電站凝汽器改造性能分析與評價

陳義森

（國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250002）

電站凝汽器改造性能分析與評價

陳義森

（國網山東省電力公司電力科學研究院，濟南250002）

介紹145MW機組凝汽器改造的原因、技術方案和性能指標。為驗證改造效果，在改造前后分別進行了凝汽器性能試驗，根據測試和計算結果對凝汽器壓力、端差、水阻、凝結水過冷度等重要指標在相近條件下進行了對比分析，結果均達到性能保證值。對凝汽器改造后的換熱性能、經濟性、可靠性以及影響凝汽器的因素進行了分析評價，提出了進一步提高凝汽器運行性能的建議，供同類型機組凝汽器改造借鑒。

凝汽器；改造；分析評價

0 引言

某145 MW機組自投產以來就存在凝汽器壓力高（真空偏低）問題，導致機組帶負荷能力降低，熱耗偏高，夏季尤為明顯。造成機組真空偏低的原因有如下幾方面：凝汽器實際運行熱負荷偏大，在機組140 MW純凝工況下，凝汽器運行熱負荷超出凝汽器設計熱負荷約16%～17%；凝汽器端差比設計端差分別高0.6～1.2℃以上（140～145 MW純凝工況）；凝汽器壓力比設計值高0.6 kPa以上（140 MW純凝工況）；另外還有凝汽器堵管數較多，凝汽器換熱能力下降過快等。為解決機組上述問題，提高機組經濟性，經多方考察和論證，決定對凝汽器進行改造。為驗證改造效果，改造前、后分別進行了凝汽器性能試驗，根據性能試驗測試和計算結果，對凝汽器重要指標進行對比分析，并對改造后凝汽器的運行和維護提出指導性意見。

1 改造方案

針對該凝汽器的實際運行熱負荷高的特點，增加冷卻面積，重新優化設計凝汽器的內部結構、更換冷卻管為TP304不銹鋼管（原為銅管）和凝汽器內部有關部件，采用高效的內部抽汽裝置的逆流換熱設計和抽汽口的合理布置，對水室進行改造，以克服原設計前水室偏大和后水室偏小的不合理造成布水不均和水阻高的問題。改變中間支撐隔板間距，在管束排布、汽側通過適當的擋汽板及及擋水板等附件設置充分考慮組織蒸汽流動，使達到管束熱負荷均勻，提高凝汽器傳熱系數，保持小的凝汽器端差；同時保證有少量蒸汽直達熱井凝結水表面加熱凝結水，保持凝汽器良好高效的傳熱和除氧效果，保持較小的凝汽器端差和凝結水過冷度。

凝汽器型式為單背壓、雙流程、單殼體、表面式，改造前后凝汽器主要技術規范見表1。

表1 凝汽器主要設計技術規范

改造后凝汽器主要性能指標。機組純凝135MW工況下，凝汽器循環水入口溫度20/33℃，循環水量17 900 t/h，凝汽器的最低背壓值不大于4.9/10.02kPa。在設計條件下水側阻力小于48 kPa。凝汽器傳熱端差小于4℃。凝結水過冷度小于0.5℃。

2 改造前后性能試驗結果比較

2.1 試驗條件

凝汽器改造前性能試驗時，機組負荷為120MW，真空下降率為0.256 kPa/min，機組真空嚴密性合格；凝汽器改造后性能試驗時，機組負荷為135 MW，真空下降率為0.163 kPa/min，機組真空嚴密性合格。

在進行凝汽器改造前、改造后試驗時，循環水泵、射水抽氣器的運行方式相同，均為A射水抽氣器、B循環水泵高速運行模式；凝汽器冷卻水進、出口門蝶閥開度均為100%。

2.2 凝汽器傳熱端差及壓力

凝汽器改造前、后性能試驗時，冷卻水進口溫度和冷卻水流量均不同，為便于對凝汽器改造前、后性能進行比較，在計算過程中，將改造前、后性能試驗計算結果均在相同的冷卻水流量和進口溫度下進行了修正。凝汽器改造前、后凝汽器端差及壓力變化見表2、表3（因篇幅所限，沒有列出25℃、30℃凝汽器入口循環水溫度的修正數據）、圖1、圖2。

表2 在冷卻水進口溫度20℃條件下凝汽器改造前、后性能試驗結果比較

表3 在冷卻水進口溫度33℃條件下凝汽器改造前、后性能試驗結果比較

圖1 凝汽器壓力與機組負荷、冷卻水溫度間關系

圖2 凝汽器端差與機組負荷、冷卻水溫度間關系

由表2、表3及圖1、圖2可以看出，改造后凝汽器端差和凝汽器壓力下降幅度較大，端差小于2.4℃，達到小于4℃保證值；135 MW工況下的壓力分別下降0.618 kPa、1.066 kPa。135 MW工況下的試驗結果修正到設計冷卻水流量17 900 t/h、進口冷卻水溫度20℃條件下，凝汽器壓力為4.562 kPa，達到并優于設計保證值（4.90 kPa）；135 MW工況下的試驗結果修正到設計冷卻水流量17 900 t/h、進口冷卻水溫度33℃條件下，凝汽器壓力為9.034 kPa，達到并優于設計保證值（10.02 kPa）。

