直接空冷機(jī)組高背壓供熱改造分析

劉冬升，王文營(yíng)

(1.河北華電石家莊鹿華熱電有限公司，石家莊　050200；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊　050021)

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直接空冷機(jī)組高背壓供熱改造分析

劉冬升1，王文營(yíng)2

(1.河北華電石家莊鹿華熱電有限公司，石家莊050200；2.國(guó)網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊050021)

摘要：針對(duì)直接空冷機(jī)組熱效率低、冷端損失大、經(jīng)濟(jì)性差的問(wèn)題，提出直接空冷機(jī)組高背壓供熱的改造方案，從改造后經(jīng)濟(jì)性和安全性方面對(duì)該方案進(jìn)行分析，認(rèn)為該方案改善了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，增加了機(jī)組供熱能力，降低了發(fā)電煤耗，并對(duì)其安全性方面存在的問(wèn)題提出相關(guān)處理措施及建議。

關(guān)鍵詞：直接空冷；高背壓供熱；節(jié)能；防凍

河北華電石家莊鹿華熱電有限公司(簡(jiǎn)稱“鹿華熱電”)汽輪機(jī)采用亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸、雙排汽、直接空冷抽汽凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為CZK330-16.7/0.4/537/537。主要技術(shù)參數(shù)為：汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力16.7 MPa，汽輪機(jī)進(jìn)汽溫度537 ℃，再熱蒸汽溫度537 ℃，額定背壓15 kPa，夏季背壓33 kPa，阻塞背壓8 kPa。額定抽汽工況：抽汽量550 t/h，電負(fù)荷264 MW，蒸發(fā)量1 167 t/h。鹿華熱電主要承擔(dān)石家莊市西部城區(qū)采暖的供熱任務(wù)，2臺(tái)330 MW供熱機(jī)組于2011年10月25日、12月24日投產(chǎn)發(fā)電。

1直接空冷機(jī)組存在的問(wèn)題

直接空冷系統(tǒng)的汽輪機(jī)低壓缸排汽直接進(jìn)入空冷島翅片管束，空氣通過(guò)空冷風(fēng)機(jī)以一定流速流過(guò)空冷島的翅片管束，將汽輪機(jī)排汽直接冷凝結(jié)成水。直接空冷機(jī)組與濕冷機(jī)組相比，省水約65%，節(jié)水效果明顯。直接空冷機(jī)組的總熱效率較低，其中通過(guò)空冷島排放到大氣中的能量約占總能量的50%以上，大量的余熱未被利用。

2高背壓供熱原理

高背壓供熱改造不改變機(jī)組空冷島現(xiàn)狀，汽輪機(jī)及原抽汽不做任何更改，在鹿華熱電1號(hào)機(jī)組增設(shè)1臺(tái)高背壓凝汽器，回收汽輪機(jī)排汽余熱對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)回水進(jìn)行初級(jí)加熱。如圖1，1號(hào)機(jī)組低壓缸排汽至空冷島進(jìn)汽總管中引出一路蒸汽至高背壓凝汽器，通過(guò)調(diào)整空冷島背壓和低壓缸進(jìn)汽量，調(diào)節(jié)高背壓凝汽器進(jìn)汽量。高背壓凝汽器抽真空管路接入1號(hào)機(jī)組抽真空管路，供熱凝汽器的凝結(jié)水回收至1號(hào)機(jī)組排汽裝置。

高背壓供熱凝汽器與原熱網(wǎng)加熱器采用串聯(lián)布置方式。熱網(wǎng)循環(huán)回水首先進(jìn)入高背壓凝汽器進(jìn)行初級(jí)加熱，然后進(jìn)入熱網(wǎng)循環(huán)泵升壓，送至熱網(wǎng)加熱器入口母管。熱網(wǎng)循環(huán)水回水經(jīng)高背壓凝汽器初級(jí)加熱，水溫由55 ℃加熱至68 ℃，然后經(jīng)熱網(wǎng)循環(huán)水泵進(jìn)入原熱網(wǎng)加熱器對(duì)熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行二級(jí)加熱。

