利用汽动给水泵的凝结水降低主机排汽温度的应用与分析

张晓博

(大唐彬长发电有限责任公司， 陕西咸阳 713602)

利用汽动给水泵的凝结水降低主机排汽温度的应用与分析

张晓博

(大唐彬长发电有限责任公司， 陕西咸阳 713602)

对于利用汽动给水泵的凝结水降低主机排汽温度的设备改造进行数据采集及分析，结果表明：改造后的系统可以有效降低机组排汽温度，提高机组安全性，增加经济效益。

直接空冷机组； 凝结水； 排汽温度； 背压

汽轮机作为火力发电厂的核心设备，是能量转化过程中的重要环节。汽轮机的排汽温度将直接影响汽轮机的安全运行和运行效率：排汽温度过高，会使低压缸变形，转子中心偏移，动静部分摩擦可能性增大，振动增大，严重时损坏设备；排汽温度过高还会使汽轮机进汽焓降减小，汽轮机做功效率降低。因此，有效降低汽轮机排汽温度不仅可以保证设备的安全，而且可以提高电厂的经济效益。

笔者以某600 MW直接空冷机组新增利用汽动给水泵的凝结水降低主机排汽温度的实例，分析其新增系统降低排汽温度的效果，供技术人员参考。

1 机组概况及新增系统介绍

某600 MW汽轮发电机组，汽轮机型号为NZK600—24.2/566/566，超临界、单轴、一次中间再热、三缸四排汽、直接空冷凝汽式。空冷凝汽器系统共56个散热单元，散热面积为1 492 718 m2。汽轮机给水系统设计2台50%容量的汽动给水泵和一台30%容量的电动给水泵。汽动给水泵为单缸、单流、单轴、冲动式、纯凝汽式汽轮机。汽动给水泵排汽至凝汽器，其凝结水设计通过汽动给水泵的凝结水泵排向空冷凝汽装置底部。汽动给水泵的循环水系统为闭式循环。

图1为汽动给水泵的凝结水系统。

图1 汽动给水泵的凝结水系统图

改造后汽动给水泵的凝结水全部通过新增管路，即通过阀门1的虚线管路进入主机排汽装置；原汽动给水泵的凝结水管路，即通过阀门2的实线管路作为备用，正常运行中阀门2关闭。汽动给水泵的凝结水流量通过总管上的调节阀进行控制。

因汽动给水泵排汽为循环水冷却，其凝结水温度较主机凝结水低，将汽动给水泵的凝结水以雾化状态喷入主机排汽装置喉部，使其大量吸收主机排汽的余热，起到冷却排汽的作用。尤其在夏季高负荷时，由于受环境温度及风速、风向的影响，主机真空度低，造成排汽压力升高，主机排汽温度与汽动给水泵的凝结水温度差加剧，由此可充分利用此温差降低主机排汽温度和背压，提高机组的效率。

2 数值计算理论模型

直接空冷机组相对湿冷机组有所不同，汽轮机排汽经较为长的管道送至空冷凝汽器内进行凝结，其间有管道的散热和压力损失。因此，空冷机组的排汽背压和凝汽器压力在数值上有较大差别。

空冷机组背压计算：

ps=pc+Δp

(1)

式中：ps为汽轮机背压，kPa；pc为空冷凝汽器内饱和蒸汽压力，kPa；Δp为排汽管道损失，kPa。

空冷凝汽器内饱和蒸汽压力pc可以依据经验公式[1]得出：

(2)

式中：空冷凝汽器内饱和温度tc取空冷凝结水温度。

换热器管束定期由高压水冲洗,其管外污垢热阻数量级很小；管内为蒸汽流动，其污垢热阻数量级也很小，可以忽略。依据以往文献[2]计算Δp可知，排汽管道压损随环境温度升高而降低。笔者主要计算高温环境下的特性参数，所以Δp取0.3 kPa进行计算。