在冷卻水進口溫度和冷卻水流量相同的條件下，隨著機組負荷升高，凝汽器改造后性能提高幅度逐漸增大；相同機組負荷條件下，隨著凝汽器進口冷卻水溫度的升高，凝汽器改造后性能提高幅度也逐漸增大，機組在夏季高負荷運行時的性能有更為顯著的提高。

在凝汽器進口冷卻水溫度和流量相同的條件下，隨著機組負荷的升高，凝汽器壓力和傳熱端差改造后的變化趨勢相對于改造前變緩，主要原因是改造后的凝汽器換熱面積顯著增大，具備容納更多熱負荷的能力，其換熱性能較改造前更加穩定。

2.3 凝汽器水阻及過冷度

將試驗水阻修正到設計冷卻水流量（17900t/h）時，凝汽器A側水阻為58.748kPa，B側水阻為55.906 kPa，凝汽器兩側水阻均超過設計保證值（48 kPa），主要原因是改造后凝汽器通流面積減小。

在不同負荷下，凝結水過冷度最大為0.349℃，達到小于0.5℃的設計值。

3 凝汽器改造后的技術經濟效益

由凝汽器壓力對熱耗率的修正關系和供電煤耗率與汽輪機熱耗率的關系，經計算得到凝汽器改造前后供電煤耗率變化數值，冷卻水流量17 900 t/h，入口冷卻水溫度20℃供電煤耗率變化如表4所示，冷卻水流量17 900 t/h，入口冷卻水溫度33℃供電煤耗率變化如表5所示。

由表4、表5的結果看出：凝汽器改造后，隨著機組負荷的增加和循環水溫度的升高，凝汽器改造所得到的效益越高。在鍋爐熱效率和管道效率一定的情況下，凝汽器壓力在4.0～4.9 kPa的變化范圍內，凝汽器壓力降低1kPa，機組供電煤耗降低約2.001g/kWh；凝汽器壓力在4.9～10 kPa的變化范圍內，凝汽器壓力降低1 kPa，機組供電煤耗降低約3.127 g/kWh。

表4 凝汽器改造前、后供電煤耗率變化數值

表5 凝汽器改造前、后供電煤耗率變化數值

4 改造分析和評價

4.1 換熱性能分析

凝汽器改造后，換熱管由銅管更換為不銹鋼管，主凝結區冷卻管規格由D25mm×1mm變為D18mm× 0.5 mm，換熱面積由7 600 m2增大為9 500 m2，通流面積由2.551 m2減少為2.422 m2。不銹鋼管相對于銅管導熱系數低，但因壁厚變薄可以降低部分熱阻，如果凝汽器冷卻水流量不變，通流面積的減小使冷卻水在管你的流速升高，又提高了管內對流換熱系數，再考慮不銹鋼管表面清潔系數高和管束排列方式優化等因素，后四項可能抵消不銹鋼導熱系數低對傳熱性能的影響，表2、表3和圖2都說明凝汽器改造后傳熱端明顯差降低，凝汽器改造后的整體換熱性能提高。

4.2 可靠性分析

該機組投產時間不到10年，堵管數已較多，這主要是銅管容易發生泄漏造成的。不銹鋼管具有優良的耐腐蝕性、耐高速水流的沖刷性和抗氣蝕性，將很大程度地提高冷卻管的壽命，從而相應提高凝汽器的壽命；不銹鋼管安裝工藝手段大大降低了凝汽器泄漏的可能性，凝汽器的無泄漏、［6］CHEN Y，BOSE A.Security analysis for voltage problems using a reduced model［J］.IEEE Trans on Power System，1990，5（3）：933-940.

［7］薛禹勝，徐泰山，劉兵，等.暫態電壓穩定性及電壓跌落可接受性［J］.電力系統自動化，1999，23（14）：4-8.

［8］楊冬，劉玉田，牛新生.分區電網限流運行方式的綜合決策方法［J］.電力系統自動化，2010，34（12）：34-38.

Performance Analysis and Evaluation for Power Plant Condenser after Reconstruction

CHEN Yisen
（State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250002，China）

The reconstruction reason，technical scheme and performance indicators of 145 MW unit condenser are introduced in detail.Condenser performance tests before and afte r reconstruction are conducted in order to verify the effect of the reconstruction.Under similar conditions，comparative analysis of various important indicators，such as condenser pressure，terminal temperature difference，water resista nce，the condensate supercooling degree are provided both for the test results and for calculation.Test results show that all guaranteed values have been achieved.Analysis and evaluation are also given on the condenser heat exchange performance，economic efficiency，reliability and the influencing factors of condenser.Suggestions for further improvement concerning condenser operation performance are put forward for reference of the reconstruction of condenser for the same type unit.

TK264.1+1

B

1007－9904（2015）02－0069－03

2014-07-20

王超（1981），男，高級工程師，從事電網調度運行、電網規劃等工作；

崔力勃（1969），男，工程師，從事電網規劃、負荷預測、業擴報裝、電網運行等工作；

袁森（1978），男，高級工程師，從事調度計劃、負荷預測、調度運行等工作；

張菁（1982），女，從事負荷預測、企業管理等工作；

程濤（1981），男，工程師，從事負荷預測，電網規劃等工作。