1 000 MW燃煤机组引风机汽轮机真空偏低原因分析及改进

杨 彪， 杨 博

(华能海门电厂， 广东汕头 515132)



1 000 MW燃煤机组引风机汽轮机真空偏低原因分析及改进

杨 彪， 杨 博

(华能海门电厂， 广东汕头 515132)

为降低机组厂用电率，部分燃煤电厂引风机采用汽轮机驱动，使汽轮机冷端优化复杂化。针对国内某1 000 MW燃煤机组引风机汽轮机真空偏低的问题，结合主机冷端优化，考虑电厂实际运行中的可操作性，提出切实可行的提高方法及最佳运行方案。

汽轮机； 冷端优化； 凝汽器； 真空； 节能降耗

汽轮机组凝汽器真空对机组煤耗影响非常大，因此保证凝汽器最佳真空是所有燃煤电厂十分关注的节能问题[1]。凝汽器内真空受凝汽器传热情况、真空系统严密性、海水流量、真空泵工作状况等因素制约，使提高机组真空成为一个系统工程，需多方面考虑。近年来，为了降低机组厂用电率，部分电厂引风机采用汽轮机驱动，有采用背压式汽轮机也有采用凝汽器式汽轮机。采用凝汽式汽轮机的机组使汽轮机的冷端优化更加复杂，优化时考虑的因素更多。

笔者针对国内某电厂1 000 MW燃煤机组引风机汽轮机真空偏低的问题，结合主机冷端优化，多方面提出了提高真空的改进方法，效果明显，具有推广意义。

1 引风机汽轮机概况

该电厂3、4 号机组各配置2 台50%容量的汽动引风机，每台引风机配置有开式循环冷却水、凝汽器抽真空系统、汽轮机进汽系统、凝结水回收系统、汽轮机轴封系统、汽轮机润滑油系统。2台汽轮机共用1台轴封冷却器、3台水环式真空泵(1台共用)。引风机凝汽器与主机凝汽器通过联络管连接。引风机汽轮机正常工作汽源采用主机四段抽汽，备用汽源为辅汽。

系统配置见图1。

图1 引风机汽轮机系统配置

辅助蒸汽设计压力为0.8～1.3 MPa,设计温度为300～350 ℃。引风机汽轮机调试用汽量为10～16 t/h。正常工况进汽压力为1.09 MPa，温度为387.4 ℃，额定流量为29.1 t/h。

2 引风机汽轮机真空分析

2.1 真空情况

根据2013年9月18日4号机组试验数据和2014年5月12日3号机组运行数据，对引风机用汽轮机冷端系统性能进行评估，结果见表1。

表1 3、4号机组引风机用汽轮机冷端系统性能评估结果

由表1可以看出： 3、4号机组引风机汽轮机运行真空偏低，导致汽轮机出力下降和效率下降，增加了引风机汽轮机的汽耗量。在海水温度22.7 ℃，且机组满负荷时，3号机组引风机汽轮机A、B耗汽量分别为25.15 t/h、25.77 t/h，总耗汽量为50.92 t/h(设计值为44.24 t/h)；在海水温度29.3 ℃，且机组满负荷时，4号机组引风机汽轮机A、B耗汽量分别为43.8 t/h、43.84 t/h，总耗汽量为87.64 t/h(合理值为52.04 t/h)。

2.2 真空偏低原因

造成引风机汽轮机真空偏低的主要原因为：

(1) 引风机凝汽器冷却水流量严重偏低。通过引风机凝汽器冷却水温升可以看出，引风机凝汽器冷却水流量较设计值(3 028 t/h)偏低67%～80%。

(2) 引风机凝汽器传热端差大，表明引风机凝汽器内存在空气聚积和冷却管脏污。引风机凝汽器的真空泵冷却水流量偏小，导致真空泵工作液温度高，降低了真空泵出力，最终导致空气在引风机凝汽器中聚积。

引风机汽轮机真空偏低，导致汽轮机有效焓降降低，当真空继续降低时，汽轮机的排汽可能会进入过热蒸汽区，又将大幅降低汽轮机的效率，导致汽轮机的出力大幅下降。所以，不解决引风机汽轮机真空偏低的问题，在夏季海水温度较高时，引风机的出力可能受到限制。

