660MW大型純凝發電機組真空系統提效優化

李偉林

(江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司，江蘇啟東 226246)

0 前言

江蘇大唐國際呂四港發電有限責任公司是近年投產的超超臨界純凝海水直冷發電機組，電廠填海而建，擁有得天獨厚的冷端循環水資源，設計之初就充分考慮要到利用周邊海域深層低溫海水提高循環效率。但實際運行中真空指標卻與設計初衷不符，2010-2013年平均真空完成值與內陸長江下游沿江電廠基本持平，甚至還有一定差距。是什么原因導致如此得天獨厚的環境資源沒能發揮優勢，本文將從冷端系統的各個方面分析呂四港電廠沒有發揮冷端優勢的原因，并以此提出同類機組可能共同存在的問題，探索解決方案。

1 冷端系統概況

呂四港電廠冷端系統凝汽器采用的是哈汽660MW超超臨界機組配套凝汽器，設備型號是N-31000-1，設計背壓4.9kPa，設計總有效換熱面積31000m2，設計循環水流量73900t/h，進水溫度20℃，單機配備兩臺長沙水泵廠生產的設計流量37800t/h循環水泵，真空泵配備3臺佛山水泵廠生產的水環式真空泵。凝汽器抽真空方式采用單抽串聯，入口循環水采用內外圈雙進雙出，并設置有二次濾網。

2 原因分析

2.1 凝汽器設計容量過小

呂四港電廠選配的凝汽器換熱面積為31000 m2明顯小于同類型電廠普遍配套的36000m2凝汽器，對比換熱面積小了13.8%導致凝汽器換熱效能偏低，影響機組真空。同時不同換熱面積對應的管數少總通流截面減小，導致循環水阻力增大循泵耗電更多，從熱力循環效率及廠用電方面都不合算。

2.2 循環水系統阻力大

呂四港電廠凝汽器入口循環水管道是L型布置，管道存在90°直角，且在凝汽器進口中心點前有一段高度為6米的上升管，也就是說循環水必須克服這6米的靜壓阻力才能進到凝汽器換熱，此種設計增加了循環水阻力。機組運行中必須保證循環水壓力在0.06MPa以上才能滿足凝汽器正常進水，從而需要運行更多的循環水泵維持較高的循環水壓力，直接后果是增加了循環水泵電耗。而間接帶來的問題是滿足凝汽器充滿水的循環水壓要求過高，在壓力波動的情況下頂部凝汽器管道空管問題更容易出現，不僅影響換熱管道壽命而且影響機組真空。國內循環水管道設計優秀的電廠比如上海外高橋第三電廠，其循環水管道布置方面完全避免90°直角，而且循環水管道架空布置，與凝汽器入口水平，完全沒有上升管，因而循環水運行壓力低只需要0.03MPa即可保證凝汽器管道全部充滿，同時低水壓運行增加了循環水在凝汽器內的換熱時間，提高換熱效率。對于循泵電耗方面，更低的水壓，循泵所需出力更小，電耗也相應更小。

2.3 抽真空方式不合理

原設計抽真空方式為，單抽真空管串聯兩個凝汽器。這種方式必然導致最遠端的吸入口負壓被近端的氣體排擠，形成遠端抽吸力不足。設計是雙背壓凝汽器，但實際運行中背壓差值極小，只有不到0.2kPa，達不到1kPa的設計背壓差。

2.4 沒有安裝水室真空泵，凝汽器鈦管頂部存在空管現象，影響換熱效率

由于凝汽器入口循環水管道低位布置，克服6米上升管道阻力后凝汽器頂部鈦管水壓力極低，循環水流速存在停滯現象，導致頂部鈦管內易聚集循環水內的空氣及漂浮雜質。個別機組甚至出現過低壓缸末級葉片出口排汽溫度與真空測點處排汽溫度一致的現象，說明從末級葉片出口至抽真空管道入口段鈦管換熱效率基本為零。

