外置蒸汽冷却器在某1000 MW超超临界机组的应用

左　帅，李　伟

（1. 国家电投协鑫滨海发电有限公司，江苏滨海224500；2. 华能玉环电厂，浙江玉环317604）



外置蒸汽冷却器在某1000 MW超超临界机组的应用

左帅1，李伟2

（1. 国家电投协鑫滨海发电有限公司，江苏滨海224500；2. 华能玉环电厂，浙江玉环317604）

摘要：介绍了某电厂1000 MW机组外置蒸汽冷却器的改造情况。对外置蒸汽冷却器投运前后高压加热器系统的相关运行参数进行了分析，并从经济性方面提出了看法，通过分析可知，投运外置蒸汽冷却器可以引起机组不同能量品位抽汽之间的排挤，提高整个系统的热循环效率和机组的出力裕量，并能降低3号高压加热器换热温差引起的不可逆的热量损失，具有明显的经济效益。

关键词：超超临界机组；外置蒸汽冷却器；应用；经济性

1000 MW超超临界机组的运行参数很高，节能降耗效果明显，已经成为火电机组发展的方向［ 1 ］。随着对超超临界机组运行安全性和经济性要求的不断提高，国内外大型机组高压加热器（下文简称高加）蒸汽冷却器呈现由内置向外置发展的趋势，使用外置蒸汽冷却器是充分利用抽汽过热度、提高系统经济性的有效手段。

某电厂3号机组锅炉是由哈尔滨锅炉有限责任公司引进日本三菱重工业株式会社技术制造的超超临界变压运行直流锅炉，型号为 HG-2953/27.46-YM1，汽轮机是由上海汽轮机有限公司引进德国西门子技术生产的超超临界汽轮发电机组，型号为N1000-26.25/600/600，给水系统设计有2×3台全容量、卧式、双流程高加［ 2 ］，其中3号高加抽汽来自汽轮机中压缸的第一级抽汽，额定工况下抽汽温度达465℃，而该抽汽压力对应的饱和温度较低，仅为216℃，蒸汽过热度约250 ℃，造成3号高加换热温差很大，换热过程不可逆的热量损失较大［ 3 ］。某电厂3号机组于2014年底进行了外置蒸汽冷却器系统改造，对该机组外置蒸汽冷却器系统的改造及应用情况进行分析，可为超超临界机组外置蒸汽冷却器系统设计、改造及运行提供良好的借鉴作用。

1　外置蒸汽冷却器改造情况

1.1系统布置及流程介绍

某电厂外置蒸汽冷却器改造后，在3号机组汽机房零米层增加一个外置蒸汽冷却器，高过热度的汽轮机3号抽汽进入外置蒸汽冷却器管侧，1号高加的部分疏水进入外置蒸汽冷却器的壳侧。外置蒸汽冷却器壳侧疏水被加热后产生的饱和蒸汽再引回到1号高加进汽管道，管侧3号抽汽被冷却后成为低过热度的蒸汽再供给3号高加，如图1所示。

图1　某电厂外置蒸汽冷却器系统布置示意图

1.2外置蒸汽冷却器技术规范

某电厂外置蒸汽冷却器由哈尔滨锅炉厂制造，型号为ZF-720，型式为U形管、双流程、卧式，加热蒸汽入口与被加热蒸汽出口设计端差为164.5 ℃，加热蒸汽出口与被加热疏水入口设计端差为15 ℃。该外置蒸汽冷却器的主要技术规范如表1所示。

