电站凝汽器改造性能分析与评价

陈义森

（国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250002）

电站凝汽器改造性能分析与评价

陈义森

（国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250002）

介绍145MW机组凝汽器改造的原因、技术方案和性能指标。为验证改造效果，在改造前后分别进行了凝汽器性能试验，根据测试和计算结果对凝汽器压力、端差、水阻、凝结水过冷度等重要指标在相近条件下进行了对比分析，结果均达到性能保证值。对凝汽器改造后的换热性能、经济性、可靠性以及影响凝汽器的因素进行了分析评价，提出了进一步提高凝汽器运行性能的建议，供同类型机组凝汽器改造借鉴。

凝汽器；改造；分析评价

0 引言

某145 MW机组自投产以来就存在凝汽器压力高（真空偏低）问题，导致机组带负荷能力降低，热耗偏高，夏季尤为明显。造成机组真空偏低的原因有如下几方面：凝汽器实际运行热负荷偏大，在机组140 MW纯凝工况下，凝汽器运行热负荷超出凝汽器设计热负荷约16%～17%；凝汽器端差比设计端差分别高0.6～1.2℃以上（140～145 MW纯凝工况）；凝汽器压力比设计值高0.6 kPa以上（140 MW纯凝工况）；另外还有凝汽器堵管数较多，凝汽器换热能力下降过快等。为解决机组上述问题，提高机组经济性，经多方考察和论证，决定对凝汽器进行改造。为验证改造效果，改造前、后分别进行了凝汽器性能试验，根据性能试验测试和计算结果，对凝汽器重要指标进行对比分析，并对改造后凝汽器的运行和维护提出指导性意见。

1 改造方案

针对该凝汽器的实际运行热负荷高的特点，增加冷却面积，重新优化设计凝汽器的内部结构、更换冷却管为TP304不锈钢管（原为铜管）和凝汽器内部有关部件，采用高效的内部抽汽装置的逆流换热设计和抽汽口的合理布置，对水室进行改造，以克服原设计前水室偏大和后水室偏小的不合理造成布水不均和水阻高的问题。改变中间支撑隔板间距，在管束排布、汽侧通过适当的挡汽板及及挡水板等附件设置充分考虑组织蒸汽流动，使达到管束热负荷均匀，提高凝汽器传热系数，保持小的凝汽器端差；同时保证有少量蒸汽直达热井凝结水表面加热凝结水，保持凝汽器良好高效的传热和除氧效果，保持较小的凝汽器端差和凝结水过冷度。

凝汽器型式为单背压、双流程、单壳体、表面式，改造前后凝汽器主要技术规范见表1。

表1 凝汽器主要设计技术规范

改造后凝汽器主要性能指标。机组纯凝135MW工况下，凝汽器循环水入口温度20/33℃，循环水量17 900 t/h，凝汽器的最低背压值不大于4.9/10.02kPa。在设计条件下水侧阻力小于48 kPa。凝汽器传热端差小于4℃。凝结水过冷度小于0.5℃。

2 改造前后性能试验结果比较

2.1 试验条件

凝汽器改造前性能试验时，机组负荷为120MW，真空下降率为0.256 kPa/min，机组真空严密性合格；凝汽器改造后性能试验时，机组负荷为135 MW，真空下降率为0.163 kPa/min，机组真空严密性合格。

在进行凝汽器改造前、改造后试验时，循环水泵、射水抽气器的运行方式相同，均为A射水抽气器、B循环水泵高速运行模式；凝汽器冷却水进、出口门蝶阀开度均为100%。

2.2 凝汽器传热端差及压力

凝汽器改造前、后性能试验时，冷却水进口温度和冷却水流量均不同，为便于对凝汽器改造前、后性能进行比较，在计算过程中，将改造前、后性能试验计算结果均在相同的冷却水流量和进口温度下进行了修正。凝汽器改造前、后凝汽器端差及压力变化见表2、表3（因篇幅所限，没有列出25℃、30℃凝汽器入口循环水温度的修正数据）、图1、图2。

表2 在冷却水进口温度20℃条件下凝汽器改造前、后性能试验结果比较

表3 在冷却水进口温度33℃条件下凝汽器改造前、后性能试验结果比较

图1 凝汽器压力与机组负荷、冷却水温度间关系

图2 凝汽器端差与机组负荷、冷却水温度间关系

由表2、表3及图1、图2可以看出，改造后凝汽器端差和凝汽器压力下降幅度较大，端差小于2.4℃，达到小于4℃保证值；135 MW工况下的压力分别下降0.618 kPa、1.066 kPa。135 MW工况下的试验结果修正到设计冷却水流量17 900 t/h、进口冷却水温度20℃条件下，凝汽器压力为4.562 kPa，达到并优于设计保证值（4.90 kPa）；135 MW工况下的试验结果修正到设计冷却水流量17 900 t/h、进口冷却水温度33℃条件下，凝汽器压力为9.034 kPa，达到并优于设计保证值（10.02 kPa）。