2.5 真空泵工作液采用循環水冷卻，夏季工況下真空泵出力受制于循環水溫度

水環式真空泵在工作液溫度超過35℃就極度的影響真空泵入口抽吸性能。如果凝汽器的真空嚴密性不夠好，在夏季真空泵無法勝任將凝汽器內不凝結氣體完全抽盡的任務。

2.6 凝汽器真空嚴密性不高，影響機組效率

3 對應的優化改造方案

1)基建設計初期，在投資許可的情況下盡量選用較大容積的凝汽器，或者后期發現凝汽器確實存在換熱面積偏少的情況下，爭取對凝汽器進行擴容改造。比如更換換熱能力更強的管道。

2)對循環水管道進行改造，消除90°直角彎頭，在循環水潔凈度合適的情況下，采用大孔徑的二次濾網，減小循環水管道阻力。在基建期可考慮抬高循環水管道高度的方案，盡量縮小循環水管道與凝汽器入口中心點的高度差。

3)抽真空方式改雙抽。通過改造把原來的串聯抽真空管從中間隔開，兩頭各自引管到不同的真空泵，同時運行兩臺真空泵分別對不同的凝汽器抽真空，改造后全年平均真空值提高0.5kPa，且完美實現雙背壓。對于多啟一臺真空泵多耗電的方面，還可進行進一步深度改造，在水環式真空泵入口加一級蒸汽噴射式抽真空噴管，兩個噴管分別各對應一個凝汽器，然后用一臺水環式真空泵對噴管進行二級抽真空。這樣不僅保留了雙抽，而且真空泵也少轉一臺節約廠用電，更重要的是采用兩級抽真空，能提高整個抽真空系統抽吸力，凝汽器背壓可達3.3kPa，并且抽吸能力不受減溫水溫度影響。

4)安裝水室真空泵。不定期的對凝汽器水室頂部進行抽真空，排除集聚空氣。配合膠球系統投運及循環水泵定期倒換契機，對凝汽器換熱管道進行沖洗。在循泵倒換時，通過延遲循泵停運時間，增啟循泵后對凝汽器進行高壓沖洗排汽，清除頂部管道內結垢及堵塞。必要時凝汽器可半側隔絕進行高壓水沖洗。

5)水環式真空泵冷卻器加冷媒進行降溫。如果生產現場中央空調冷凝水量足夠，可將空調冷凝水引入真空泵冷卻水進行降溫。還可采取直接加制冷機的方法對真空泵工作液進行降溫。最好的辦法是在真空泵前增加一級蒸汽噴射式抽真空噴管，采用本機或鄰機輔汽作為動力源，最終蒸汽疏水回收到凝汽器。這樣就不存在真空泵冷卻水溫度影響真空泵出力的問題了。

6)機組檢修時做好真空系統灌水查漏工作，同時對大小機缸體結合面認真進行抹膠密封。平時運行中嚴格定期進行真空嚴密性試驗，并積極開展真空查漏工作，配置真空查漏儀、設定專人緊盯真空嚴密性查漏處理，保障機組真空嚴密性試驗結果低于100Pa/min。設計基建期可考慮小汽輪機單獨配小凝汽器的方案，大機凝汽器與小機凝汽器通過熱井水下連接，這樣不僅杜絕了小機漏真空對大機的影響，同時小凝汽器也增大了整體凝汽器容積提高了換熱效果，有利于汽機效率提升與循泵電耗下降。

4 結論

綜合上述各項原因分析與改造建議，可總結出火力發電機組在機組冷端系統設計方面存在極大的潛力可挖。按照600MW級別純凝機組真空對供電煤耗的普遍影響來計算，每提高1kPa真空，對應機組供電煤耗下降3g/kW·h。也就是說真空如果提高0.2kPa，對應的供電煤耗下降0.6g/kW·h,而600MW以上級別機組的電廠煤耗每下降0.5g/kwh都接近要獲得500萬元的收益。真空系統的改造與提效無疑是極具經濟效益，在系統設計、運行管理方面還可以有很多的改造與優化，這必然是值得技術人員去攻堅克難。

[1]呂四港電廠循環水泵說明書[Z].長沙：長沙水泵廠有限公司，2007.

[2]呂四港電廠凝汽器說明書[Z].哈爾濱：哈爾濱汽輪機廠，2007.

[3]呂四港電廠真空泵說明書[Z].佛山：廣東佛山水泵廠，2007.