某廠600 MW超臨界機組真空下降診斷分析

盧承斌

(江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京211102)

汽輪機系統中，凝汽器真空是對效率影響最大的因素，也是機組實際運行中最易偏離設計值的參數，常常是技術人員需要診斷分析和運行優化的內容。影響真空的因素眾多，牽涉到多個分系統的運行狀況，同時各因素間又互相牽聯，使得問題的原因更加復雜，給分析人員帶來較大的困難。

某廠1號、2號、3號汽輪機系東方汽輪機廠引進日立技術生產制造的超臨界600 MW凝汽式汽輪機，型號為CLN600-24.2/538/566，2005年陸續投運。2011年以來，尤其是進入夏季后，全廠3臺機組的真空，相比去年同期有明顯下降。與循環水取水位置相近沿江電廠的同類型機組相比，在同等負荷下，真空偏低超過1 kPa。在氣溫較高的條件下，機組已無法帶高負荷，對滿足電網的負荷要求以及機組的經濟性帶來顯著影響。

1 主要設備概況

主機額定技術參數：發電機功率600 MW，主蒸汽壓力24.2 MPa，主蒸汽溫度538℃，再熱蒸汽溫度566℃，凝汽器壓力4.9（4.4/5.4）kPa。

凝汽器技術參數：型號N-38000型,VWO工況設計循環倍率63，循環水溫升不超過10℃，設計水溫20℃。凝汽器設計端差4.78℃，循環水流量66 024 m3/h，管子總水阻71 kPa。循環水系統設有反沖洗管路，運行中可通過反沖洗管進行半側沖洗。凝汽器管束材料為TP317L的不銹鋼管，總有效冷卻面積不小于38 000 m2。凝汽器冷卻管總數量36 976根，具有5%以上的堵管冗余量，而不影響機組帶負荷能力。

抽真空系統配置3臺納西姆真空泵廠生產的2BE1-353-0型水環式真空泵，正常運行工況下二運一備。其中2號/3號機增加了大氣噴射器。每臺機組配置2臺循環水泵，是長沙水泵廠生產的80LKXA-19.5型混流泵。水泵銘牌工況點（夏季工況，2臺泵并列運行），單臺泵流量10 m3/s，揚程19.50 m，效率≥87%，軸功率2 154 kW，轉速370 r/min。夏季循環水用水量為凝汽器冷卻水量69 048 t/h，閉冷器冷卻水量2 500 t/h，凈化除灰用水量452 t/h，合計循環水量72 000 t/h（2臺泵）。

2 真空循環水系統現狀

3臺機組凝汽器真空嚴密性均良好（＜200 Pa/min），有的達到了優秀水平。機組水環真空泵，采用管殼式冷卻器，冷卻水為開式循環水。由于是單級泵，為改善抗汽蝕性能提高水溫適應性，2010年5月和2011年3月，分別在3號機和2號機3臺真空泵入口增加了大氣噴射器。為優化循泵運行方式降低電耗，2010年11月至12月，每臺機組各一臺泵進行了雙速改造，增加了330 r/min的低速檔。此后，在春夏季經常采用低速泵組合運行。

為分析機組真空下降的原因，查找相關系統的問題，現場對機組的循環水系統、抽氣系統及凝汽器運行進行了查看。同時利用DCS數據庫，針對不同的負荷段，選取各個典型工況，采集了今夏與去年同期的真空系統相關運行參數，進行整理計算和比較分析。

3 數據分析

3.1 分析工況

本次所取數據，全部采用機組DCS測點，選取3臺機組負荷穩定的時間段，盡可能時間相近，其分析工況如表1所示。

表1 1號/2號/3號機分析工況

3.2 結果數據

各工況數據，經整理計算后得到3臺機組真空循環水系統的參數指標,如表2—4所示。經檢查，該廠的兩個大氣壓力測點與實際偏差較大，尤其是去年的數據。對凝汽器絕對壓力、端差的計算有較大影響,相關結果僅作參考。分析時以排汽溫度和凝汽器真空為準。

(3)浮選過程中添加的藥劑具有一定的味道是烘干尾氣有異味的內因之一，因此在浮選生產操作中盡量做到精確加量，一方面可減少藥劑的浪費，另一方面可減輕烘干時尾氣中的異味。

3.3 指標參數分析

（1）凝汽器真空明顯降低。3臺機組各負荷下真空同比顯著降低，其1號機（見表2）在水溫相當，2臺循泵運行時，各負荷下真空降低1～2 kPa，排汽溫度均升高1.7～2.9℃；2號機（見表3）在類似情況下，真空降低0.8～1.4 kPa，排汽溫度平均升高1.6～3.1℃；3號機（見表4）今年循泵有兩個工況是一高一低運行，一個工況是單高速運行，而去年同期則全部是雙高速運行。在同樣雙高速運行的550 MW工況，真空降低1.5 kPa，排汽溫度平均升高3℃。

表2 1號機各負荷工況參數比較

表3 2號機各負荷工況參數比較

表4 3號機各負荷工況參數比較

（2）循環水溫升增大。雖然絕大部分工況循泵的運行方式相同，但循環水溫升卻有較大差別。1號機在負荷幾乎相同的450 MW工況，溫升偏高1.44℃。在負荷偏高8 MW的600 MW工況，溫升偏高1.8℃；在其他兩工況負荷均偏低，溫升卻仍偏高0.4℃和0.7℃。2號機各工況情況相似，溫升偏高達0.8～2.0℃。3號機，在循泵運行方式相同的550 MW工況，負荷偏低4 MW，溫升卻偏高1.38℃。對比各工況排汽溫度的變化，可以判斷循環水溫升升高是凝汽器真空降低的一個重要原因。

