大型火电厂汽轮机辅机系统节能应用

谷啸威++宗绪东

摘 要：近几年来，华电国际系统多个300/600MW级机组大型火电厂，实施了多项深度节能的新技术及改造方案，其中几项为：凉水塔喷溅装置由溅碟式更换为旋转式；凝汽器补水采用真空法；真空泵组采用低电流节能型；轴封溢流改接至#7（8）低加入口；除氧器连续排汽回收；开式水泵冬季运行时采用旁路或电机改双速，实施后节能效果显著，为其他电厂的节能改造提供了参考。

关键词：旋转式；真空补水；节能型；回收；旁路；双速

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.059

0 前言

火电厂是工业能源消耗大户，随着电力行业发电侧形势的变化及国家对节能的重视，并颁布了国家十三五电力能源节能目标，深度挖潜被提上了日程。华电国际所属电厂不但重视汽机系统本体部分节能（大部分都已进行了改造），对辅助的设备及系统的节能改造和挖潜，也非常重视。除了大部分电厂都采用的循环水泵高效改造及电机高低速双速改造、凝结水泵电机加装变频器等，还进行了其他深度节能改造。

1 凉水塔喷溅装置由溅碟式更换为旋转式

凉水塔喷溅装置在机组安装时一般为溅碟式喷溅装置，由于淋水面积偏小，装置上存在重水区、轻水区及无水区，淋水均匀性较差，冷却效果较差，导致冷却塔出水温度偏高。将冷却塔喷溅装置更换为节能型旋转式喷溅装置，应用后平均可降低冷却塔出塔水温1.1～2.8℃，提高了机组运行的经济性。

旋转式喷溅装置工作原理：依靠水流自身压力推动溅碟旋转，旋转速度与射流水速度有关，旋转速度在60～250r/min。每个装置具有自己的转速，互相并不等同，更有利于交叉淋水的均匀性。该装置采用了高耐磨、耐水腐蚀的轻型、密封性好的高分子材料轴承，具有终身免润滑的功能，使用寿命可达十年以上。该装置改变了传统喷溅装置溅水流向的单一状态即线型自由落体运动，完成了既做自由落体运动的同时又作旋转运动的二维过程，喷淋面积大，淋水均匀性好，水滴与空气接触充分，冷却效果好。进行冷却塔旋转喷溅装置实施后，按出塔水温降低1℃计算，对300MW机组而言，煤耗率降低约0.96g/（kW·h）。

2 凝汽器补水采用真空法

机组运行时凝结水会有一定的损耗，会反映在凝汽器水位的下降，一般都是采用从凝结水箱通过凝补泵来对凝汽器进行补水和备用，此方法凝补泵一直处于运行状态，会导致厂用电率的增加。

在凝补泵入口母管上加装旁路管及旁路门，接至除盐水出口母管上，机组运行时凝补泵停运，凝汽器需补水时，利用旁路来自动补水。工作原理就是通过除盐水箱水位至凝汽器汽侧负压之间的压差，将补水吸入凝汽器内，此法称为真空补水法。在改造前，要论证凝结水箱的运行水位与出口母管接入点标高差值，是否有足够的余量克服系统阻力并有一定的富裕量。比如300MW机组一台凝补泵电机功率一般为30KW，改造后，按照年75%运行时间计算，年可节电19.71万kw.h。

3 真空泵组加装低电流节能型

当前大型火力发电厂每台机组大都设计2-3台水环式真空泵组，采用降低工作水温度的方法，可进一步提高凝汽器真空，提高机组运行的经济性，但实践证明，不适用于所有的机组，整体节能效果并不非常明显；且机组正常运行时，也不管机组真空严密性如何，都采用设计一至两台真空泵连续运行的方式。300MW机组单台真空泵电机功率一般为160MW，运行时抽空气裕量较大。加装一套由罗茨风机+小容量真空泵串联的节能型高效真空泵组，电机功率分别为：罗茨风机电机功率18.5KW，小容量真空泵电机功率7.5KW，高效真空泵组电机功率合计26KW，运行后真空泵组能降低耗电率83%左右，节能效果非常明显。

工作原理：由罗茨泵抽取凝汽器空气和蒸汽混合物后，进入管式换热器冷却，剩余空气由水环式真空泵抽出。因高效真空泵系统极限真空<400Pa，能够保证凝汽器极限真空需要。罗茨泵出口压力达到12kPa，对应的饱和水温度为50℃，可以避免小容量水环式真空泵汽蚀。

高效真空泵组抽空气量约为原真空泵组的90%左右，能满足在凝汽器真空严密性合格情况下抽空气的需求，一台高效真空泵组运行即能满足单台机组对真空经济性的要求。原设计水环式真空泵作为机组启动时快速抽真空及正常运行时的备用。

4 轴封溢流疏水改接至#7（8）低加入口

各大型火电厂汽轮机轴封母管都或多或少存在不同程度的溢流，除改造轴封减少漏汽量外，原设计一般都是将溢流蒸汽至凝汽器，增加了凝汽器热负荷，还导致高参数工质的浪费。将轴封溢流的蒸汽接至#7（8）低加入口蒸汽管道（根据#7、8低加进汽参数，原则上为参数接近），可提高热力系统的熱效率，平均可降低煤耗率约0.2g/（kW·h）。

5 除氧器连续排汽回收

为了排除凝结水中的不凝结气体，除氧器都设有连续排汽，这必然会造成工质和热量浪费。可在除氧器排大气门前加装管道、阀门，将除氧器排汽引至轴加汽侧（轴加疏水管径要进行核算，根据疏水量更换合适管径的管道），正常运行中关闭除氧器排大气门，开启除氧器排汽至轴加门，不凝结气体被轴加风机抽走，改造方案详见图，此方案改造后平均可降低煤耗率约0.12g/（kW·h）。

6 开式冷却水泵冬季运行时采用旁路或电机改双速

在华中以及北方地区，开式冷却水的大用户如大、小机冷油器及发电机氢（空）冷器，在冬季运行期间，其调阀开度一般在5—20%，节流现象非常严重，节流损失较大，因开式水泵电机功率较大，以300MW机组为例，电机功率为180KW，能耗损失较大。

有两种改造方案：一：在开式泵入口母管上加装旁路门及旁路管，接至开式水泵出口母管上，为增加系统压差，保证开式冷却水的流量，将开式水回水管路接至吸水井或循环水前池。在冬季机组运行时，停运开式水泵，开式冷却水采用旁路系统运行。二：将一台开式冷却水泵的电机改为高低双速电机，冬季改为一台低速开式水泵或并联组合运行的方式。此两种方法在改造前，都应当对改造后的开式水压力是否满足发电机氢（空）冷器扬程需求进行论证。

两种方案改造实施后，都能起到非常明显的节能效果。

7 结束语

上述汽轮机辅助系统节能技术及改造方案，均在华电国际多个电厂实施并应用，从运行情况来看，对提高机组经济性及降低厂用电率方面，均达到了预期节能效果。

参考文献：

[1]孔珑.工程流体力学（第四版）[M].中国电力出版社.

[2]东北电力集团公司.电力工程师手册（动力卷）[S].2001.

作者简介：谷啸威（1972-），男，工程硕士，生技部汽机点检长，主要从事火电（核电）汽轮机系统设备安全生产及节能技术与管理等。