2.3 对主机的影响

引风机汽轮机真空偏低导致同样机组负荷条件下汽轮机耗汽量大幅增加，直接导致机组运行经济性的降低。针对3号机组2014年5月12日运行数据、4号机组2013年9月18日试验数据，对汽轮机真空偏低引起的机组经济性变化进行分析，结果见表2。

表2 3、4号机组引风机汽轮机真空偏低对机组经济性的影响

由表2可以看出：引风机汽轮机真空偏低导致机组整体经济性下降，特别是夏季海水温度较高时，引风机汽轮机真空偏低导致发电煤耗升高1.0 g/(kW·h)以上。

3 引风机汽轮机冷端优化

3.1 凝汽器在线清理

引风机凝汽器循环水温升高、汽轮机真空偏低影响机组安全经济运行。由于该厂引风机凝汽器为双水室结构，可以分别隔离进行人工清理。2014年11月下旬，分别对4号机组引风机A引风机凝汽器、引风机B引风机凝汽器进行在线隔离人工清洗。清洗过程中发现引风机凝汽器冷却水管有近1/3被贝壳和杂物堵塞，部分未堵塞冷却水管也结垢严重。清洗前后数据见表3。由表3可以看出：清理后引风机凝汽器循环水冷却水温升和凝汽器真空下降明显，引风机汽轮机进汽流量分别降低了约2 t/h，影响机组热耗约6 kJ/(kW·h)，影响煤耗约0.22 g/(kW·h)。因此，凝汽器冷却水管脏污是影响引风机汽轮机真空的主要因素之一，必须制定定期清洗制度对引风机凝汽器进行人工清洗，提高凝汽器清洁系数，提高换热效果。

表3 4号机组引风机凝汽器清理前后数据

3.2 真空查漏

真空系统严密性对机组的安全经济运行有很大影响。真空严密性差将导致漏入真空系统的空气量增多，阻碍蒸汽的换热，使汽轮机的排汽压力升高、做功量减少，机组运行热经济性降低。另外，还会导致低压缸的排汽温度升高，严重影响机组的安全经济运行。

3.2.1 检漏方法

2014年11月24日开始对3、4号机组引风机汽轮机真空系统及与真空系统相连的系统采用氦质谱检漏法进行了详细检测，并对发现的漏点进行了处理。氦质谱检漏法是机组在正常运行的情况下，在机组真空系统可疑泄漏部位喷射定量氦气，然后使用氦质谱检漏仪检测真空泵或抽气器排出的混合气体中含氦气的浓度，根据这一浓度来衡量被检测部位泄漏的程度，因氦气的分子小、渗透力强，以及不易和其他物质发生化学作用，加上氦质谱检漏仪具有灵敏度高、性能稳定等优点，所以氦质谱检漏技术已成为目前汽轮机真空系统检漏的先进方法[2]。

3.2.2 漏点检测

本次检漏工作对3、4号机组的4台引风机汽轮机本体、轴封系统、凝汽器、疏放水系统、抽空气系统、凝结水等系统的法兰、结合面、阀门盘根、焊缝、表计接头等可能的真空漏点进行了检测。

3.2.3 漏点位置及泄漏量

本次检漏工作对怀疑存在泄漏的几十个可疑部位进行了检测，并对漏点进行了多次检测，存在几处泄漏量明显偏大的点，结果见表4。

表4 4号机组引风机汽轮机漏点位置及漏量表

由表4可以看出：4号机组引风机汽轮机真空漏点主要是B引风机凝汽器真空防爆膜破损，已经进行涂胶处理。但是引风机汽轮机前后轴封均有吸气现象，结合轴封加热器水位和温升情况，判断为轴封水封无法建立，导致大量空气从轴封大量漏入凝汽器，使真空变差。因此采用将轴加回凝汽器手动门进行节流，开启凝补水对水封进行重新注水排气。水封建立后引风机汽轮机轴封吸气大量减少，凝汽器真空好转(见表5)。