在冷却水进口温度和冷却水流量相同的条件下，随着机组负荷升高，凝汽器改造后性能提高幅度逐渐增大；相同机组负荷条件下，随着凝汽器进口冷却水温度的升高，凝汽器改造后性能提高幅度也逐渐增大，机组在夏季高负荷运行时的性能有更为显著的提高。

在凝汽器进口冷却水温度和流量相同的条件下，随着机组负荷的升高，凝汽器压力和传热端差改造后的变化趋势相对于改造前变缓，主要原因是改造后的凝汽器换热面积显著增大，具备容纳更多热负荷的能力，其换热性能较改造前更加稳定。

2.3 凝汽器水阻及过冷度

将试验水阻修正到设计冷却水流量（17900t/h）时，凝汽器A侧水阻为58.748kPa，B侧水阻为55.906 kPa，凝汽器两侧水阻均超过设计保证值（48 kPa），主要原因是改造后凝汽器通流面积减小。

在不同负荷下，凝结水过冷度最大为0.349℃，达到小于0.5℃的设计值。

3 凝汽器改造后的技术经济效益

由凝汽器压力对热耗率的修正关系和供电煤耗率与汽轮机热耗率的关系，经计算得到凝汽器改造前后供电煤耗率变化数值，冷却水流量17 900 t/h，入口冷却水温度20℃供电煤耗率变化如表4所示，冷却水流量17 900 t/h，入口冷却水温度33℃供电煤耗率变化如表5所示。

由表4、表5的结果看出：凝汽器改造后，随着机组负荷的增加和循环水温度的升高，凝汽器改造所得到的效益越高。在锅炉热效率和管道效率一定的情况下，凝汽器压力在4.0～4.9 kPa的变化范围内，凝汽器压力降低1kPa，机组供电煤耗降低约2.001g/kWh；凝汽器压力在4.9～10 kPa的变化范围内，凝汽器压力降低1 kPa，机组供电煤耗降低约3.127 g/kWh。

表4 凝汽器改造前、后供电煤耗率变化数值

表5 凝汽器改造前、后供电煤耗率变化数值

4 改造分析和评价

4.1 换热性能分析

凝汽器改造后，换热管由铜管更换为不锈钢管，主凝结区冷却管规格由D25mm×1mm变为D18mm× 0.5 mm，换热面积由7 600 m2增大为9 500 m2，通流面积由2.551 m2减少为2.422 m2。不锈钢管相对于铜管导热系数低，但因壁厚变薄可以降低部分热阻，如果凝汽器冷却水流量不变，通流面积的减小使冷却水在管你的流速升高，又提高了管内对流换热系数，再考虑不锈钢管表面清洁系数高和管束排列方式优化等因素，后四项可能抵消不锈钢导热系数低对传热性能的影响，表2、表3和图2都说明凝汽器改造后传热端明显差降低，凝汽器改造后的整体换热性能提高。

4.2 可靠性分析

该机组投产时间不到10年，堵管数已较多，这主要是铜管容易发生泄漏造成的。不锈钢管具有优良的耐腐蚀性、耐高速水流的冲刷性和抗气蚀性，将很大程度地提高冷却管的寿命，从而相应提高凝汽器的寿命；不锈钢管安装工艺手段大大降低了凝汽器泄漏的可能性，凝汽器的无泄漏、［6］CHEN Y，BOSE A.Security analysis for voltage problems using a reduced model［J］.IEEE Trans on Power System，1990，5（3）：933-940.

［7］薛禹胜，徐泰山，刘兵，等.暂态电压稳定性及电压跌落可接受性［J］.电力系统自动化，1999，23（14）：4-8.

［8］杨冬，刘玉田，牛新生.分区电网限流运行方式的综合决策方法［J］.电力系统自动化，2010，34（12）：34-38.

Performance Analysis and Evaluation for Power Plant Condenser after Reconstruction

CHEN Yisen
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250002，China）

The reconstruction reason，technical scheme and performance indicators of 145 MW unit condenser are introduced in detail.Condenser performance tests before and afte r reconstruction are conducted in order to verify the effect of the reconstruction.Under similar conditions，comparative analysis of various important indicators，such as condenser pressure，terminal temperature difference，water resista nce，the condensate supercooling degree are provided both for the test results and for calculation.Test results show that all guaranteed values have been achieved.Analysis and evaluation are also given on the condenser heat exchange performance，economic efficiency，reliability and the influencing factors of condenser.Suggestions for further improvement concerning condenser operation performance are put forward for reference of the reconstruction of condenser for the same type unit.

TK264.1+1

B

1007－9904（2015）02－0069－03

2014-07-20

王超（1981），男，高级工程师，从事电网调度运行、电网规划等工作；

崔力勃（1969），男，工程师，从事电网规划、负荷预测、业扩报装、电网运行等工作；

袁森（1978），男，高级工程师，从事调度计划、负荷预测、调度运行等工作；

张菁（1982），女，从事负荷预测、企业管理等工作；

程涛（1981），男，工程师，从事负荷预测，电网规划等工作。