660MW大型纯凝发电机组真空系统提效优化

李伟林

(江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司，江苏启东 226246)

0 前言

江苏大唐国际吕四港发电有限责任公司是近年投产的超超临界纯凝海水直冷发电机组，电厂填海而建，拥有得天独厚的冷端循环水资源，设计之初就充分考虑要到利用周边海域深层低温海水提高循环效率。但实际运行中真空指标却与设计初衷不符，2010-2013年平均真空完成值与内陆长江下游沿江电厂基本持平，甚至还有一定差距。是什么原因导致如此得天独厚的环境资源没能发挥优势，本文将从冷端系统的各个方面分析吕四港电厂没有发挥冷端优势的原因，并以此提出同类机组可能共同存在的问题，探索解决方案。

1 冷端系统概况

吕四港电厂冷端系统凝汽器采用的是哈汽660MW超超临界机组配套凝汽器，设备型号是N-31000-1，设计背压4.9kPa，设计总有效换热面积31000m2，设计循环水流量73900t/h，进水温度20℃，单机配备两台长沙水泵厂生产的设计流量37800t/h循环水泵，真空泵配备3台佛山水泵厂生产的水环式真空泵。凝汽器抽真空方式采用单抽串联，入口循环水采用内外圈双进双出，并设置有二次滤网。

2 原因分析

2.1 凝汽器设计容量过小

吕四港电厂选配的凝汽器换热面积为31000 m2明显小于同类型电厂普遍配套的36000m2凝汽器，对比换热面积小了13.8%导致凝汽器换热效能偏低，影响机组真空。同时不同换热面积对应的管数少总通流截面减小，导致循环水阻力增大循泵耗电更多，从热力循环效率及厂用电方面都不合算。

2.2 循环水系统阻力大

吕四港电厂凝汽器入口循环水管道是L型布置，管道存在90°直角，且在凝汽器进口中心点前有一段高度为6米的上升管，也就是说循环水必须克服这6米的静压阻力才能进到凝汽器换热，此种设计增加了循环水阻力。机组运行中必须保证循环水压力在0.06MPa以上才能满足凝汽器正常进水，从而需要运行更多的循环水泵维持较高的循环水压力，直接后果是增加了循环水泵电耗。而间接带来的问题是满足凝汽器充满水的循环水压要求过高，在压力波动的情况下顶部凝汽器管道空管问题更容易出现，不仅影响换热管道寿命而且影响机组真空。国内循环水管道设计优秀的电厂比如上海外高桥第三电厂，其循环水管道布置方面完全避免90°直角，而且循环水管道架空布置，与凝汽器入口水平，完全没有上升管，因而循环水运行压力低只需要0.03MPa即可保证凝汽器管道全部充满，同时低水压运行增加了循环水在凝汽器内的换热时间，提高换热效率。对于循泵电耗方面，更低的水压，循泵所需出力更小，电耗也相应更小。

2.3 抽真空方式不合理

原设计抽真空方式为，单抽真空管串联两个凝汽器。这种方式必然导致最远端的吸入口负压被近端的气体排挤，形成远端抽吸力不足。设计是双背压凝汽器，但实际运行中背压差值极小，只有不到0.2kPa，达不到1kPa的设计背压差。

2.4 没有安装水室真空泵，凝汽器钛管顶部存在空管现象，影响换热效率

由于凝汽器入口循环水管道低位布置，克服6米上升管道阻力后凝汽器顶部钛管水压力极低，循环水流速存在停滞现象，导致顶部钛管内易聚集循环水内的空气及漂浮杂质。个别机组甚至出现过低压缸末级叶片出口排汽温度与真空测点处排汽温度一致的现象，说明从末级叶片出口至抽真空管道入口段钛管换热效率基本为零。

