外置蒸汽冷卻器在某1000 MW超超臨界機組的應用

左　帥，李　偉

（1. 國家電投協鑫濱海發電有限公司，江蘇濱海224500；2. 華能玉環電廠，浙江玉環317604）

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外置蒸汽冷卻器在某1000 MW超超臨界機組的應用

左帥1，李偉2

（1. 國家電投協鑫濱海發電有限公司，江蘇濱海224500；2. 華能玉環電廠，浙江玉環317604）

摘要：介紹了某電廠1000 MW機組外置蒸汽冷卻器的改造情況。對外置蒸汽冷卻器投運前后高壓加熱器系統的相關運行參數進行了分析，并從經濟性方面提出了看法，通過分析可知，投運外置蒸汽冷卻器可以引起機組不同能量品位抽汽之間的排擠，提高整個系統的熱循環效率和機組的出力裕量，并能降低3號高壓加熱器換熱溫差引起的不可逆的熱量損失，具有明顯的經濟效益。

關鍵詞：超超臨界機組；外置蒸汽冷卻器；應用；經濟性

1000 MW超超臨界機組的運行參數很高，節能降耗效果明顯，已經成為火電機組發展的方向［ 1 ］。隨著對超超臨界機組運行安全性和經濟性要求的不斷提高，國內外大型機組高壓加熱器（下文簡稱高加）蒸汽冷卻器呈現由內置向外置發展的趨勢，使用外置蒸汽冷卻器是充分利用抽汽過熱度、提高系統經濟性的有效手段。

某電廠3號機組鍋爐是由哈爾濱鍋爐有限責任公司引進日本三菱重工業株式會社技術制造的超超臨界變壓運行直流鍋爐，型號為 HG-2953/27.46-YM1，汽輪機是由上海汽輪機有限公司引進德國西門子技術生產的超超臨界汽輪發電機組，型號為N1000-26.25/600/600，給水系統設計有2×3臺全容量、臥式、雙流程高加［ 2 ］，其中3號高加抽汽來自汽輪機中壓缸的第一級抽汽，額定工況下抽汽溫度達465℃，而該抽汽壓力對應的飽和溫度較低，僅為216℃，蒸汽過熱度約250 ℃，造成3號高加換熱溫差很大，換熱過程不可逆的熱量損失較大［ 3 ］。某電廠3號機組于2014年底進行了外置蒸汽冷卻器系統改造，對該機組外置蒸汽冷卻器系統的改造及應用情況進行分析，可為超超臨界機組外置蒸汽冷卻器系統設計、改造及運行提供良好的借鑒作用。

1　外置蒸汽冷卻器改造情況

1.1系統布置及流程介紹

某電廠外置蒸汽冷卻器改造后，在3號機組汽機房零米層增加一個外置蒸汽冷卻器，高過熱度的汽輪機3號抽汽進入外置蒸汽冷卻器管側，1號高加的部分疏水進入外置蒸汽冷卻器的殼側。外置蒸汽冷卻器殼側疏水被加熱后產生的飽和蒸汽再引回到1號高加進汽管道，管側3號抽汽被冷卻后成為低過熱度的蒸汽再供給3號高加，如圖1所示。

圖1　某電廠外置蒸汽冷卻器系統布置示意圖

1.2外置蒸汽冷卻器技術規范

某電廠外置蒸汽冷卻器由哈爾濱鍋爐廠制造，型號為ZF-720，型式為U形管、雙流程、臥式，加熱蒸汽入口與被加熱蒸汽出口設計端差為164.5 ℃，加熱蒸汽出口與被加熱疏水入口設計端差為15 ℃。該外置蒸汽冷卻器的主要技術規范如表1所示。

