電廠凝汽系統(tǒng)優(yōu)化與應(yīng)用

杜俊國，李志剛，王文峰兗礦集團(tuán)有限公司南屯電力分公司，山東 鄒城 273515

0 引言

在現(xiàn)代電站凝汽式汽輪機(jī)組的熱力循環(huán)中，凝汽設(shè)備起著冷源的作用，其主要任務(wù)是將汽輪機(jī)排汽凝結(jié)成水并在汽輪機(jī)排汽口建立與維持一定的真空度。凝汽設(shè)備包括凝汽器﹑凝結(jié)水泵﹑抽氣器及冷卻水塔等。其中凝汽器是最主要的組成部分，其質(zhì)量的好壞對火力發(fā)電站的安全性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。山東兗礦集團(tuán)有限公司南屯電力分公司兩臺機(jī)組自投產(chǎn)以來，凝汽器結(jié)垢嚴(yán)重，冷卻效果差，已經(jīng)成為影響機(jī)組真空的重要因素。為了徹底解決上述問題，需要凝汽系統(tǒng)優(yōu)化改造，提高機(jī)組的真空度，使機(jī)組能夠在各種工況下滿負(fù)荷運行，取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 凝汽器改造

1.1 凝汽器現(xiàn)狀

凝汽器優(yōu)化前的主要技術(shù)參數(shù)：冷凝面積3000m2；冷卻水量7350m3/h。

當(dāng)初在機(jī)組選型時是按照抽汽工況進(jìn)行設(shè)計，而實際運行抽汽工況僅3個月，大部分時間是在純冷凝工況下運行。經(jīng)核算，現(xiàn)運行的凝汽器設(shè)計冷卻水溫20℃時其背壓為6.436kPa，如果按照冷卻水溫26℃計算，凝汽器背壓為8.632kPa，與原凝汽器額定設(shè)計背壓5.81kPa相差很大，因此原設(shè)計的凝汽器在實際運行中是偏離設(shè)計背壓的。由于凝汽器冷卻面積容量不足，機(jī)組不能滿負(fù)荷運行，這將大大降低機(jī)組的工作效率。因此對凝汽器進(jìn)行優(yōu)化改造是非常必要的。

1.2 凝汽器優(yōu)化

凝汽器優(yōu)化的主要目標(biāo)就是加大凝汽器的冷凝面積，改善凝汽器的熱交換環(huán)境和條件，從而達(dá)到提高凝汽器的真空度，降低凝汽器的背壓的目的。在凝汽器連接尺寸不動﹑所有外部接口不變的前提下，保留凝汽器殼體﹑熱水井，更換芯子，冷卻面積由3000m2增大至3500m2，進(jìn)行如下改造：

1）更換全部管板，按新型高效排列布置冷卻管。

利用凝汽器汽側(cè)流場數(shù)值分析軟件對管束進(jìn)行校核和優(yōu)化，保證蒸汽的流量，流速在管束各區(qū)段都達(dá)到均勻的程度，從而最大程度地降低汽阻，提高換熱效率。新型布管的蒸汽流掠過換熱管的流動方向均為較佳換熱效果的水平流及向下流，徹底消除了換熱效率低的向上流動，從而充分發(fā)揮了管束各區(qū)段的換熱潛力。當(dāng)蒸汽流為水平流時，消除了凝結(jié)水的水膜對傳熱的影響，其傳熱量為1，傳熱效果最好。以前設(shè)計布管方式都不同程度上存在蒸汽向下流與向上流問題，影響到傳熱效果，當(dāng)蒸汽流為向下流時，形成了部分凝結(jié)水膜，對傳熱產(chǎn)生一定影響，傳熱量也降低為0.8；當(dāng)蒸汽流為向上流時，形成的水膜，對傳熱的影響最嚴(yán)重，其傳熱效果最差，傳熱量僅為0.4。采用的新型的布管方式與其它各種布管方式相比，徹底廢除了傳熱效果最差的向上流布管，最大限度地采用了水平流布管，所以其傳熱效果明顯優(yōu)于其它布管方案。管束排列外疏內(nèi)密，蒸汽通道呈明顯收縮態(tài)勢，適應(yīng)了由于蒸汽不斷凝結(jié)而引起的容積流量不斷減小的劇烈變化，保證流速﹑流量的均勻分布，消除了渦流現(xiàn)象，使壓力場均勻，減少了壓力損失。管束窄長，管束與凝汽器側(cè)壁之間留有寬敞的通道，保證一部分蒸汽直達(dá)熱井水面，對凝結(jié)水進(jìn)行回?zé)岢酰越档湍Y(jié)水中的含氧量，且汽阻小。

2）更換全部中間支撐管板，中間支撐管板與殼體采用易調(diào)整安裝位置的支撐桿結(jié)構(gòu)，并按HEI標(biāo)準(zhǔn)重新調(diào)整跨距。

