50MW汽轮机组冷凝系统改造

党银宁（湖南联新能源环保科技股份有限公司 湖南 长沙 410000）

50MW汽轮机组冷凝系统改造

党银宁
（湖南联新能源环保科技股份有限公司 湖南 长沙 410000）

本文对50MW循环流化床抽凝式机组的冷凝系统（如凝汽器、冷却塔、循环水泵等）进行改造，将其冷凝能力增大至60MW，并对改造的经济效益进行分析。通过改造，同期相比汽耗下降0.092 kg/kW·h，煤耗下降8.8 g/kW·h，项目的投资回收期为3.2年，具有较好的推广应用价值。

南屯电厂三期、四期工程机组设计基点为抽汽运行工况，附属辅机也都按抽汽工况设计。但是电厂并没有按设计工况运行，仅在采暖期带有少量热负荷(约20t/h)，其余季节均为纯凝工况运行。南屯电厂机组在额定抽汽工况时汽轮机的排汽量小（118.8t/h），而在纯凝工况时的排汽量大（148.4t/h），导致蒸汽消耗量与煤耗量也随之增大[1]。在纯凝工况时凝汽器、凉水塔的冷却面积偏小，循环水量严重不足且温升大，使得现有凝汽器、循环水泵、凉水塔在纯凝工况运行非常吃力，无法满足夏季满负荷运行的要求。

1 冷凝系统介绍

冷凝系统包括凝汽器、循环水泵、冷却塔等，如图1所示，其中凝汽器和循环水泵属于电厂辅机中的凝汽设备。

图1 开式循环冷却系统

凝汽器的主要任务是凝结汽轮机排汽、形成和维持高度真空、作为热力循环的冷端并回收工质。凝汽器最佳运行是机组经济运行的重要条件。凝汽式汽轮机排汽温度每降低10℃，装置的热效率可增加3.5%，凝汽器压力每降低1kPa，汽轮机功率平均增加0.7～1%[2]。南屯电厂两台机组的凝汽器都是由上海汽轮机有限公司生产（两台机相同），为对分双流程表面式N-3000-5型，冷凝面积是3000m ，冷却水量为7350m /h。

循环水泵为凝汽器提供冷却用水，这种水泵的特点是水量大、扬程低。它是火力发电厂中重要的而且耗电较多的辅机，要求具有较高的可靠性和经济性。当前，国内循环水冷凝系统的小机组一般选取母管制，而大机组大多采用单元制。每一台机配置2台循环水泵和与之相对应的出口控制阀、入口电动碟阀。除1台作备用的循环水泵外，另一台1台循环水泵和机组一起长期运行[3]。南屯电厂两台50MW的机组各配有两台水泵(32SA-19B)，该型水泵的主要设计参数为：流量4700m3/h、扬程20m、转速740rpm、效率85%、轴功率301kW，配用的电机功率与型号分别为355kW与YKK450-8。

发电厂的冷却塔采用逆流布置的方式，以环境中的空气来冷却热水。冷却后的过冷水输入凝汽器中，把已经在蒸汽轮机中做功的乏汽冷凝为液态水，之后再将液态水送回锅炉加热。南屯电厂三、四期工程中，循环水系统的供水系统使用逆流式双曲线自然风冷却塔。每一供水系统都配置一座淋水面积为1500m2的冷却塔。在南屯当地气象条件下，自然风冷却塔不能满足改造后的机组冷却要求，需要更新冷却系统。

2 改造方案

大多的电厂技术改造是从汽轮机入手，主要是改造汽轮机的通流部分，而很少关注辅机的改造，即便是有这方面的改造，也仅改造单个辅机。本文针对汽轮机的冷凝系统进行改造，使其具备60MW的冷凝能力。

通过增加凝汽器的冷凝面积，改善凝汽器的换热环境的改造手段，提高了凝汽器的真空度，降低了凝汽器的背压[5]。按照工程设计，冷却水水温20℃时，南屯电厂现运行的凝汽器背压为6.436kPa。而实际运行中，冷却水水温为26℃，凝汽器背压为8.632Kpa。即凝汽器实际的运行背压偏离了原设计背压。

2.1 凝汽器改造

凝汽器的改造方案选择保留凝汽器壳体，更换芯子，管材同原先凝汽器管材。采用这样的改造方案可以减小施工量，即在凝汽器连接尺寸、外部接口都不动的前提下，更换芯子，加大凝汽器的冷凝面积，改善凝汽器的换热环境。此外，更换全部管板并按新型高效方式布置冷却管，大大增加了冷却水流量；在凝汽器顶部汽流迎面冲击区采用加厚管，中间支撑管板与壳体采用易调整安装位置的支撑杆，并按HEI标准核算跨距；冷却水管全部采用锡黄铜管，冷却管与管板采用胀接连接。

2.2 循环水泵改造

为满足机组纯凝工况冷却水量和节能的需要，必须对循环水泵实施增容和节能优化改造，而且要求泵壳不变电机不动的情况下实施增容改造。为了科学的制定水泵改造方案，对该系统水泵及管道系统进行了全面的改前节能优化诊断测试和设计软件模型模拟。为尽量减少投资，利用原叶轮和蜗壳进行通流部分改造。