表1　某電廠外置蒸汽冷卻器主要技術規范

2　應用分析

2.1外置蒸汽冷卻器運行畫面

某電廠3號機組滿負荷運行時，外置蒸汽冷卻器系統運行畫面如圖2所示。

圖2　某電廠3號機組外置蒸汽冷卻器系統運行畫面

2.2外置蒸汽冷卻器運行參數分析

某電廠3號機組外置蒸汽冷卻器投運前后，高加系統相關運行參數發生了明顯的變化，表2為外置蒸汽冷卻器未投運時高加系統參數，表3為外置蒸汽冷卻器投運時高加系統參數。

表2　外置蒸汽冷卻器未投運時高加系統參數

由表2、表3可見，機組負荷500～1000 MW之間，外置蒸汽冷卻器投運前后，1號高加的溫升變化較小，在±1 ℃以內，2號高加的溫升變化較大，上升2.7～6.5 ℃，3號高加的溫升變化也較大，下降2.6～5.5 ℃，不同高加溫升變化的綜合影響是：1號高加出口溫度，即省煤器入口的給水溫度，在外置蒸汽冷卻器投運前后，變化較小，在±1 ℃以內。

另外，外置蒸汽冷卻器投運前后，1號高加正常疏水調門開度明顯關小，關小幅度為6%～10%開度，而2、3號高加正常疏水調門開度變化較小，變化幅度一般不超過2%開度。

表3　外置蒸汽冷卻器投運時高加系統參數

根據外置蒸汽冷卻器投運前后，1、2、3號高加正常疏水調門開度的變化情況，結合1、2、3號高加溫升的變化情況和1、2號高加進水溫度的變化方向，可知：機組負荷一定時，外置蒸汽冷卻器投運后，1號高加抽汽量減少，2號高加抽汽量增加，3號高加抽汽量基本不變。

3　經濟性分析

3.1抽汽排擠效應

在抽汽級數相同的情況下，抽汽參數對熱力系統熱循環效率有明顯的影響，抽汽參數的安排應當是：高品位（高焓、低熵）處的蒸汽少抽，而低品位（低焓、高熵）處的蒸汽盡可能多抽［ 4 ］。某電廠3號機組1號高加抽汽壓力、抽汽溫度均較高，3號高加抽汽溫度較高，均為高品位蒸汽，應當盡量少抽一些；而用于2號高加的抽汽從高壓缸的排汽引出，蒸汽過熱度較低，屬于低品位蒸汽，換熱過程不可逆損失較小，應當盡量多抽一些。由于機組負荷一定時，外置蒸汽冷卻器投運后，1號高加抽汽量減少，2號高加抽汽量增加，3號高加抽汽量基本不變，這種不同能量品位抽汽之間的排擠效應有利于整個系統熱循環效率的提高。

3.23號高加換熱溫差減小

對回熱抽汽系統中加熱器的性能要求，可以歸結為盡可能地縮小加熱器抽汽溫度與出口水溫之間的溫差［ 5 ］。由表2、表3可見，某電廠3號機組外置蒸汽冷卻器投運后，機組負荷500～1000 MW之間，3號高加抽汽經過外置蒸汽冷卻器換熱后，溫度下降了163.2～202.8℃，蒸汽過熱度大幅下降，3號高加換熱溫差明顯減小，所以，溫差導致的3號高加換熱過程不可逆的熱量損失降低，可以有效降低熱耗。

3.3理論計算

外置蒸汽冷卻器投運前后，高加系統相關運行參數發生了明顯的變化，可以采用PEPSE軟件進行計算，獲得經濟性指標的定量分析結果，表4即為外置蒸汽冷卻器用于加熱1號高加疏水時的經濟性指標，其中，標煤價按850元/t計算。

表4　外置蒸汽冷卻器用于加熱1號高加疏水時的經濟性指標

由表4可知，當外置蒸汽冷卻器用于加熱1號高加疏水時，可以充分利用機組3號高加抽汽的過熱度，能夠有效降低汽機不同工況下的熱耗值，年節約成本約125萬元。另外，外置蒸汽冷卻器投運后，不同能量品位抽汽之間的排擠效應可以提高機組的出力裕量，采用PEPSE軟件進行計算，機組出力可提高2.8 MW。

4　運行注意事項

（1）外置蒸汽冷卻器正常運行時，必須密切監視外置蒸汽冷卻器的水位變化，防止高水位或低水位運行。若水位自動調節失靈，應切手動調節，結合1A、1B高加水位控制情況查找原因，并通知熱工處理。