表5 汽轮机轴封对凝汽器真空影响

由表5可以看出：引风机A汽轮机轴加水封重新注水排气后凝汽器真空有较大幅度地好转，与检漏结果相符。因此，减少空气漏入凝汽器是提高凝汽器真空的有效手段之一。

3.3 真空与主机连通

引风机凝汽器传热端差大，表明引风机凝汽器内存在空气聚积和冷却管脏污。引风机凝汽器内空气聚积的主要原因是引风机凝汽器的真空泵冷却水流量偏小，导致真空泵工作液温度高，降低了真空泵出力，最终导致空气在引风机凝汽器中聚积[3]。针对汽轮机真空泵出力不足情况，采用将引风机凝汽器与主机凝汽器进行连通，通过主机真空泵将引风机汽轮机不凝结气体抽出，提高机组真空严密性，提高真空；但是将引风机凝汽器和主机凝汽器连通后会导致主机真空下降，影响主机运行效率，导致机组热耗增加。因此在连通前后必须对引风机汽轮机真空提高后导致效率提高和主机真空下降导致机组效率下降情况进行核算。

根据ASME标准机组热耗率计算公式为：

QHR= (Fms·Hms-Ffw·Hfw+Fhrh·

Hhrh-Fcrh·Hcrh-Frhsp·Hrhsp)/P

(1)

式中：Hms为主蒸汽焓值，kJ/kg；Fms为主蒸汽流量，t/h；Ffw为主给水流量，t/h；Hfw为主给水焓值，kJ/kg；Fhrh为热再热蒸汽流量，t/h；Hhrh为热再热蒸汽焓值，kJ/kg；Fcrh为冷再热蒸汽流量，t/h；Hcrh为冷再热蒸汽焓值，kJ/kg；Frhsp为再热减温水流量，t/h；Hrhsp为再热减温水焓值，kJ/kg；P为扣除励磁耗功后的发电机输出功率，kW。

该厂引风机用汽取自四抽，引风机用汽量变化必然导致机组热耗率变化。因此通过计算引风机汽轮机真空变化导致引风机用汽量变化，从而引起机组热耗率的变化，可以计算出机组煤耗变化，主机真空变化可以计算出机组煤耗变化，由于引风机凝汽器和主机凝汽器连通，因此可以将原运行汽轮机真空泵组停运，厂用电率降低引起煤耗降低。因此，引风机凝汽器和主机凝汽器连通后引起机组煤耗变化为：

总煤耗变化=引风机真空变化引起煤耗变化+引风机真空泵停运引起煤耗变化+主机真空变化引起煤耗变化

(2)

表6为引风机凝汽器和主机凝汽器连通后引起机组煤耗变化的数据。

表6 机组煤耗变化数据

由表6可以看出：引风机凝汽器和主机凝汽器连通后导致主机真空降低约0.03 kPa，影响机组煤耗约0.045 g/(kW·h)，引风机汽轮机真空变好，影响煤耗约0.128 g/(kW·h)，引风机真空泵组停运使机组厂用电率下降约0.004 6%，影响煤耗约0.013 5 g/(kW·h)。机组总煤耗变化等于引风机方面节约的煤耗减去主机真空变差增加的煤耗，约0.096 5 g/(kW·h)。可以看出将引风机汽轮机和主机凝汽器连通后，机组煤耗是降低了，因此在经济上是可行的。

3.4 增设真空泵冷却水增压水泵

引风机凝汽器真空泵的主要功能是抽走凝汽器汽侧的不凝结气体，以此来达到降低汽侧汽阻的目的。因此，真空泵出力对引风机凝汽器的真空有很大的影响。实际运行期间，该厂多次出现引风机凝汽器真空泵泵体温度偏高的情况，同时冷却器海水出水温度明显偏高，经多次进行冷却器清理后，仍无法有效解决。实际上，因为汽轮机真空泵冷却水进水管设计管径偏小，也增加了冷却水流动阻力，导致真空泵冷却水流量严重不足。同时，引风机汽轮机的冷却水由主机凝汽器A侧进水管引出，自流到引风机凝汽器和真空泵冷却器，由于循环水泵压头低，不能克服至引风机凝汽器的沿程阻力，导致引风机区域实际的冷却水流量偏小。