循環水溫升增大可能有兩方面原因，一是循泵流量的下降，二是凝汽器熱負荷的增加。循泵流量下降，可能是循泵本身性能的變差，也可能是循環水系統阻力特性發生變化，使得循泵工作點偏移，造成運行流量下降[1]。而在同樣電負荷下凝汽器熱負荷的增加，可能是系統內漏增大。也可能是汽輪機效率下降，導致進汽量增加。

（3）各工況凝汽器水阻均有增大，見表1—3。其中1號機450 MW工況增大22.9 kPa，增幅24%；560 MW工況偏大13.7 kPa，增幅10.8%；600 MW和500 MW工況增大為2.3 kPa和1.8 kPa。2號機，各工況水阻偏大在10.8～25.9 kPa，增幅10%～24%。3號機情況更為顯著，在循泵運行方式相同的550 MW工況，凝汽器水阻偏大43 kPa，增加63.6%。其他三個工況，兩個循泵高低速和一個單高速運行工況，較去年雙高速運行水阻卻增大37～43 kPa，增幅達55%～66%。

（4）泵出口壓力和揚程。據運行人員反映泵出口壓力有顯著增高。電廠邀請了水泵廠專家前來分析，發現以當前泵出口壓力估算，揚程偏高，流量將減小。電廠有意對泵進行改造，以增加流量。泵廠專家表示，在如此高揚程下增加流量，可能需同步增加電機容量。分析認為，雖然泵目前的運行揚程偏高，造成了流量偏小，但正常系統并不需要如此高的揚程，如果導致系統阻力增加的因素消除，流量就會增加。因此，需要對循環水管路進行檢查，同時對泵進行性能試驗，以驗證循環水泵性能是否正常。

（5）凝汽器端差。從表2—4看出，凝汽器端差也有明顯增加。在各影響因素中，3臺機組真空嚴密性一直較好，達到或接近優秀水平，不是主要原因。其次，循環水流量的減小也會使端差增加。第三，凝汽器水側換熱性能不佳是另一個不容忽視的因素。現場檢查發現，在循泵入口旋轉濾網處，有大量的貝殼積聚。其中大于濾網通徑的貝類，每天有數車。而一些稍小的貝殼，則進入到循環水系統。如果在換熱管內吸附積聚，則會影響換熱性能，同時也會增大流動阻力。

（6）真空泵運行。現場檢查各真空泵的運行數據如表5所示。

表5 真空泵運行狀況

從表5看出，真空泵的工作水溫普遍較高，在循環水溫度27℃時，已達到32℃以上，最高為37℃。在此水溫下，真空泵的性能和入口真空必然會受到影響。其中，1C和1A真空泵工作水溫降偏低。如冷卻水進口溫度均按27℃計算，冷卻器的端差（工作水入口溫度－冷卻水溫）達到7℃和10℃。3B和3A泵情況稍好，溫降約7℃，端差5℃。整體看，真空泵端差偏高，溫降偏小。

4 分析結論和建議

4.1 結論

（2）循環水流量減少的重要原因是凝汽器水阻增大。表2—4中各工況的循環水進、出水門均全開，不存閥門節流造成的流動阻力。因此整個系統阻力增大最主要的原因就是凝汽器水阻增大。該水阻不僅比去年顯著增加，絕對值也遠超過設計值。流量減小的另一個可能原因是泵性能下降，但要明確診斷需進行專項的性能試驗。

（3）凝汽器端差增大也是真空下降的另一個原因。雖然凝汽器端差僅供參考，但真空及排汽溫度數據顯示，凝汽器水側換熱效果不佳。本廠的循環水含沙量較大，目前水中的微生物及其它雜質偏多，會影響換熱效果。

（4）真空抽氣系統中，真空泵工作水溫偏高，影響了抽吸壓力，也是夏季影響真空的一個因素。其中工作水冷卻器端差較大，表明換熱管臟污或冷卻流量偏低[1]。

4.2 建議

（1）對凝汽器水室、全部換熱管內部、循環水管路中閥門濾網進行仔細檢查。認真清洗濾網和換熱管。采取有效措施，減少循環水中的貝類等生物，及時投用清理旋轉濾網，有效提高循環水水質。

（2）進行熱力系統檢查消缺，消除系統內漏，盡可能減少排入凝汽器的熱負荷。

（3）對真空泵冷卻器逐個檢查清洗，降低工作水溫。加強監視真空泵工作參數，如有異常及時切換。長遠計劃應實施工作水降溫改造。

（4）進行真空循環水系統試驗,分析循環水泵的性能及其他影響因素。

5 措施和結果

經初步診斷后，電廠利用2號機停機的機會，對凝汽器水室進行了檢查。發現凝汽器上部換熱管有近半管的泥沙和雜質沉積，通流面積嚴重減小。后來利用反沖洗系統，進行了長時間（8 h）反沖洗，再次停水檢查發現管內已恢復正常，凝汽器水阻和溫升也明顯降低。而檢查前，采用規程規定的沖洗時間2 h甚至4 h，均無太大效果。此外，又清洗了真空泵冷卻器，處理一些系統漏點。通過上述措施，2號機真空提高了1 kPa。其他機組通過相同措施，真空也有了顯著改善。

6 結束語

凝汽器真空下降是影響機組性能最主要因素，也是最常見的問題。通過對3臺600 MW機組真空系統的現場檢查，對運行歷史數據的計算分析，提出重要原因是凝汽器水阻異常增大導致的循環水流量減少。經檢查并處理，真空得到有效改善。進一步分析認為，換熱管內泥沙及雜質的沉積，與循泵雙速改造后的低速運行有關，低速時流速減小約11%，應引起類似機組的重視。

[1]郭立君.泵與風機[M].北京：中國電力出版社，2004.