圖1　鹿華熱電高背壓供熱改造原理

3改造方案分析

3.1經(jīng)濟(jì)性分析

高背壓供熱利用低壓缸排汽加熱熱網(wǎng)循環(huán)回水，可利用乏汽供熱，將余熱損失降低為0，增加機(jī)組總供熱量，降低機(jī)組煤耗，減少二氧化碳等廢氣排放。高背壓供熱運(yùn)行期間，汽輪機(jī)排汽大部分進(jìn)入供熱凝汽器，空冷風(fēng)機(jī)停運(yùn)，可降低空冷風(fēng)機(jī)電耗。供熱初、末期供熱負(fù)荷較小，高背壓供熱系統(tǒng)可以滿足熱網(wǎng)供熱要求時(shí)，原熱網(wǎng)加熱器不進(jìn)抽汽，進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器的蒸汽量可用于發(fā)電負(fù)荷，增加機(jī)組發(fā)電能力。

3.2安全性分析

直接空冷機(jī)組進(jìn)行高背壓供熱改造后，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性明顯提高，但高背壓改造后對(duì)機(jī)組安全性造成一定影響。

3.2.1低壓缸末級(jí)葉片的安全性

機(jī)組進(jìn)行高背壓供熱改造后，采暖季需提高機(jī)組背壓運(yùn)行，為充分利用機(jī)組余熱，需將機(jī)組背壓提高至額定背壓，當(dāng)機(jī)組背壓高于額定背壓時(shí)，排汽溫度高于額定背壓下的飽和溫度，低壓缸末級(jí)葉片會(huì)發(fā)生鼓風(fēng)發(fā)熱。當(dāng)?shù)蛪焊啄┘?jí)葉片長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生鼓風(fēng)，低壓缸進(jìn)入危險(xiǎn)運(yùn)行工況。

熱網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生泄漏或熱網(wǎng)循環(huán)水泵跳閘使熱網(wǎng)水流量驟減時(shí)，熱網(wǎng)循環(huán)水量無(wú)法冷卻低壓缸排汽，會(huì)造成機(jī)組背壓升高，而此時(shí)機(jī)組背壓已在額定背壓或接近額定背壓下運(yùn)行，對(duì)低壓缸末級(jí)葉片安全性造成較大影響，尤其當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)水量大幅減少，機(jī)組背壓迅速上升時(shí)。

3.2.2機(jī)組水質(zhì)的影響

高背壓供熱投運(yùn)前，必須對(duì)高背壓供熱凝汽器進(jìn)行汽側(cè)沖洗，通過(guò)排污泵將不合格的沖洗水外排，待水質(zhì)合格后，將凝結(jié)水回收至排汽裝置。由于高背壓凝汽器處于真空系統(tǒng)，高背壓凝結(jié)水與機(jī)組排汽裝置通過(guò)管路連接，沖洗水可能通過(guò)管路上關(guān)閉不嚴(yán)的閥門(mén)進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)，對(duì)凝結(jié)水水質(zhì)造成影響，使凝結(jié)水鐵含量短時(shí)超標(biāo)。

3.2.3空冷島翅片防凍的影響

防凍問(wèn)題是空冷機(jī)組最重要的問(wèn)題，特別是在我國(guó)北方嚴(yán)寒地區(qū)，空冷凝汽器凍結(jié)是常見(jiàn)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。空冷凝汽器管內(nèi)蒸汽通過(guò)換熱管及翅片把熱量傳給管外空氣，使蒸汽凝結(jié)，當(dāng)管內(nèi)蒸汽量過(guò)小或管外空氣量過(guò)大時(shí)，蒸汽在管束中沿管長(zhǎng)大部分提前凝結(jié)為水并沿管壁向下流動(dòng)，且在流動(dòng)過(guò)程中繼續(xù)被冷卻。當(dāng)溫度下降至0 ℃以下時(shí)，流體開(kāi)始凍結(jié)。隨著流體不斷向管壁放熱，凍結(jié)程度不斷加劇，最后液體變成固體，凝結(jié)為冰。凍結(jié)現(xiàn)象發(fā)生以后，蒸汽流道變窄，空冷翅片管內(nèi)流體出現(xiàn)流動(dòng)速度慢、流動(dòng)中止或斷流等現(xiàn)象，進(jìn)一步加劇空冷翅片管內(nèi)流體凍結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)會(huì)凍壞冷卻管束[1]。

高背壓供熱期間，低壓缸排汽進(jìn)入高背壓凝汽器，空冷島停運(yùn)列的進(jìn)汽隔離閥關(guān)閉，如進(jìn)汽隔離閥關(guān)閉不嚴(yán)，有少量蒸汽漏流，空冷島管束增加了凍結(jié)風(fēng)險(xiǎn)。