该厂针对真空泵运行情况进行了改造。每台机组2台引风机汽轮机增设2台300 kW的增压泵，一运一备，正常情况下保持一台连续运行，同时每台真空泵增设一台真空泵冷却水泵，与真空泵同时启停，加速了真空泵密封水的循环，很好地解决引风机汽轮机冷却水流量严重不足及传热效率差的问题；另一方面改造并增大真空泵冷却水进出管路的管径，避免了真空泵因冷却水压头不足导致的异常发热，最终保证了真空泵冷却效果，有效地提高了引风机凝汽器真空。

3.5 循环水泵运行方式

凝汽器进口温度和机组负荷在一定的条件下，凝汽器真空随冷却水流量的改变而改变，而冷却水流量的变化是通过调整循环水泵运行方式进行调节，冷却水流量增加，机组背压减小，机组出力增加，当机组因背压减小增加的功率与循环水泵增加的耗功之差最大时，凝汽器运行保持在最经济的工况[4]。随着机组负荷增加，凝汽器所需的冷却水流量则相应增大，此时，如果不改变循环冷却水流量，则真空将缓慢降低，机组所损耗的燃料量增加。而如果启动循环水泵，虽然会使真空变好，但也将导致厂用电增大，增加机组厂用电方面的损耗。当因启动循环水泵导致真空变好而节省的煤耗大于启动循环水泵后增加的厂用电损耗时，则启动循环水泵能达到节能效果；反之，则表明启动循环水泵未能达到节能效果，反而增加了机组损耗。

机组引风机增加凝汽器后，由于引风机凝汽器和主机凝汽器共用一套循环水冷却系统，因此循环水泵的启停不仅对主机真空有影响，也会导致引风机凝汽器真空的变化，因此在进行循环水泵运行方式研究时，必须综合考虑主机真空变化和引风机凝汽器变化对机组热耗率或者煤耗的影响。

4 结语

通过分析研究了引风机凝汽器提高方法和对机组整体经济性的影响，得出以下结论：

(1) 引风机凝汽器冷却水管清洁程度对真空影响非常明显，因此可考虑定期对引风机凝汽器进行人工清洗或者增加胶球清洗装置，以提高引风机凝汽器的清洁系数。

(2) 真空严密性对凝汽器传热效率有较大影响，可定期进行真空严密性试验，发现真空严密性变差及时进行真空查漏并处理。

(3) 引风机凝汽器和主机凝汽器连通要综合考虑机组热耗和煤耗问题。

(4) 引风机凝汽器真空泵冷却水管路设计不足，严重影响真空泵出力。改善真空泵冷却水供水条件，有效地提高了凝汽器真空。

(5) 循环水泵的启停要综合考虑对主机凝汽器和引风机凝汽器真空的影响，得出最经济的循环水泵运行方式。

[1] 西安热工研究院. 发电企业节能降耗技术[M]. 北京: 中国电力出版社, 2010.

[2] 林万超. 火电厂热系统节能理论[M]. 西安: 西安交通大学出版社, 1994.

[3] 胡兰海, 刘永霞, 赵文军, 等. 300 MW机组引风机节能改造[J]. 中国电力, 2004, 37(9): 70-72.

[4] 孙伟鹏, 冯庭有. 基于百万千瓦机组汽轮机驱动式引风机性能分析[J]. 电力建设, 2011, 32(7): 39-43.

Low-vacuum Analysis and Improvement for Steam Turbine Driving Induced Draft Fan in a 1 000 MW Coal-fired Unit

Yang Biao, Yang Bo

(Huaneng Haimen Power Plant, Shantou 515132, Guangdong Province, China)

To reduce power consumption rate, the induced draft fan in some coal-fired power plants is driven by steam turbine, which makes the cold end optimization become more complex. To solve the low-vacuum problem occurring in the steam turbine driving induced draft fan of a 1 000 MW coal-fired unit, an applicable operation scheme was proposed, considering cold end optimization of the unit and actual operability of the scheme.

steam turbine; cold end optimization; condenser; vacuum; energy saving and consumption reduction

2016-04-28；

2016-07-06

杨 彪(1983—)，男，工程师，从事1 000 MW火电机组集控运行管理和性能优化工作。

E-mail: 164044099@qq.com

TK264.1

A

1671-086X(2017)02-0127-05