超临界650 MW机组汽机热力系统优化实例分析

薛 旻

（华润电力（常熟）有限公司，江苏常熟 215536）

0 概述

华润电力（常熟）有限公司一台超临界650 MW汽轮发电机组，配套东方汽轮机厂引进日立技术生产制造的超临界压力、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、纯凝汽式汽轮机，汽轮机型号CLN650－24.2/538/566，最大连续出力660 MW，额定出力650 MW。

该机组于2005年投产，受当时设计水平和制造加工工艺的限制，加上多年运行后系统较多阀门出现泄漏的影响，机组在安全性和经济性方面较同类型机组有着较大的差距。为了提高机组安全、经济性，节能降耗，在机组检修中对汽机热力系统进行优化改造，取得了良好的效果。

1 改造前存在的问题

该机组为国内早期650 MW超临界机组，设计上存在不足，投产多年后，发现机组存在热耗偏高，系统复杂，冗余设计过多等问题。

（1）汽轮机热力系统设计上存在较多的冗余，系统复杂，甚至还存在机组投产以来从未使用过的系统和设备，不仅增加了系统的复杂性，还增加了系统的内漏因素。

（2）机组疏水系统阀门内漏严重，大量优质工质直接漏至凝汽器，不仅增加凝汽器的热负荷，影响凝汽器真空，还影响机组运行的安全性。每年更换及维护疏水系统阀门的费用高达100多万元人民币。

（3）7/8号低压加热器疏水不畅，导致大量高品质工质通过紧急疏水直接排至凝汽器疏扩，造成极大的热量损失。

（4）部分热备用疏水管路设计不合理，采用疏水管路加装节流孔板连续疏水的热备用方式，导致大量优质工质直接排放，产生较大的能量损失。

（5）部分高压阀门受当时制造工艺限制，有多路漏汽管道，造成优质工质损失，以目前的制造工艺完全可以取消高压阀门漏汽管路，提高机组经济性。

2 优化改造思路

（1）合理利用优质工质。尽可能回收利用优质工质的有效能，减少工质损失，是从系统设计上提高能量利用率、进而提高机组经济性的有效途径。

（2）简化热力系统。对热力系统的简化是从系统的设计上降低不必要的能量损失，提高机组经济性的有效途径。系统简化后还能降低系统维护工作量及维护费用，减少运行操作量，提高设备可靠性和安全性。

（3）减少阀门泄漏。由于疏水阀门前、后差压大，经过机组几次启、停后，阀门出现不同程度的内漏。由于高压疏水压差更大，更容易冲刷阀门造成泄漏，且泄漏后对经济性的影响也更大，应重点采取措施治理。

通过采用加装手动门、采用组合型自动疏水器等方式，可有效降低阀门泄漏的危害，降低泄漏损失。加装手动门后，可在疏水阀泄漏的情况下及时关闭手动门以减少机组运行中的泄漏损失。

3 优化改造实例分析

通过分析热力系统存在的问题，在保证机组运行安全性的基础上，经过对原有系统的梳理，制定了热力系统的优化方案，在机组检修期间实施了热力系统的优化改造。

3.1 合并相同压力等级的疏水

如图1所示，将低旁前管道疏水合并后取消阀门，在疏水阀前接入再热蒸汽左支管疏水。通过对比可以看出，原疏水系统设计复杂，繁多的作用相同的阀门容易造成较多的泄漏隐患。根据估算，此处泄漏量可达到0.5 t/h，可造成热耗率提高2 kJ（/kW·h），同时增加了阀门的检修和维护成本。优化后在满足机组疏水要求的前提下，简化了系统，减少了泄漏点。对中联门前疏水、高排管道疏水、抽汽管道疏水等处实施类似的改造，减少了阀门内漏造成的工质浪费。

3.2 取消抽汽管道门间疏水及抽汽管道排汽门

图1 再热蒸汽管道疏水优化改造前后

原抽汽管道布置为抽汽止回阀加抽汽电动阀的结构，并在止回阀前、电动阀后以及两个阀门中间管道上设置疏水管，在抽汽管道最高点布置排汽门。通过分析认为，两个阀门中间的管道较短，无设置疏水点的必要，管道最高点排气门操作不便且无实际用处，可以取消，以减少阀门泄漏隐患。在机组检修中，对汽轮机的一段、二段、三段、四段、五段、六段抽汽实施了此项改造。

