330 MW亚临界供热机组冷端优化研究

韩 涛，徐亚涛，王顺森

（1.神华国华（北京）电力研究院有限公司,北京 100025;2.西安交通大学,陕西 西安 710049）

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330 MW亚临界供热机组冷端优化研究

韩 涛1，徐亚涛1，王顺森2

（1.神华国华（北京）电力研究院有限公司,北京 100025;2.西安交通大学,陕西 西安 710049）

针对某330 MW亚临界供热机组冷端运行真空度差的问题，采用自主开发的电厂热力系统模块化集成优化软件对机组热力系统进行模拟，分析了循环水泵单转速改双转速、增大凝汽器换热面积、抽真空系统优化等冷端优化方案的节能效果。研究结果对同类型机组的节能改造具有一定借鉴和指导意义。

供热机组；冷端；节能；凝汽器；循环水泵

0 引言

火电机组汽轮机冷端系统由凝汽器、凝结水泵、循环水系统、抽真空系统等设备组成[1]。由于系统复杂，汽轮机冷端系统普遍存在凝汽器设计不合理、循环水泵运行效率低、抽气设备出力不足等问题[2－3]，导致冷端系统运行性能达不到设计值，严重影响机组热经济性。凝汽器真空偏离最佳真空后，背压每升高1 kPa，机组热耗率增加1%，供电标煤耗相应增加约3 g/（kW·h）[4－5]。

本文结合当前火电机组汽轮机冷端优化节能降耗先进技术[6-9]，以某330 MW亚临界供热机组为研究对象，采用自主开发的电厂热力系统模块化集成优化软件（TPIS），对机组热力系统进行模拟。研究分析了循环水泵双速改造、增大凝汽器换热面积、抽真空系统优化等冷端优化方案的节能效果，对同类型机组节能改造具有一定的借鉴意义。

1 机组概况

1.1 热力系统

某330 MW亚临界供热机组的汽轮机为东方汽轮机有限公司（以下简称东汽）生产的亚临界、一次中间再热、三缸双排汽、抽汽凝汽式汽轮机。给水回热系统设有3个高压加热器、1个除氧器（滑压运行）和4个低压加热器。除8级非调整回热抽汽外，机组还设有3段工业抽汽，其中高压工业抽汽为非调整抽汽，中压工业抽汽、低压工业抽汽为参数可调抽汽。汽轮机热力系统图如图1所示。

图1 330 MW亚临界供热机组热力系统图

1.2 凝汽器

凝汽器为东汽厂生产的N-18600型凝汽器，采用单壳程、双流程结构。主凝结区顶部外围冷却管为920根φ25 mm×0.7 mm钛管，其余部分安装20 244根φ25 mm×0.5 mm钛管；空冷区安装1 324根φ25 mm×0.7 mm钛管；换热管长度均为10.54 m。

1.3 冷却水与循环水泵

循环水系统为海水直流一次冷却，每台机配置2台定速循环水泵，循环水泵型号为64LKXB-12型立式斜流泵。真空系统设置2台100%容量水环真空泵，正常运行方式为1运1备。

1.4 凝结水泵

每台机组配置2台100%容量的凝结水泵，1运1备。凝结水泵为NLT350-400筒袋型立式多级离心泵

1.5 抽真空系统

真空泵为2BW4353-0EK4型真空泵，单级水环真空泵，每台机组配置2台，1用1备。

2 汽轮机冷端运行优化

某330 MW亚临界供热机组运行中存在真空度低、真空泵故障多等问题。通过对1、2号机组冷端系统运行统计数据进行核算分析表明，1号机组凝汽器实际运行性能低于设计水平约0.6 kPa，2号机组凝汽器实际运行性能低于设计水平约0.5 kPa。1、2号机组循环水泵耗电率超过0.9%，与先进水平相比，循环水泵耗电率偏高0.3%左右。因此，有必要根据机组运行负荷及供热情况，对其冷端进行宽负荷运行优化研究。

