武鄉電廠2×600 MW機組增設尖峰冷卻工程淺析

劉振宇

（西山煤電集團公司發電分公司，山西 太原 030053）

·技術經驗·

武鄉電廠2×600 MW機組增設尖峰冷卻工程淺析

劉振宇

（西山煤電集團公司發電分公司，山西 太原 030053）

武鄉電廠#1、#2機組投運后，在夏天環境溫度高時，帶負荷能力不足，后經提高空冷風機轉速，帶負荷能力有所好轉，但是由于空冷系統設計存在問題，造成機組帶大負荷時背壓較高，不能滿足夏天帶滿負荷的要求，給機組的安全經濟運行帶來不利影響。為此提出解決方案，確定增設尖峰冷卻系統，并從改造總體設計、增設設備及系統、改造后效益等方面進行了分析。

空冷風機；背壓較高；尖峰冷卻系統；分析

1 背 景

武鄉電廠#1、#2汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產的NZK600-16．7／5538／538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。汽輪機排汽采用直接空冷方式，設計換熱面積1 379 591 m2，迎風面風速1．995 m／s，電機功率75 kW，風機直徑9 144 mm，數量64臺，管束型式為三排管。兩臺機組分別于2006年10月7日和2007年1月7日投運。機組自投運以來因空冷島設計問題（主要是迎風面風速太小）造成過夏帶負荷能力不足且高背壓運行，當環境溫度達到30℃及以上時運行背壓在32 kPa以上，運行很不經濟，有時需要降負荷運行。同時電網調度對電量考核越來越嚴，對帶不上電網所給負荷值的機組要進行考核。

2006年9月，#1機組168 h試運期間在帶597 MW負荷時發現機組背壓偏高，當時環境溫度23℃，64臺風機全速110%運行，背壓26．6 kPa，過夏帶負荷能力明顯不足；經過與空冷廠家聯系并計算后提高風機轉速到120%，帶負荷能力有所提高，但TRL工況背壓仍較設計值偏高5～10 kPa，環境溫度越高偏差值越大，最大時能達到15 kPa，如：2007年6月5日，#2機組帶600 MW負荷，環境溫度28．4℃，背壓35．6 kPa，空冷風機電耗較設計考核值增大1 000 kWh左右。2009年6月24日，環境溫度37．6℃，#2機組帶600 MW負荷、噴淋水100%投運時的背壓為37 kPa。2010年7月29日，環境溫度40℃，風機全速120%、投噴淋水50%條件下，#1、#2機組最大負荷分別為490 MW、450 MW，遠達不到600 MW要求，背壓32．8 kPa。隨著機組運行時間的增加，空冷管束換熱效果會降低，空冷過夏帶負荷能力與高背壓運行的問題會更加突出。

2 實施方案

2010年8月，通過對采用濕式尖峰冷卻器、采用直接空冷（增加空冷島換熱面積）與采用表凝式間接空冷三個方案的全面比較，綜合考慮現場布置、投資費用、環保要求等多方面因素后，推薦采用濕式尖峰冷卻器方案。

2．1 總體改造方案

#1、#2機組在原有2根DN6000的豎直大排汽管道上各接出1根DN1800管道，匯合成DN2400的管道，接到尖峰凝汽器（每臺機設1臺）入口，在管道上設有膨脹節和電動蝶閥。在夏季機組運行背壓高時，打開電動蝶閥使一部分蒸汽流至凝汽器冷卻，緩解直接空冷散熱器的壓力，以達到降低背壓的目的。春、秋、冬季機組運行背壓較低時，關閉閥門，使全部排汽通過直接空冷散熱器冷卻。尖峰凝汽器通過新裝的機力冷卻塔和循環水進行冷卻，尖峰冷卻器凝結水自流到主機排汽裝置，抽空氣系統與主機相連。每臺機組設計抽出175 t／h蒸汽，循環冷卻水量6 000 t／h（配套2臺機力通風冷卻塔），所配凝汽器面積1 800 m2（TP304材質），環境溫度高于25℃投運該系統，改造前夏季滿發背壓32 kPa，改造后夏季滿發背壓28 kPa，可降低背壓4 kPa，降低發電煤耗5 g／kWh，提高了機組運行經濟性及帶負荷能力，并可免于電網調度考核。

2．2 增加的有關設備及系統

循環冷卻水系統：設2根d920的循環冷卻水供回水母管至凝汽器。凝汽器設有膠球清洗裝置。

蒸汽系統：從主機排汽管道上接出DN2400的蒸汽管道至凝汽器，上設膨脹節和電動蝶閥。

凝結水系統：排汽通過凝汽器冷卻后的凝結水通過自流回至主廠房0 m層的排汽裝置，與直接空冷散熱器冷卻后的凝結水混合后，進入主機凝結水系統。

抽真空系統：真空系統接至主廠房內抽真空管道，以維持凝汽器的真空。

根據二期預留機力通風冷卻塔和輔機循環水泵房場地條件，循環水系統擬采用母管制供水系統，即2臺機配3臺循環水泵、2臺機力通風冷卻塔、供回水母管各1條。

循環水泵：2臺機組設3臺循環水泵，沒有設備水泵，流量3 305～5 428 m3／h。

機力塔：在二期預留場地上建兩臺機力通風冷卻塔（占地面積38 m×23．2 m）。每臺機力通風冷卻塔循環水量6 000 m3／h，淋水面積為20．8×20．8 m2，冷卻塔總高度19 m。