表1　某电厂外置蒸汽冷却器主要技术规范

2　应用分析

2.1外置蒸汽冷却器运行画面

某电厂3号机组满负荷运行时，外置蒸汽冷却器系统运行画面如图2所示。

图2　某电厂3号机组外置蒸汽冷却器系统运行画面

2.2外置蒸汽冷却器运行参数分析

某电厂3号机组外置蒸汽冷却器投运前后，高加系统相关运行参数发生了明显的变化，表2为外置蒸汽冷却器未投运时高加系统参数，表3为外置蒸汽冷却器投运时高加系统参数。

表2　外置蒸汽冷却器未投运时高加系统参数

由表2、表3可见，机组负荷500～1000 MW之间，外置蒸汽冷却器投运前后，1号高加的温升变化较小，在±1 ℃以内，2号高加的温升变化较大，上升2.7～6.5 ℃，3号高加的温升变化也较大，下降2.6～5.5 ℃，不同高加温升变化的综合影响是：1号高加出口温度，即省煤器入口的给水温度，在外置蒸汽冷却器投运前后，变化较小，在±1 ℃以内。

另外，外置蒸汽冷却器投运前后，1号高加正常疏水调门开度明显关小，关小幅度为6%～10%开度，而2、3号高加正常疏水调门开度变化较小，变化幅度一般不超过2%开度。

表3　外置蒸汽冷却器投运时高加系统参数

根据外置蒸汽冷却器投运前后，1、2、3号高加正常疏水调门开度的变化情况，结合1、2、3号高加温升的变化情况和1、2号高加进水温度的变化方向，可知：机组负荷一定时，外置蒸汽冷却器投运后，1号高加抽汽量减少，2号高加抽汽量增加，3号高加抽汽量基本不变。

3　经济性分析

3.1抽汽排挤效应

在抽汽级数相同的情况下，抽汽参数对热力系统热循环效率有明显的影响，抽汽参数的安排应当是：高品位（高焓、低熵）处的蒸汽少抽，而低品位（低焓、高熵）处的蒸汽尽可能多抽［ 4 ］。某电厂3号机组1号高加抽汽压力、抽汽温度均较高，3号高加抽汽温度较高，均为高品位蒸汽，应当尽量少抽一些；而用于2号高加的抽汽从高压缸的排汽引出，蒸汽过热度较低，属于低品位蒸汽，换热过程不可逆损失较小，应当尽量多抽一些。由于机组负荷一定时，外置蒸汽冷却器投运后，1号高加抽汽量减少，2号高加抽汽量增加，3号高加抽汽量基本不变，这种不同能量品位抽汽之间的排挤效应有利于整个系统热循环效率的提高。

3.23号高加换热温差减小

对回热抽汽系统中加热器的性能要求，可以归结为尽可能地缩小加热器抽汽温度与出口水温之间的温差［ 5 ］。由表2、表3可见，某电厂3号机组外置蒸汽冷却器投运后，机组负荷500～1000 MW之间，3号高加抽汽经过外置蒸汽冷却器换热后，温度下降了163.2～202.8℃，蒸汽过热度大幅下降，3号高加换热温差明显减小，所以，温差导致的3号高加换热过程不可逆的热量损失降低，可以有效降低热耗。

3.3理论计算

外置蒸汽冷却器投运前后，高加系统相关运行参数发生了明显的变化，可以采用PEPSE软件进行计算，获得经济性指标的定量分析结果，表4即为外置蒸汽冷却器用于加热1号高加疏水时的经济性指标，其中，标煤价按850元/t计算。

表4　外置蒸汽冷却器用于加热1号高加疏水时的经济性指标

由表4可知，当外置蒸汽冷却器用于加热1号高加疏水时，可以充分利用机组3号高加抽汽的过热度，能够有效降低汽机不同工况下的热耗值，年节约成本约125万元。另外，外置蒸汽冷却器投运后，不同能量品位抽汽之间的排挤效应可以提高机组的出力裕量，采用PEPSE软件进行计算，机组出力可提高2.8 MW。

4　运行注意事项

（1）外置蒸汽冷却器正常运行时，必须密切监视外置蒸汽冷却器的水位变化，防止高水位或低水位运行。若水位自动调节失灵，应切手动调节，结合1A、1B高加水位控制情况查找原因，并通知热工处理。