对水泵叶轮的叶型进行了技术改造，如增大叶片入口角、扩大水泵轴面通流面积、粗糙叶片出口端非工作面等措施。

2.3 冷却塔改造

电厂三、四期工程循环水系统采用了逆流式双曲线自然通风冷却塔的供水系统，各配置一座淋水面积1500 m2冷却塔。水力喷雾玻璃钢冷却塔有占地面积少，一次性投资省，无淋水填料，施工周期短、运行费用、冷却效率不低的优点[4]。改造方案是保留原有的两台1500m2自然通风冷却塔，在两台冷却塔的偏东侧新建两台新型的“水力喷雾推进”通风冷却塔，冷却能力4000m /h/台。

3 改造后的性能

表1 改造前后汽轮机组的运行参数

凝汽器管材在凝结区采用了HSn70-1A、空冷区采用BFe10-1-1，因循环水中含Cl-较高，运行中已采用了硫酸亚铁镀铜装置处理。经过四年多运行，已证明原凝汽器管子所选用管材是安全可靠的。在凝汽器连接尺寸、外部接口都不动的前提下，更换芯子，冷凝器的冷却面积由3000m²增大至3600m²，此外，在新的管束和管板布置方式改下，凝汽器的热交换环境大为改善，提高凝汽器的真空度，降低了凝汽器的背压。

循环水泵流通部分进行优化设计后，改变了局部关键型线，而水泵壳体及配套电机不变，提高了泵的流量和效率，并使高效区向大流量推移，水泵效率平均提高了11.9%，最高运行效率达86.14%。在对循环水泵改造后，双泵运行时流量可达11372m /h。提供给工业冷却用水1400m /h后，循环水泵的计算循环倍率依然有62.3，完全满足了机组扩容到60MW时需要。水泵完成改后，运行效率最高可达86.14%，在国内处于领先水平。

冷却塔的改造方案极具特色，大幅缩短了施工工期，避免拆除原冷却塔的巨大经济损失，节省了投资成本。改造完成后，每一冷却塔的冷却能力都有12900m

/h循环水，完全满足机组冷凝系统运行需求。

通过对汽轮机组的冷凝系统（包括凝汽器、循环水泵、冷却塔）进行扩容改造，使南屯电厂汽轮机组的冷凝能力大大提高，以下是对冷凝系统改造前后的汽轮机组的运行参数，如表1：

由上表可知，通过对汽轮机组冷凝系统进行改造后，汽轮机的排气压力降低了约43.3%，解决了夏季因真空低影响发电量的瓶颈问题，大大提高了汽轮发电机组的真空度，从而提高了汽轮机的效率。汽轮发电机组的绝对电效率可按下式计算：

式中：D为锅炉的实际负荷，t/h；H0为汽轮机的近汽焓，kJ/kg。

计算得出：改造前汽轮发电机组的绝对电效率为20.8%，改造后为27.4%。由此可见，改造后使汽轮发电机组的绝对电效率提高了约24%。改造方案解决了改造前负荷率过低的状况，使其能够达到满负荷工作，最终能够使机组能够在各种工况下满负荷运。

4 技术经济分析

改造后的项目不仅要求设备利用效率得到显著提高，最重要的是追求经济效益与社会效益的最大化，电厂改造一般投入巨大，对改造方案的评估显得尤为重要。主要工作是针对冷凝系统对改造前后的实际运行情况进行比较。通过改造，机组汽耗、煤耗同期效果对比情况如表2所示：

表2 机组汽耗、煤耗同期效果对比情况

根据表2的数据可知，改造后同期相比汽耗下降0.092kg/kW·h，煤耗下降8.8 g/kW·h。改造后机组可以满负荷50MW运行，则每小时比改造前多发电量1万kW

h，则6～9月份可以增发电量5376万kW h。同时，改造后由于汽耗与煤耗降低，使得每年的水耗下降23万吨。因此，通过冷凝系统改造可使企业获得显著的经济效益。

通过具体计算发现，这一技术改造的投资回收期为3.2年，投资利润率为41.95%，财务净现值2327.02万元。此外，改造后冷凝系统的各项技术指标也都达到行业要求，增强了企业的技术水平。因此，南屯电厂冷凝系统的改造是较为成功的，可以成为国内其它电厂改造的参考。

5 结论

本文对汽轮机冷凝系统（冷凝器、循环水泵、冷却塔）进行技术优化，使50MW机组具备了60MW机组的冷却能力。大幅度提高了机组运行真空，彻底解决了机组在夏季不能满负荷运行的技术难题。同时，该改造方案的投资回收期短，经济效益显著，具有较强的推广应用价值。

[1]兖矿电铝分公司南屯电力分公司，北京全三维动力工程有限公司. 50MW抽凝机组冷凝系统优化技术研究鉴定资料[R]. 济南：煤炭工业部济南设计研究院，2008.

[2]刘桂生. 国产 300MW 汽轮机凝汽器改造及其经济性分析[J]. 热力发电，2006，(7)：52-53.

[3]魏友邻，宁国泉，陆力，等. 南昌发电厂循环水泵增流节能技术改造[J]. 中国电力，2000，33(9)：25-27.

[4]贺华. 一种新型循环冷却水塔—无填料喷雾冷却塔[J]. 化工科技市场，2003，(2):12-13.

[5]Ohbuchi, Masashi.Spray tower for cooling, moistening and purifying gas[J].Ebara Corporation,2001(03).

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1007-6344（2016）06-0103-02