主循環水管道：與兩臺機A列布置的凝汽器出入口相連接的循環水管道在空冷平臺下并穿越廠區道路埋地敷設；循環水管道擬采用一條DN1400供水管、一條DN1400回水管。

補給水系統：本項目原補給水接自原有補給水系統，計劃將污水廠處理后的中水直接補入塔內水池。

循環水處理系統：采用一期循環水加藥系統。維持循環水濃縮倍率在3．5倍左右。

電氣部分：對廠用電負荷進行核算，電廠現有的高壓廠變和化學水干變容量能滿足本期所增負荷的需要。

熱工控制部分：采用DCS系統控制，信號納入原DCS系統中：單元機組部分控制（包括凝汽器系統等）納入原汽機DCS系統，公用部分控制（包括循環水泵、機力塔等）納入原公用DCS系統。

3 工程造價

#1、#2機組技術改造可研投資估算3 807萬元。

該項目作為節能技改工程獲得了世行GEF火電效率贈款資金1 051萬元，主要用于設備采購（真空蝶閥、金屬膨脹節、膠球清洗裝置、高壓控制裝置與電纜、控制系統和現場儀表、循環水供水裝置）。技改工程總投資3 784萬元（包括世行增款資金），實際投資2 733萬元。

4 效益分析

2012年6月1日，#1機尖峰裝置試運行，負荷453 MW，環境溫度25℃，真空由68 kPa提高至72 kPa。2012年6月7日#2機尖峰裝置試運行，負荷466 MW，環境溫度21℃，真空由72 kPa提高至76 kPa。基本達到設計目標，詳細節能數據見表1，表2。

表1 #1機節能數據表

通過參數對比，#1機真空提高平均值為3．17 kPa。#2機真空提高平均值為3．43 kPa。兩臺機組真空提高平均為：3．3 kPa。真空提高1 kPa可降低煤耗約1．25 g／kWh。單臺機可降低煤耗約：1．25 g／kWh×3．3=4．125 g／kWh。

尖峰裝置年運行小時數為（4月底至9月底）：

單臺機組每年煤耗可降低：

每噸標煤按770元（含稅）計算，則單臺機組每年可節約資金：

770元／t×5 593．5t／年=430．699 5萬元／年

兩臺機組每年可節約資金：

518．672萬元×2=861．399萬元

每年尖峰設備運行用水量及用電量費用：

設計水耗每小時353 m3，水費按2．1元／m3計算；設計電耗每小時1 570 kWh，電價按照成本價0．32元／kWh計算：

353×2260×2．1元=167．54萬元

1 570×2 260×0．32元=113．54萬元

兩項合計：

167．54萬元+113．54萬元=281．08萬元

綜上所述兩臺機組每年可節省費用：

861．399萬元-281．08萬元=580．319萬元

按實際投資2 733萬元計算，則不到5年即可收回投資成本。

上述計算未考慮投運尖峰系統增加電量帶來的收益和減少調度考核的收益。另外實際投運尖峰系統可以從4月份投運一直持續到10月底，投資效益會更加顯著。

表2 #2機節能數據表

［1］ 李 青，公維平．火力發電廠節能和指標管理技術［M］．北京：中國電力出版社，2009：41-42．

［2］ 汪 耕，李希明．大型汽輪發電機設計制造與運行（精）［M］．上海：上海科技出版社，2010：69-72．

Analysis on Installing Peak Cooling Engineering of 2×600 MW Unit in Wuxiang Power Plant

Liu Zhen-yu

After#1 and#2 unit of Wuxiang power plant put into operation，when the ambient temperature is high in summer，loading capacity is obviously insufficient．After increase the air cooling fan speed，load carrying capacity has improved，but because of the existing problems in the design of air cooling system，cause the units with high load，backpressure is high，can not meet the requirements of the summer with full load，bring about adverse influence to the safe and economic operation of the units．Therefore proposes solutions，determines adding the peak cooling system，and has carried on the analysis from the transformation overall design，the adding equipment and system，the efficiency reformed and other aspect．

Air cooler；Higher backpressure；Peak cooling system；Analysis

TD612

B

1672-0652（2013）10-0055-03

2013-07-02

劉振宇（1980—），男，山西忻州人，2003年畢業于中國礦業大學，工程師，主要從事火電廠技術管理工作（E-mail）15840513＠qq．com