2.1 循环水泵双速改造

机组原循环水泵采用恒定转速运行，循环水量无法根据运行工况进行调整，造成设备运行效率低、耗电率偏高。本研究将2台14极循环水泵电机改为14/16极双速电机（高速时14极，低速时16极），在低负荷或低水温下低速运行，高负荷或高水温下高速运行，以满足不同季节、不同负荷的水量需求，降低循环泵耗功。

表1对纯凝工况下不同循环水泵运行方式时机组的供电煤耗进行了对比。由表1可知，纯凝工况下，当循环冷却水温16℃时，THA工况（热耗保证工况） 下以1机1泵高速运行方式煤耗最低，75%THA工况下以2机3泵低速运行方式煤耗最低，50%THA工况下以1机1泵低速运行方式煤耗最低；当循环冷却水温24℃时，THA工况及75%THA工况下以2机3泵低速运行方式煤耗最低，50%THA工况下以1机1泵低速运行方式煤耗最低；当循环冷却水温33℃时，以1机2泵高速的运行方式煤耗最低。

表1 纯凝工况下循环水泵运行方式对比

表2对抽汽工况下不同循环水泵运行方式时机组的供电煤耗进行了对比。由表2可知，在抽汽工况下，当循环冷却水温16℃时，无论是额定抽汽量还是最大抽汽量都以1机1泵低速的运行方式煤耗最低；当循环冷却水温24℃时，额定抽汽量下以1机1泵高速的运行方式煤耗最低，最大抽汽量下以2机3泵低速的运行方式煤耗最低。

循环水泵运行优化方案如表3所示。经核算，纯凝工况下循环水泵改造平均可降低供电煤耗1.98 g/（kW·h）；额定抽汽工况下循环水泵改造平均可降低供电煤耗0.9 g/（kW·h）。

表2 抽汽工况下循环水泵运行方式对比

表3 抽汽工况下循环水泵运行方式对比

2.2 凝汽器换热管改造

通过增加换热管数量可增大换热面积、减少水阻、提高循环水流量，从而提高凝汽器真空度。表4给出了THA工况和额定抽汽工况下，凝汽器有效换热面积从18 600 m2提高到22 600 m2时凝汽器性能和改造收益。由表4可知，机组改造后THA工况下凝汽器平均背压可降到5.44 kPa，热耗较改造前降低约30.1 kJ/（kW·h），供电煤耗降低1.19 g/（kW·h）；额定抽汽工况下凝汽器平均背压可降到4.56 kPa，热耗较改造前降低约16 kJ/（kW·h），供电煤耗降低0.63 g/（kW·h）。

表4 THA工况下凝汽器换热管改造效果分析

该机组运行中抽真空系统问题较多：真空泵运行过程中噪音大、汽蚀严重、叶轮频繁出现裂纹；凝汽器水侧设计为虹吸运行，循环水中所携带的不凝结气体在凝汽器中加热会分离出来，聚集在水室上部，而正常运行时因为该处为负压状态，故而无法有效排出，造成凝汽器水室上部没有循环水通过，凝汽器有效换热面积减少；真空泵冷却水压力低、水量严重不足，管束清洁系数低。

本研究提出抽真空系统优化措施，经核算优化后机组真空度可恢复到原设计值。改造方案如下。

a）将真空泵更换为结构形式更为优越的双级水环真空泵，配置蒸汽喷射器以降低真空泵组的极限背压，同时提高真空泵入口背压，有效防止水环真空泵汽蚀。蒸汽喷射器汽源引自辅汽联箱或回热抽汽系统，压力0.2～0.3 MPa，蒸汽量流量300～500 kg/h。由于机组辅助蒸汽正常运行时无用户，为维持辅助蒸汽温度，需适当打开辅助蒸汽联箱的疏水门，这里正好可利用这部分浪费的蒸汽。

b） 增加凝汽器水室真空泵以降低水侧热阻。从凝汽器各水室排气管隔离门前管道旁路出1路管道，汇集后引至12.6 m层，在12.6 m层加装1台水室真空泵（吸入压力-0.01 kPa，排气量1 500 m3/h）。定期启动水室真空泵将水室不凝结气体排出，维持水室顶部真空，保持凝汽器的虹吸运行，降低循环水压力，进而降低循环水泵电耗。为避免水室真空泵吸入海水，水室真空泵入口管道采用水封布置，最高点高于水室15 m以上。

