某300MW机组冷源系统优化及应用研究

罗振新

（陕西华电能源有限公司，陕西西安710000）

某300MW机组冷源系统优化及应用研究

罗振新

（陕西华电能源有限公司，陕西西安710000）

介绍了一种冷源系统优化改造技术，并将该技术在国内某300MW机组投入应用，对其经济性进行了计算分析，得出以下结论：冷源系统改造技术可大幅降低凝汽器运行压力，相比于改造前，凝汽器运行压力降低1.2 kPa，机组年平均标煤耗降低3.6g/kW·h，年节煤效益达326.7万元，节能效益显著。

冷源系统；凝汽器压力；标煤耗；节能效益

0 引言

对于火力发电机组而言，凝汽器是其冷源系统的核心部件，冷源系统的运行参数将直接影响到机组的经济性运行。以亚临界300M W和600M W等级机组为例，凝汽器背压每升高1%，汽轮机的平均汽耗量将增加1%-2%[1]。相关研究表明，国内大部分的机组凝汽器运行背压值普遍达不到设计值，一般相差1kPa以上，夏季工况下则更加突出。而随着《煤电节能减排升级与改造行动计划》以及《火电厂大气污染物排放标准》[2]的提出，火力发电机组的污染物排放标准进一步提高。因此，为提高机组经济性，减少污染物的排放量，对冷源系统进行优化改造研究具有重要意义。

针对如何有效地降低凝汽器的运行背压，国内外的专家学者开展了大量的研究工作[3-10]。研究结果表明，凝汽器的换热效率及真空严密性、循环水温度及流量等因素对凝汽器运行背压具有重大影响。以某300M W机组为例，对机组冷源系统进行优化改造研究。改造完成后，凝汽器运行背压值显著降低，节能效益显著。

1 冷源系统改造

1.1 系统概况

某300M W机组的凝汽器为北重制造的N-17563型单壳体、单流程、单背压、表面式凝汽器，凝汽器设计参数见表1。循环水泵为1600H TEX-24型循环水泵，循环水泵参数见表2。

表1 凝汽器参数

表2 循环水泵参数（单台）

1.2 系统存在的问题

（1）实验研究表明，该机组的凝汽器在额定工况下运行时，冬季凝汽器运行背压达到6kPa，夏季达到13.9 kPa，均高于设计值。此外，循环水流量设计值为38268t/h，而在循环水泵双泵全开循环水流量为34020t/h，仅为设计值的89%。

（2）该机组从1999年开始投运至今，已运行超过17年，调查结果显示，凝汽器铜管平均使用寿命约为9-10年。为防止铜管泄漏影响机组安全运行，有必要对凝汽器进行改造。

（3）机组采用的自然通风逆流式冷却塔，由于塔芯部件陈旧老化、泥沙淤堵水槽、除水器破损结垢、塔内气流不均匀等原因导致效率低下，冷却塔出水温度高于设计值。

（4）机组已于2014年增容至330M W，但未对冷源系统的凝汽器、循环水泵以及冷却塔等关键部件进行同步改造，导致机组运行中存在着冷源系统冷却能量不足的问题。

1.3 改造方案

为保证冷源系统的运行特性，提高机组的经济性，此次改造最终选择采用以下改造方案。

（1）凝汽器改造方案

采用多孔介质模型，对原凝汽器布管方式（将军帽型）及仿生双连树形布置方式进行了数值计算研究。仿生双连树形布置的数值模拟结果如图1所示。

根据数值模拟结果，将布管方式改为仿生双连树形布置后，可有效改善蒸汽侧的流场均匀性，消除涡流、低速区，解决空冷区不合理的问题，从而改善凝汽器的换热效果，达到提高凝汽器真空度的目的。

具体改造方案如下:在保持凝汽器壳体不变的条件下，更换整个凝汽器管束，原铜管全部更换为不锈钢管，且管束布置采用仿生双连树形布置方式；调整管束的支撑隔板间距，优化管束的支撑方式；调整进出口水室的结构，优化循环冷却水的流场分布，保证凝汽器运行达到设计背压。

图1 仿生双连树形布置的数值模拟结果

（2）循环水泵改造

为配合凝汽器改造方案，循环冷却水流量必须增加6%以上才能保证凝汽器的设计压力达到4.9kPa。而实验结果表明，循环水泵的流量仅为设计值的89%，循环冷却水流量不足，循环水泵本身效率较低是循环冷却水不足的主要原因。因此，对循环水泵进行优化泵体叶轮模型、提高制造工艺等改造工作，并采用优化的水力模型，对循环水泵的叶片结构进行了设计优化。

具体改造方案如下:在循环水泵配套电机不改的情况下，重新设计循环水泵，最终选择采用立式斜流泵，提高循环水流量10%以上，使其满足凝汽器的运行需求。

（3）冷却塔改造

结合现场实际，并借助数值模拟软件，对冷却塔进行全三维建模传热传质数值分析计算，得到塔内湿空气与循环水的速度场、温度场、压力场等的分布情况。再根据“风-水匹配”原则，重新设计配水系统，喷头更换为旋转式喷头，并调整填料的布置方式。