3 优化运行结果及经济性分析

3.1 改造前后不同负荷下背压与排汽温度变化

采集机组在环境温度30 ℃、空冷风机变频器频率为55 Hz时改造前后不同工况下的数据进行分析，结果见表1。

表1 汽动给水泵的凝结水改造前后主机排汽温度及压力数据

由表1可知：利用汽动给水泵的凝结水降低主机排汽温度在低负荷时较高负荷时效果更佳，可达到3 K的温降，而在机组满负荷时，温降也可达1 K；同时，机组的背压与主机排汽温度有着相似的变化趋势。

3.2 相同环境温度下背压与负荷的变化

图2为环境温度30 ℃时，不同负荷下机组背压曲线。

图2 环境温度30 ℃、不同负荷下机组背压曲线

由图2可以看出：改造后机组的背压有了明显的下降，在负荷450 MW时，机组背压由改造前的22.3 kPa降至19.2 kPa，背压下降约3.1 kPa，而在机组满负荷时，背压从27.1 kPa降至26.1 kPa，背压降低1 kPa，由此可以得出随着负荷的逐渐增大，背压下降幅度有所减小，但仍比改造前有明显变化。

利用汽动给水泵的凝结水降低主机排汽温度改造后，依据运行经验，背压每变化1 kPa，机组的负荷将变化600 kW，按每年运行5 700 h计算，可增发电量约3 420 MW[3]。按上网电价0.3元/(kW·h)计算，每年可增创发电效益10.26万元；同时机组背压每降低1 kPa，机组供电煤耗约下降0.98 g/(kW·h)[4]，由此可得出机组每年可节约煤量约4.9万t，节约燃煤费用约112.7万元。

3.3 机组背压与空冷风机电耗的关系

图3为机组负荷550 MW、环境温度15 ℃时空冷风机频率与背压及风机总功率的关系曲线。

图3 空冷风机频率与背压及风机总功率关系曲线

由图3可以看出：环境温度为15 ℃、机组负荷550 MW时，空冷风机频率每增加5 Hz，空冷风机的平均功率增加约197 kW，机组的背压平均下降0.88 kPa。机组背压随着空冷风机频率的升高而逐渐降低，但同时空冷风机能耗随之而增加。由此，机组负荷稳定，在利用汽动给水泵的凝结水降低主机排汽温度后，主机的背压每下降1 kPa，即可降低空冷风机的频率5～7 Hz，减少空冷风机总功率约224 kW，每年可节约厂用电折合费用约38.3万元。

利用汽动给水泵的凝结水降低主机排汽温度改造后一年可以节约151万元。

4 结语

(1) 利用汽动给水泵的凝结水降低主机排汽温度，可使主机排汽温度降低1～3 K，背压降低1～3 kPa，减少机组的冷源损失，相对提高了机组的发电量。

(2) 夏季高温大负荷时段，机组必须留出一定的背压裕量(25 kPa)，必要时限制机组出力，防止气候突变造成背压保护动作跳机。

(3) 机组背压超过25 kPa时，其对应的饱和蒸汽温度为65 ℃以上，凝结水温度高于65 ℃会造成凝结水精处理树脂失效；降低主机排汽温度，可确保凝结水精处理的正常运行，从而保证炉水品质合格。

[1] 石维柱. 直接空冷机组优化运行关键技术研究[D]. 保定: 华北电力大学, 2010.

[2] 周兰欣, 杨靖, 杨祥良. 600 MW直接空冷机组变工况特性的研究[J]. 动力工程, 2007, 27(2): 165-168, 217.

[3] 张艳萍, 张光. 凝汽器真空的影响因素分析及定量计算[J]. 现代电力, 2009, 26(2): 51-54.

[4] 叶学民, 童家麟, 吴杰, 等. 600 MW直接空冷机组冷端夏季优化运行经济性分析[J]. 汽轮机技术, 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

张晓博(1985—)，男，工程师，主要从事电厂运行工作。

E-mail: zxb0501@163.com

TK264.1

A

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