3.3 高排通风阀（VV阀）系统的优化（图2）

原系统中高压缸排汽通风采用VV阀，该阀门形式复杂，漏汽严重，造成大量优质工质及高品位能源的浪费。利用等效热降法对该机组进行分析，发现以1 t/h的泄漏量来估算，可造成热耗率增大约3.5 kJ/(kW·h)。且由于排汽通风阀管道设计不合理，该机组曾发生过因排汽通风阀（VV阀）误开而导致凝汽器换热管吹损而被迫停机的重大安全事故。

改造后，在满足机组运行要求的前提下，加装电动门，更换新型排汽通风阀，取消门杆漏汽，同时取消排地沟的疏水管路，减少了泄漏点。另外，将排汽通风阀的排汽管道接口从高压侧凝汽器移位至高压侧凝汽器疏扩，优化设计多措并举，提高了系统的经济性和安全性。

图2 高排通风阀（VV阀）系优化进改造前后

3.47 /8号低加逐级疏水优化布置

改造前，机组存在7/8号低加疏水不畅的问题，为保证系统安全性，长期打开7/8号低加事故疏水，未经充分换热的疏水直接排至凝汽器，造成了热量的浪费。通过对现场的查看与分析，制定了增加7/8号低加正常疏水旁路管的改造方案。7号低加现场采用最短管路、最少弯头的方案加装旁路管；8号低加，采用将8号低加正常疏水管改接至凝汽器内部（原仅接至凝汽器管壁），同时加装正常疏水旁路管道并接至凝汽器底部放水手动门前，既解决了疏水不畅问题，又做到尽量回收热量。

根据等效热降原理，改造后8号低加正常疏水不再与凝汽器汽侧直接接触，热量完全被热井内凝结水带走，排挤抽汽，使机组做工增大，热耗相应降低。以机组THA工况下216.492 t/h的疏水流量计算，理论上机组热耗降低10 kJ（/kW·h）。

3.5 加热器危急疏水优化

受限于系统的运行方式，加热器危机疏水手动门在机组运行时保持常开状态，故疏水气动门一旦关闭不严就会造成大量的能源流失，其流量约 15 t/h，可造成热耗率升高 7.5 kJ（/kW·h）。

优化方案是将危急疏水阀前手动隔离门改为电动隔离门，同时气动门控制改为全开全关控制，机组运行时两道阀门都处于关闭状态，大大提高了危急疏水管路的严密程度，一旦加热器水位出现高液位，阀门立即全开，快速排水。

3.6 优化轴封系统及疏水方式

原设计为保证轴封系统的安全可靠性，机组轴封系统共有3路汽源，分别是主汽供轴封、冷再供轴封以及辅汽供轴封，但在实际运行中，由于机组辅汽系统运行稳定（与邻机辅汽联箱相通），完全可以满足机组安全运行的要求。运行中发现，主蒸汽因阀门泄漏进入轴封母管，造成高品质能量损失。以1 t/h的泄漏量估算，造成热耗增加7.7 kJ（/kW·h）。因此，在热力系统优化改造时取消了冷再供轴封和主汽供轴封管路，同时取消辅汽供轴封的减温水，简化系统，优化设计,避免因泄漏造成大量高品质工质的浪费，提高了经济性。

原轴封系统采用节流孔板连续疏水至凝汽器的疏水方式，虽然可靠，但浪费了大量高品质工质。改造后（图3），疏水方式改为U形水封疏水，设置一定高度的U形管，当疏水量偏大时，通过U形管溢出，无需长期疏水，减少了工质的浪费。

图3 轴封系统疏水改造前后

4 优化改造效果

（1）性能试验结果。以550 MW工况作为评价机组性能的基准工况。改造前试验热耗率为8164.6 kJ（/kW·h），修正至额定参数下热耗率为7902.7 kJ（/kW·h）；改造后试验热耗率为7723.9 kJ（/kW·h），修正至额定参数下热耗率为 7847.8 kJ/（kW·h），改造后热耗率下降 54.9 kJ（/kW·h）。

（2）热力系统泄漏。改造前550 MW工况系统不明漏量10.62 t/h，不明泄漏率0.56%。改造后550 MW工况系统不明漏量6.01 t/h，，不明泄漏率为0.32%。改造后不明泄漏情况有较大改善。

华润电力（常熟）有限公司对机组热力系统进行的优化改造，不仅消除了长期影响机组运行的安全隐患，同时降低了机组的发电热耗率，达到了节能减排的效果。