c）改造真空泵冷却水管路系统，增大冷却水流量，并采用溴化锂制冷机或已有中央空调的冷却水降低真空泵冷却水温度。

3 结论

本文通过循环水泵单转速改双转速并优化运行方式、增大凝汽器换热管束数量、抽真空系统优化等措施来改进机组冷端工作性能，实现机组的宽负荷高效运行。主要结论如下。

a）通过对循环水泵双速改造及不同运行方式比较，提出了循环水泵运行优化方案。纯凝工况下循环水泵改造平均可降低供电煤耗1.98 g/（kW·h），额定抽汽工况下平均可降低供电煤耗0.9 g/（kW·h）。

b） 凝汽器换热管改造后THA工况下凝汽器平均背压可降到5.44 kPa，降低供电煤耗约1.19 g/（kW·h）；额定抽汽工况下凝汽器平均背压可降到4.56 kPa，降低供电煤耗约0.63 g/（kW·h）。

c）通过更换双级水环真空泵、加装蒸汽喷射器、增加凝汽器水室真空泵及真空泵冷却水管路改造，可使机组真空度恢复到原设计值。

[1]崔育奎，刘网扣.国外火电机组汽轮机冷端节能降耗先进技术[J].热力透平，2015，44(1):35-38.

[2]马立恒.电厂汽轮机冷端系统运行优化研究 [D].长沙:长沙理工大学，2010:53.

[3]王小成，于从练.300 MW汽轮机冷端节能改造研究 [J].中国电业（技术版） ,2014,(6):25-28.

[4]王君，吴生辉.汽轮机冷端优化方法 [J].自动化应用,2013, (2):46-50.

[5]赵斌.乌海热电厂200 MW汽轮机组冷端系统运行优化研究[D].北京:华北电力大学，2010:47.

[6]蒋寻寒，张学霖，刘安堂，等.国内大型火电机组汽轮机的节能技术方向 [J].汽轮机技术，2002，44(5):257-263.

[7]李学忠，孙伟鹏，江永.循环水泵双速节能改造及汽轮机冷端运行优化 [J].中国电力,2011,44(2):54-57.

[8]樊泽国，刘建清，栗东升，等.汽轮机冷端节能改造方式分析[J].内蒙古电力技术，2015，33(6):30-38.

[9]程晋瑞，孙坚，周卫东，等.凝汽器蒸汽喷射真空系统在电厂改造中的应用 [J].中国电业（技术版） ,2015， (11):100-102.

Cold End Optimization of a 330 MW Subcritical Heat-supply Power Unit

HAN Tao1,XU Yatao1,WANG Shunsen2
（1.Shenhua Guohua(Beijing)Electric Power Research Institute Co.,Ltd.,Beijing 100025,China; 2.Xi'an Jiaotong University,Xi'an,Shaanxi710049,China）

Aiming at the problem of low vacuum degree of the cold end,a 330 MW subcritical heat-supply power unit has been simulated with the help of the self-developed thermal power integration software.Different optimization schemes,such as the dual-speed retrofit of the motor of circulating water pump,the increase of the heat transfer area of the condenser and the optimization of the vacuum-pumping system,are proposed.The energy-saving effect of those schemes is also analyzed.The research results provide references for the energy-savingretrofit ofsimilar power units.

heat-supply;cold end;energy-saving;condenser;circulatingwater pump

TM621

B

1671-0320（2017）02-0047-04

2016-12-21，

2017-01-10

韩 涛（1984），男，江苏徐州人，2012年毕业于中国科学院工程热物理研究所工程热物理专业，博士，工程师，从事燃煤清洁高效发电技术研究工作；

徐亚涛（1966），男，山西太原人，1988年毕业于太原理工大学汽轮机专业，高级工程师，从事汽轮机研究工作；

王顺森（1976），男，河南渑池人，2010年毕业西安交通大学动力机械及工程专业，博士，副教授，从事汽轮机冲蚀、流场测量等研究。