空冷島每一列的始端和末端翅片最先出現(xiàn)變形。空冷島翅片管束變形會(huì)從S型(見(jiàn)圖2)發(fā)展至Z型(見(jiàn)圖3)。S型變形一般為彈性變形，可以隨著翅片管束的回暖恢復(fù)。Z型變形為永久性變形，不會(huì)隨著翅片管束的回暖恢復(fù)。

圖2　空冷島翅片管束局部變S形

3.2.4機(jī)組真空系統(tǒng)嚴(yán)密性的影響

高背壓凝汽器進(jìn)汽管路直接取自空冷島進(jìn)汽總管，閥門(mén)直徑3 m左右，直徑較大，受閥門(mén)開(kāi)關(guān)數(shù)次和受熱以及閥門(mén)本身質(zhì)量的影響，閥門(mén)難以保持嚴(yán)密。

供熱期過(guò)后，由于高背壓凝汽器進(jìn)汽閥門(mén)不嚴(yán)，高背壓凝汽器內(nèi)真空與機(jī)組真空一致，對(duì)機(jī)組真空嚴(yán)密性造成一定影響，而此時(shí)無(wú)法打開(kāi)高背壓凝汽器汽側(cè)入孔門(mén)進(jìn)行內(nèi)部檢修，只能利用停機(jī)時(shí)間對(duì)高背壓凝汽器進(jìn)行汽側(cè)檢修。

圖3　空冷島翅片管束局部變Z形

4處理措施

4.1保障低壓缸末級(jí)葉片安全性的措施

為保證機(jī)組安全，應(yīng)控制低壓缸排汽流量，保證低壓缸流量大于低壓缸最小冷卻流量，控制低壓缸排汽溫度不大于額定壓力下的飽和溫度。當(dāng)?shù)蛪焊啄┘?jí)葉片發(fā)生鼓風(fēng)，低壓缸進(jìn)入危險(xiǎn)運(yùn)行工況時(shí)，應(yīng)增加低壓缸進(jìn)汽流量，或通過(guò)停運(yùn)列空冷島進(jìn)汽閥門(mén)，調(diào)整空冷風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低機(jī)組背壓，使低壓缸末級(jí)葉片脫離鼓風(fēng)區(qū)域。

通過(guò)低壓缸末級(jí)葉片監(jiān)視軟件，在低壓缸末級(jí)葉片鼓風(fēng)摩擦?xí)r，及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒操作人員注意，及時(shí)做出調(diào)整，縮短危險(xiǎn)工況運(yùn)行時(shí)間。當(dāng)熱網(wǎng)循環(huán)水量大幅減少時(shí)，立即開(kāi)啟空冷島進(jìn)汽隔離閥門(mén)，投運(yùn)空冷島風(fēng)機(jī)，降低機(jī)組背壓。

4.2保障機(jī)組水質(zhì)的措施

機(jī)組檢修期間，對(duì)高背壓凝汽器凝結(jié)水與機(jī)組凝結(jié)水相連管路上的閥門(mén)進(jìn)行精細(xì)檢修，可增加一道手動(dòng)截止閥，增加閥門(mén)的嚴(yán)密性。

在接近供熱前的檢修期間，可通過(guò)外接除鹽水或凝結(jié)水對(duì)高背壓凝汽器汽側(cè)進(jìn)行數(shù)次沖洗，提高高背壓供熱投運(yùn)時(shí)高背壓凝汽器的沖洗水水質(zhì)，同時(shí)可以縮短高背壓凝汽器沖洗時(shí)間。

4.3保障空冷島翅片防凍的措施

機(jī)組檢修期間，對(duì)空冷島各列進(jìn)汽隔離閥門(mén)進(jìn)行精細(xì)檢修。高背壓供熱投運(yùn)時(shí)，空冷島某列進(jìn)汽閥門(mén)關(guān)閉后，可以用熱成像儀或點(diǎn)溫計(jì)比較閥門(mén)前、后溫度是否接近，來(lái)判斷閥門(mén)是否關(guān)閉嚴(yán)密。對(duì)于閥門(mén)嚴(yán)密的列，保持長(zhǎng)期停運(yùn)，減少進(jìn)汽閥門(mén)操作，同時(shí)用篷布覆蓋各空冷風(fēng)機(jī)的進(jìn)口格柵，減弱冷空氣對(duì)空冷島管束沖擊。對(duì)于閥門(mén)不嚴(yán)的列，可采取回暖措施，每日中午對(duì)閥門(mén)不嚴(yán)列的空冷島開(kāi)啟進(jìn)汽閥門(mén)40 min進(jìn)行回暖。在出現(xiàn)極寒天氣時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)空冷島管束翅片的變形檢查，一旦某列出現(xiàn)較大的S型變形或小的Z型變形時(shí)，應(yīng)開(kāi)啟此列空冷島進(jìn)汽隔離閥門(mén)，保持該列在極寒天氣時(shí)運(yùn)行。