（2）外置蒸汽冷却器运行期间的各参数应与设计工况的各参数相一致，避免超压、超温、超负荷运行。远方加强监视外置蒸汽冷却器管侧蒸汽压力、温度和壳侧疏水及产汽温度等正常，与机组负荷相适应；尤其重点监视外置蒸汽冷却器管侧出口水平段上、下蒸汽温度，发现二者温差明显扩大或温度明显下降，外置蒸汽冷却器换热管可能有泄漏。

（3）就地定期检查外置蒸汽冷却器及其蒸汽、疏水、排污管道无泄漏、无振动、无水冲击、无异常响声等现象。

（4）机组负荷变动期间，注意外置蒸汽冷却器水位及其进水调节门开度的变化，必要时切手动调节，确保外置蒸汽冷却器及1A、1B高加水位稳定。

（5）注意核对机组负荷与外置蒸汽冷却器进水调节门开度的关系，若进水调节门有不正常开度增大时，外置蒸汽冷却器换热管可能有泄漏，或壳侧连续排污管道的节流孔板故障致使排污量过大，或1A、1B高加运行不正常，须结合相关参数变化情况作进一步分析处理。

（6）若外置蒸汽冷却器水位达到保护值，应检查保护动作情况，分析水位波动原因，及时进行处理，同时注意监视外置蒸汽冷却器解列后机组高加是否运行正常。

5　结束语

某电厂3号机组进行了外置蒸汽冷却器系统改造后，机组运行工况稳定，省煤器入口的给水温度在改造前后基本不变；高加系统相关运行参数发生了明显的有利变化，造成1号高加抽汽量减少，2号高加抽汽量增加，3号高加抽汽量基本不变，这种不同能量品位抽汽之间的排挤效应有利于提高整个系统热循环效率和机组出力裕量。另外，3号高加抽汽经过外置蒸汽冷却器换热后，蒸汽过热度大幅下降，3号高加换热温差明显减小，温差导致的换热过程不可逆的热量损失降低，可以有效降低热耗。某电厂3号机组外置蒸汽冷却器系统的成功应用，可以为超超临界机组外置蒸汽冷却器系统设计、改造以及运行提供良好的借鉴作用。

参考文献：

［1］ 左 帅，张 峰，周 波. 1000 MW超超临界锅炉机组冷态启动时水冷壁超温的探讨［J］. 中国电力，2011，44（5）：60-64.

［2］ 左 帅. 1000 MW超超临界机组水汽质量劣化原因分析及处理［J］. 浙江电力，2014（12）：49-52.

［3］ 杨世铭，陶文铨. 传热学［M］. 北京：高等教育出版社，1998：135-166.

［4］ 华东六省一市电机工程学会.汽轮机设备及其系统［M］. 北京：中国电力出版社，1999：118-120.

［5］ 宋 飞，刘 锋，赵广森，等. 某电厂高压加热器换热管开裂泄漏原因分析［J］. 中国电力，2014，47（5）：20-24.

左帅（1982），男，江苏阜宁人，工程师，从事火电机组汽机运行技术管理工作；

李伟（1984），男，河北保定人，工程师，从事火电机组集控运行管理工作。

Application of External Steam Cooler in a 1000 MW Ultra-supercritical Unit

ZUO Shuai1， LI Wei2
（1. SPIC & GCL Binhai Electric Power Generation Co. Ltd.， Binhai 224500， China；2. HPI Yuhuan Power Plant， Yuhuan 317604， China）

Abstract：This paper presented the retrofitting of external steam cooler in a 1000 MW ultra supercritical unit. The operating parameters of high-pressure heater system， before and after operating the external steam cooler， were analyzed. The result indicated that the external steam cooler can cause the bled steam at different level exclusion， which can increase the thermal cycle efficiency of the whole system and the power margin of the unit， and reduce reversible energy loss caused by heat transfer temperature difference of No.3 high-pressure heater， thus had economic benefits obviously.

Key words：ultra-supercritical unit； external steam cooler； application； economy

中图分类号：TK223

文献标志码：B

文章编号：1009-0665（2016）03-0084-03

作者简介：

收稿日期：2015 -12-21；修回日期：2016-02-16