3）取消全部擋汽板，按新排管方式重新設(shè)計。

4）冷卻水管全部更換。采用錫黃銅管HSn70-1A；冷卻管與管板采用脹接連接。

5）更換水室牽條及附件，并采用新型密封連接。

6）更換水室密封膠條。

凝汽器優(yōu)化后的主要技術(shù)參數(shù)：冷凝面積3500m2；冷卻水量10855m3/h。

2 冷卻塔改造

2.1 冷卻塔現(xiàn)狀

電廠凝汽器冷卻水系統(tǒng)是一個封閉式循環(huán)水系統(tǒng)，冷卻水經(jīng)過凝汽器換熱管壁進(jìn)行熱交換，然后經(jīng)過管道遠(yuǎn)送到冷卻水塔，該冷卻水塔是逆流式雙曲線自然通風(fēng)冷卻塔，冷卻水的冷卻是通過水和空氣接觸，由蒸發(fā)散熱﹑接觸散熱和輻射散熱三個過程共同作用的結(jié)果。原有冷卻塔傳熱面積1500m2，在當(dāng)?shù)貧庀髼l件下，該冷卻塔不能滿足改造后機(jī)組循環(huán)水冷卻要求，需要新增冷卻設(shè)施。

2.2 冷卻塔改造

原有的1500m2自然通風(fēng)冷卻塔保留使用，選用兩臺水力噴霧推進(jìn)通風(fēng)冷卻塔，冷卻能力3000m3/h/臺，分別建在兩臺冷卻塔的偏東側(cè)。這樣避免了拆除原冷卻塔所帶來的巨大損失，大大節(jié)省工程設(shè)備的投資，同時，也可大幅度地縮短現(xiàn)場施工工期。改造后，可使每臺機(jī)循環(huán)水的冷卻能力達(dá)到12400m3/h，滿足機(jī)組冷凝系統(tǒng)的運行需要。

2.2.1 水力噴霧推進(jìn)通風(fēng)冷卻塔的工作原理

新增的水力噴霧推進(jìn)通風(fēng)冷卻塔由鋼結(jié)構(gòu)塔體﹑噴霧推進(jìn)霧化裝置﹑淋水板﹑收水器等組成。其中，噴霧推進(jìn)霧化裝置是本塔的核心設(shè)備，它包含旋轉(zhuǎn)水室﹑旋流霧化噴頭﹑風(fēng)葉等部件。該冷卻塔充分利用循環(huán)水系統(tǒng)中存在的壓力作為動力源，壓力水經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入噴霧推進(jìn)霧化裝置的水室，并均勻分配到各噴管，以霧狀水噴出，在噴霧推力的作用下，使水室?guī)訃姽芗帮L(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，水室快速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使水流離心增壓，噴射液體速度加快，反過來又促進(jìn)噴霧推進(jìn)霧化裝置的轉(zhuǎn)速增大，最后將水流的大部分能量轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，使熱水霧流與冷風(fēng)得到充分熱交換，達(dá)到循環(huán)水降溫的目的。

2.2.2 水力噴霧推進(jìn)通風(fēng)冷卻塔的優(yōu)點

采用新型的水力噴霧推進(jìn)通風(fēng)冷卻塔，在“收斂—擴(kuò)張”型塔體內(nèi)裝設(shè)多個“噴霧推進(jìn)霧化裝置”，該裝置工作水壓低（0.12MPa）﹑風(fēng)量大（該裝置風(fēng)量300萬m3/h，電機(jī)驅(qū)動強(qiáng)制通風(fēng)風(fēng)量只有240萬m3/h）﹑霧化效果好，可同時作霧化器和抽風(fēng)機(jī)，使其在不增加動力條件下，對水霧進(jìn)行強(qiáng)制對流散熱，從而取消傳統(tǒng)的填料和風(fēng)機(jī)。本冷卻塔具有溫降大能耗低﹑造價低﹑結(jié)構(gòu)簡單﹑維修量少﹑運動可靠﹑冷效穩(wěn)定的優(yōu)點。

3 改造后的效益分析

凝汽系統(tǒng)改造完成后，每小時比目前能多發(fā)電量1萬kW·h。6月～9月份運行時間（122-10）×24×2=5376小時，考慮期間單機(jī)檢修10天，每年增加發(fā)電量5376萬kW·h。上網(wǎng)不含稅電價0.3145元/kW·h，發(fā)電成本如果按照0.207元/kW·h計算，每年增加利潤577.92萬元，可見經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)論

通過對電廠凝汽系統(tǒng)的改造，提高了電廠機(jī)組的真空度，使機(jī)組能夠在各種工況下滿負(fù)荷運行，為電廠取得了更大的經(jīng)濟(jì)效益，同時給國內(nèi)50mW同類機(jī)組進(jìn)行類似的改造提供了很好的借鑒作用。