4.4保障機(jī)組真空嚴(yán)密性的措施

機(jī)組檢修期間，對(duì)高背壓凝汽器進(jìn)汽閥門(mén)進(jìn)行精細(xì)檢修。高背壓供熱投運(yùn)前，對(duì)高背壓凝汽器水側(cè)進(jìn)行灌水查漏，防止水側(cè)管束泄漏進(jìn)入汽側(cè)。運(yùn)行期間通過(guò)真空嚴(yán)密性試驗(yàn)加強(qiáng)真空系統(tǒng)監(jiān)視，在機(jī)組真空嚴(yán)密性下降時(shí)及時(shí)對(duì)真空系統(tǒng)排查。

5改造效果

真接空冷機(jī)組進(jìn)行高背壓供熱改造后，節(jié)能效果顯著。鹿華熱電通過(guò)高背壓供熱改造，相比改造前增加供熱量143 MW，相當(dāng)于原熱網(wǎng)系統(tǒng)增加了接近200 t/h供熱抽汽，可實(shí)現(xiàn)年增加供熱量1 480 TJ，采暖季發(fā)電標(biāo)煤耗降低80～100 g/kWh，提高了機(jī)組的循環(huán)熱效率。

對(duì)直接空冷機(jī)組高背壓供熱改造給機(jī)組帶來(lái)的安全性影響采取上述針對(duì)性的保障措施，增加了高背壓供熱的安全性，解決了對(duì)低壓缸末級(jí)葉片安全性、機(jī)組水質(zhì)、空冷島翅片防凍、機(jī)組真空嚴(yán)密性造成的影響。

6結(jié)論及建議

直接空冷機(jī)組高背壓供熱改造充分利用了機(jī)組余熱損失，提高了機(jī)組循環(huán)熱效率，通過(guò)采取保障措施，可以增加高背壓供熱改造的安全性。對(duì)高背壓供熱改造后機(jī)組出現(xiàn)的新問(wèn)題應(yīng)認(rèn)真分析，如高背壓凝汽器沖洗泵為負(fù)壓系統(tǒng)運(yùn)行的泵，在設(shè)備選型時(shí)要充分考慮沖洗泵的氣蝕余量，保證沖洗泵的出力。對(duì)空冷島防凍、熱網(wǎng)循環(huán)水驟減等問(wèn)題應(yīng)制定專項(xiàng)預(yù)案。空冷島進(jìn)汽閥門(mén)不嚴(yán)，高背壓凝汽器漏汽、水側(cè)閥門(mén)泄漏，都會(huì)對(duì)機(jī)組安全性與經(jīng)濟(jì)性造成較大影響，因此對(duì)高背壓的安裝工藝、檢修質(zhì)量要求較高。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱麗霞.直接空冷汽輪機(jī)及其熱力系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

本文責(zé)任編輯：王麗斌

Direct Air Cooling Unit High Back Pressure Heating Reform Analysis

Liu Dongsheng1,Wang Wenying2

(1.Hebei Luhua Huadian Shijiazhuang Thermal Power Limited Company,Shijiazhuang 050200，China;2.State Grid Hebei Electric Power Reseach Institute,Shijiazhuang 050021, China)

Abstract:In view of the direct air cooling unit thermal efficiency is low, the cold end loss is big, economical efficiency, high back pressure heating of direct air-cooling units retrofit scheme, from after transforming economy and safety of this scheme is analyzed, put forward the corresponding modification measures and guarantee the safety of indicating the transformation effect.

Key words:direct air cooling;high back pressure heating;energy saving; antifreeze

中圖分類號(hào)：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1001-9898(2016)01-0048-03

作者簡(jiǎn)介：劉冬升(1987-)，男，助理工程師，主要從事電廠汽輪機(jī)專業(yè)技術(shù)管理等方面工作。

收稿日期：2015-09-12