2.5 真空泵工作液采用循环水冷却，夏季工况下真空泵出力受制于循环水温度

水环式真空泵在工作液温度超过35℃就极度的影响真空泵入口抽吸性能。如果凝汽器的真空严密性不够好，在夏季真空泵无法胜任将凝汽器内不凝结气体完全抽尽的任务。

2.6 凝汽器真空严密性不高，影响机组效率

3 对应的优化改造方案

1)基建设计初期，在投资许可的情况下尽量选用较大容积的凝汽器，或者后期发现凝汽器确实存在换热面积偏少的情况下，争取对凝汽器进行扩容改造。比如更换换热能力更强的管道。

2)对循环水管道进行改造，消除90°直角弯头，在循环水洁净度合适的情况下，采用大孔径的二次滤网，减小循环水管道阻力。在基建期可考虑抬高循环水管道高度的方案，尽量缩小循环水管道与凝汽器入口中心点的高度差。

3)抽真空方式改双抽。通过改造把原来的串联抽真空管从中间隔开，两头各自引管到不同的真空泵，同时运行两台真空泵分别对不同的凝汽器抽真空，改造后全年平均真空值提高0.5kPa，且完美实现双背压。对于多启一台真空泵多耗电的方面，还可进行进一步深度改造，在水环式真空泵入口加一级蒸汽喷射式抽真空喷管，两个喷管分别各对应一个凝汽器，然后用一台水环式真空泵对喷管进行二级抽真空。这样不仅保留了双抽，而且真空泵也少转一台节约厂用电，更重要的是采用两级抽真空，能提高整个抽真空系统抽吸力，凝汽器背压可达3.3kPa，并且抽吸能力不受减温水温度影响。

4)安装水室真空泵。不定期的对凝汽器水室顶部进行抽真空，排除集聚空气。配合胶球系统投运及循环水泵定期倒换契机，对凝汽器换热管道进行冲洗。在循泵倒换时，通过延迟循泵停运时间，增启循泵后对凝汽器进行高压冲洗排汽，清除顶部管道内结垢及堵塞。必要时凝汽器可半侧隔绝进行高压水冲洗。

5)水环式真空泵冷却器加冷媒进行降温。如果生产现场中央空调冷凝水量足够，可将空调冷凝水引入真空泵冷却水进行降温。还可采取直接加制冷机的方法对真空泵工作液进行降温。最好的办法是在真空泵前增加一级蒸汽喷射式抽真空喷管，采用本机或邻机辅汽作为动力源，最终蒸汽疏水回收到凝汽器。这样就不存在真空泵冷却水温度影响真空泵出力的问题了。

6)机组检修时做好真空系统灌水查漏工作，同时对大小机缸体结合面认真进行抹胶密封。平时运行中严格定期进行真空严密性试验，并积极开展真空查漏工作，配置真空查漏仪、设定专人紧盯真空严密性查漏处理，保障机组真空严密性试验结果低于100Pa/min。设计基建期可考虑小汽轮机单独配小凝汽器的方案，大机凝汽器与小机凝汽器通过热井水下连接，这样不仅杜绝了小机漏真空对大机的影响，同时小凝汽器也增大了整体凝汽器容积提高了换热效果，有利于汽机效率提升与循泵电耗下降。

4 结论

综合上述各项原因分析与改造建议，可总结出火力发电机组在机组冷端系统设计方面存在极大的潜力可挖。按照600MW级别纯凝机组真空对供电煤耗的普遍影响来计算，每提高1kPa真空，对应机组供电煤耗下降3g/kW·h。也就是说真空如果提高0.2kPa，对应的供电煤耗下降0.6g/kW·h,而600MW以上级别机组的电厂煤耗每下降0.5g/kwh都接近要获得500万元的收益。真空系统的改造与提效无疑是极具经济效益，在系统设计、运行管理方面还可以有很多的改造与优化，这必然是值得技术人员去攻坚克难。

[1]吕四港电厂循环水泵说明书[Z].长沙：长沙水泵厂有限公司，2007.

[2]吕四港电厂凝汽器说明书[Z].哈尔滨：哈尔滨汽轮机厂，2007.

[3]吕四港电厂真空泵说明书[Z].佛山：广东佛山水泵厂，2007.