（2）外置蒸汽冷卻器運行期間的各參數應與設計工況的各參數相一致，避免超壓、超溫、超負荷運行。遠方加強監視外置蒸汽冷卻器管側蒸汽壓力、溫度和殼側疏水及產汽溫度等正常，與機組負荷相適應；尤其重點監視外置蒸汽冷卻器管側出口水平段上、下蒸汽溫度，發現二者溫差明顯擴大或溫度明顯下降，外置蒸汽冷卻器換熱管可能有泄漏。

（3）就地定期檢查外置蒸汽冷卻器及其蒸汽、疏水、排污管道無泄漏、無振動、無水沖擊、無異常響聲等現象。

（4）機組負荷變動期間，注意外置蒸汽冷卻器水位及其進水調節門開度的變化，必要時切手動調節，確保外置蒸汽冷卻器及1A、1B高加水位穩定。

（5）注意核對機組負荷與外置蒸汽冷卻器進水調節門開度的關系，若進水調節門有不正常開度增大時，外置蒸汽冷卻器換熱管可能有泄漏，或殼側連續排污管道的節流孔板故障致使排污量過大，或1A、1B高加運行不正常，須結合相關參數變化情況作進一步分析處理。

（6）若外置蒸汽冷卻器水位達到保護值，應檢查保護動作情況，分析水位波動原因，及時進行處理，同時注意監視外置蒸汽冷卻器解列后機組高加是否運行正常。

5　結束語

某電廠3號機組進行了外置蒸汽冷卻器系統改造后，機組運行工況穩定，省煤器入口的給水溫度在改造前后基本不變；高加系統相關運行參數發生了明顯的有利變化，造成1號高加抽汽量減少，2號高加抽汽量增加，3號高加抽汽量基本不變，這種不同能量品位抽汽之間的排擠效應有利于提高整個系統熱循環效率和機組出力裕量。另外，3號高加抽汽經過外置蒸汽冷卻器換熱后，蒸汽過熱度大幅下降，3號高加換熱溫差明顯減小，溫差導致的換熱過程不可逆的熱量損失降低，可以有效降低熱耗。某電廠3號機組外置蒸汽冷卻器系統的成功應用，可以為超超臨界機組外置蒸汽冷卻器系統設計、改造以及運行提供良好的借鑒作用。

參考文獻：

［1］ 左 帥，張 峰，周 波. 1000 MW超超臨界鍋爐機組冷態啟動時水冷壁超溫的探討［J］. 中國電力，2011，44（5）：60-64.

［2］ 左 帥. 1000 MW超超臨界機組水汽質量劣化原因分析及處理［J］. 浙江電力，2014（12）：49-52.

［3］ 楊世銘，陶文銓. 傳熱學［M］. 北京：高等教育出版社，1998：135-166.

［4］ 華東六省一市電機工程學會.汽輪機設備及其系統［M］. 北京：中國電力出版社，1999：118-120.

［5］ 宋 飛，劉 鋒，趙廣森，等. 某電廠高壓加熱器換熱管開裂泄漏原因分析［J］. 中國電力，2014，47（5）：20-24.

左帥（1982），男，江蘇阜寧人，工程師，從事火電機組汽機運行技術管理工作；

李偉（1984），男，河北保定人，工程師，從事火電機組集控運行管理工作。

Application of External Steam Cooler in a 1000 MW Ultra-supercritical Unit

ZUO Shuai1， LI Wei2
（1. SPIC & GCL Binhai Electric Power Generation Co. Ltd.， Binhai 224500， China；2. HPI Yuhuan Power Plant， Yuhuan 317604， China）

Abstract：This paper presented the retrofitting of external steam cooler in a 1000 MW ultra supercritical unit. The operating parameters of high-pressure heater system， before and after operating the external steam cooler， were analyzed. The result indicated that the external steam cooler can cause the bled steam at different level exclusion， which can increase the thermal cycle efficiency of the whole system and the power margin of the unit， and reduce reversible energy loss caused by heat transfer temperature difference of No.3 high-pressure heater， thus had economic benefits obviously.

Key words：ultra-supercritical unit； external steam cooler； application； economy

中圖分類號：TK223

文獻標志碼：B

文章編號：1009-0665（2016）03-0084-03

作者簡介：

收稿日期：2015 -12-21；修回日期：2016-02-16