年運(yùn)行5 700 h計(jì)算，可增發(fā)電量約3 420 MW[3]。按上網(wǎng)電價(jià)0.3元/(kW·h)計(jì)算，每年可增創(chuàng)發(fā)電效益10.26萬(wàn)元；同時(shí)機(jī)組背壓每降低1 kPa，機(jī)組供電煤耗約下降0.98 g/(kW·h)[4]，由此可得出機(jī)組每年可節(jié)約煤量約4.9萬(wàn)t，節(jié)約燃煤費(fèi)用約112.7萬(wàn)元。

3.3 機(jī)組背壓與空冷風(fēng)機(jī)電耗的關(guān)系

圖3為機(jī)組負(fù)荷550 MW、環(huán)境溫度15 ℃時(shí)空冷風(fēng)機(jī)頻率與背壓及風(fēng)機(jī)總功率的關(guān)系曲線。

圖3 空冷風(fēng)機(jī)頻率與背壓及風(fēng)機(jī)總功率關(guān)系曲線

由圖3可以看出：環(huán)境溫度為15 ℃、機(jī)組負(fù)荷550 MW時(shí)，空冷風(fēng)機(jī)頻率每增加5 Hz，空冷風(fēng)機(jī)的平均功率增加約197 kW，機(jī)組的背壓平均下降0.88 kPa。機(jī)組背壓隨著空冷風(fēng)機(jī)頻率的升高而逐漸降低，但同時(shí)空冷風(fēng)機(jī)能耗隨之而增加。由此，機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定，在利用汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水降低主機(jī)排汽溫度后，主機(jī)的背壓每下降1 kPa，即可降低空冷風(fēng)機(jī)的頻率5～7 Hz，減少空冷風(fēng)機(jī)總功率約224 kW，每年可節(jié)約廠用電折合費(fèi)用約38.3萬(wàn)元。

利用汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水降低主機(jī)排汽溫度改造后一年可以節(jié)約151萬(wàn)元。

4 結(jié)語(yǔ)

(1) 利用汽動(dòng)給水泵的凝結(jié)水降低主機(jī)排汽溫度，可使主機(jī)排汽溫度降低1～3 K，背壓降低1～3 kPa，減少機(jī)組的冷源損失，相對(duì)提高了機(jī)組的發(fā)電量。

(2) 夏季高溫大負(fù)荷時(shí)段，機(jī)組必須留出一定的背壓裕量(25 kPa)，必要時(shí)限制機(jī)組出力，防止氣候突變?cè)斐杀硥罕Ｗo(hù)動(dòng)作跳機(jī)。

(3) 機(jī)組背壓超過(guò)25 kPa時(shí)，其對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度為65 ℃以上，凝結(jié)水溫度高于65 ℃會(huì)造成凝結(jié)水精處理樹脂失效；降低主機(jī)排汽溫度，可確保凝結(jié)水精處理的正常運(yùn)行，從而保證爐水品質(zhì)合格。

[1] 石維柱. 直接空冷機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 保定: 華北電力大學(xué), 2010.

[2] 周蘭欣, 楊靖, 楊祥良. 600 MW直接空冷機(jī)組變工況特性的研究[J]. 動(dòng)力工程, 2007, 27(2): 165-168, 217.

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

[4] 葉學(xué)民, 童家麟, 吳杰, 等. 600 MW直接空冷機(jī)組冷端夏季優(yōu)化運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 汽輪機(jī)技術(shù), 2012, 54(5): 372-374.

Reduction of LP Cylinder Exhaust Temperature Using the Condensate of Steam Pump

Zhang Xiaobo

(Datang Binchang Power Generation Co., Ltd., Xianyang 713602, Shaanxi Province, China)

After the retrofit on the reduction of LP cylinder exhaust temperature using the condensate of steam pump, data collection and analysis were carried out for relevant equipment. Results show that the exhaust temperature is effectively reduced after retrofit, while the operation safety of unit is improved, with high economic benefits obtained.

direct air-cooling unit; condensate; exhaust temperature; back-pressure

2016-04-07；

2016-07-05

張曉博(1985—)，男，工程師，主要從事電廠運(yùn)行工作。

E-mail: zxb0501@163.com

TK264.1

A

1671-086X(2017)01-0064-03