具体改造方案如下:清理冷却塔内的淤泥，修复除水器并更换损坏部分；重新布置填料，将填料更换成高效增效型填料。

2 工程应用及效果分析

2.1 优化改造内容

（1）针对某300M W机组，对凝汽器布管方式进行仿生树形布置方式改造，改造后的设计参数见表3。

表3 仿生树形布置凝汽器参数

（2）对循环水泵重新进行设计优化，采用立式斜流泵，优化后其设计参数见表4。在运行时，由于循环水流量的增大，凝汽器压力将进一步降低。

表4 循环水泵参数（单台）

（3）对冷却塔内淋水装置内的淤泥进行清理，并修复除水器4750m2，更换淋水填料5120m3，并对配水管、接头、配水堵板、垫块等设施进行处理或更换；改造后冷却塔效率不低于设计值，水塔出水温度同比降低2℃左右。

2.2 运行结果及经济性分析

该300M W机组在进行冷源系统优化改造后，于2016年10月5日开始投入运行，至今运行稳定可靠。2016年11月对冷源系统进行了性能试验，性能试验在330M W负荷下进行，试验结果显示各项指标均达到设计要求。该冷源系统性能试验的主要参数见表5。

表5 冷源系统性能试验参数

由于循环冷却水参数与设计值存在偏差，在将循环冷却水流量及进口温度分别修正至40564t/h、20℃后，凝汽器平均压力为4.8kPa，优于设计值0.1kPa，优于改造前运行值1.2kPa。

按1kPa影响标煤耗3g/kW·h计算，则改造后共降低标煤耗3.6g/kW·h。按照机组年运行5500h、标煤单价500元/t计算，则节能效益为326.7万元/a。

3 结语

从国内某300M W机组的实际出发，分析了机组冷源系统存在的问题，提出了一种冷源系统改造技术，并将该技术在该300M W机组投入运行，对投运后的经济性进行了计算分析，得出以下结论:

（1）改造完成后，可大幅降低凝汽器运行压力。相比于设计工况，凝汽器运行压力降低0.1kPa；相比于改造前，凝汽器运行压力降低1.2kPa；

（2）该技术投入运行后，机组年平均标煤耗降低3.6g/kW·h，按机组年运行5500h、标煤单价500元/t计算，节能效益为326.7万元/a。节能效益显著，具有良好的推广价值。

[1]葛晓霞，缪国钧，钟澎，等.双压凝汽器循环水系统的优化运行[J].动力工程，2009，29（4）：389-393.

[2]国家发展改革委，环境保护部，国家能源局.煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）：1-2.

[3]张炜光，叶学民，吴瑞涛.600M W机组凝汽器性能分析与循环水系统优化研究[J].电站系统工程，2012，28（6）：59-63.

[4]曾德良，王玮，杨婷婷，等.基于换热理论的凝汽器压力应达值的确定[J].动力工程学报，2010，30（9）：678-684.

[5]徐星，黄启龙，戴维葆，等.考虑汽轮机工况变化的凝汽器最佳真空的确定及应用[J].动力工程学报，2015，31（1）：70-75.

[6]朱锐，种道彤，刘继平，等.冷却水流量对凝汽器性能影响的试验研究[J].热力发电，2006，（4）：10-15.

[7]张莉，程器，钟明泽，等.冷却水温变化对凝汽器传热性能影响的定量分析[J].汽轮机技术，2014，56（4）：281-284.

[8]种道彤，刘继平，严俊杰，等.漏空气对凝汽器传热性能影响的实验研究[J].中国电机工程学报，2005，25（4）：152-157.

[9]王学栋，成渫畏，郑威.凝汽器高背压改造后性能的试验研究与分析[J].汽轮机技术，2013，55（2）：135-138.

[10]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.

Application Study of Optimization for the Cold Source System in a 300MW Unit

LUO Zhen-xin
（Shanxi Huadian Energy Engineering Institute，Xi'an 710000，China）

This article introduced a technology ofreconstruction forthe cold source system.A nd applied in a 300 M W unit,the econom ic benifits were analyzed，the resultshow ed that：this technology can substantially depress the pressure of steam condenser，com paring with the pressure before reconstruction，the pressure depressed 1.2 kPa；afteritsapplication，the standard coalconsum ption ofthe unitdepressed 3.6g/kW·h，the energy-saving benefits is about3.267 m illion yuan each year.

the cold source system；the pressure of steam condenser；the standard coal consum ption；the energy-saving benefits

TM 621

B

2095-3429（2017）02-0030-04

2017-03-07

修回日期:2017-03-13

罗振新（1966-），男，新疆人，本科，高级工程师，研究方向：火力发电厂运行与节能环保技术。

D O I:10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.02.007