50MW汽輪機組冷凝系統改造

黨銀寧（湖南聯新能源環保科技股份有限公司 湖南 長沙 410000）

50MW汽輪機組冷凝系統改造

黨銀寧
（湖南聯新能源環保科技股份有限公司 湖南 長沙 410000）

本文對50MW循環流化床抽凝式機組的冷凝系統（如凝汽器、冷卻塔、循環水泵等）進行改造，將其冷凝能力增大至60MW，并對改造的經濟效益進行分析。通過改造，同期相比汽耗下降0.092 kg/kW·h，煤耗下降8.8 g/kW·h，項目的投資回收期為3.2年，具有較好的推廣應用價值。

南屯電廠三期、四期工程機組設計基點為抽汽運行工況，附屬輔機也都按抽汽工況設計。但是電廠并沒有按設計工況運行，僅在采暖期帶有少量熱負荷(約20t/h)，其余季節均為純凝工況運行。南屯電廠機組在額定抽汽工況時汽輪機的排汽量小（118.8t/h），而在純凝工況時的排汽量大（148.4t/h），導致蒸汽消耗量與煤耗量也隨之增大[1]。在純凝工況時凝汽器、涼水塔的冷卻面積偏小，循環水量嚴重不足且溫升大，使得現有凝汽器、循環水泵、涼水塔在純凝工況運行非常吃力，無法滿足夏季滿負荷運行的要求。

1 冷凝系統介紹

冷凝系統包括凝汽器、循環水泵、冷卻塔等，如圖1所示，其中凝汽器和循環水泵屬于電廠輔機中的凝汽設備。

圖1 開式循環冷卻系統

凝汽器的主要任務是凝結汽輪機排汽、形成和維持高度真空、作為熱力循環的冷端并回收工質。凝汽器最佳運行是機組經濟運行的重要條件。凝汽式汽輪機排汽溫度每降低10℃，裝置的熱效率可增加3.5%，凝汽器壓力每降低1kPa，汽輪機功率平均增加0.7～1%[2]。南屯電廠兩臺機組的凝汽器都是由上海汽輪機有限公司生產（兩臺機相同），為對分雙流程表面式N-3000-5型，冷凝面積是3000m ，冷卻水量為7350m /h。

循環水泵為凝汽器提供冷卻用水，這種水泵的特點是水量大、揚程低。它是火力發電廠中重要的而且耗電較多的輔機，要求具有較高的可靠性和經濟性。當前，國內循環水冷凝系統的小機組一般選取母管制，而大機組大多采用單元制。每一臺機配置2臺循環水泵和與之相對應的出口控制閥、入口電動碟閥。除1臺作備用的循環水泵外，另一臺1臺循環水泵和機組一起長期運行[3]。南屯電廠兩臺50MW的機組各配有兩臺水泵(32SA-19B)，該型水泵的主要設計參數為：流量4700m3/h、揚程20m、轉速740rpm、效率85%、軸功率301kW，配用的電機功率與型號分別為355kW與YKK450-8。

發電廠的冷卻塔采用逆流布置的方式，以環境中的空氣來冷卻熱水。冷卻后的過冷水輸入凝汽器中，把已經在蒸汽輪機中做功的乏汽冷凝為液態水，之后再將液態水送回鍋爐加熱。南屯電廠三、四期工程中，循環水系統的供水系統使用逆流式雙曲線自然風冷卻塔。每一供水系統都配置一座淋水面積為1500m2的冷卻塔。在南屯當地氣象條件下，自然風冷卻塔不能滿足改造后的機組冷卻要求，需要更新冷卻系統。

2 改造方案

大多的電廠技術改造是從汽輪機入手，主要是改造汽輪機的通流部分，而很少關注輔機的改造，即便是有這方面的改造，也僅改造單個輔機。本文針對汽輪機的冷凝系統進行改造，使其具備60MW的冷凝能力。

通過增加凝汽器的冷凝面積，改善凝汽器的換熱環境的改造手段，提高了凝汽器的真空度，降低了凝汽器的背壓[5]。按照工程設計，冷卻水水溫20℃時，南屯電廠現運行的凝汽器背壓為6.436kPa。而實際運行中，冷卻水水溫為26℃，凝汽器背壓為8.632Kpa。即凝汽器實際的運行背壓偏離了原設計背壓。

2.1 凝汽器改造

凝汽器的改造方案選擇保留凝汽器殼體，更換芯子，管材同原先凝汽器管材。采用這樣的改造方案可以減小施工量，即在凝汽器連接尺寸、外部接口都不動的前提下，更換芯子，加大凝汽器的冷凝面積，改善凝汽器的換熱環境。此外，更換全部管板并按新型高效方式布置冷卻管，大大增加了冷卻水流量；在凝汽器頂部汽流迎面沖擊區采用加厚管，中間支撐管板與殼體采用易調整安裝位置的支撐桿，并按HEI標準核算跨距；冷卻水管全部采用錫黃銅管，冷卻管與管板采用脹接連接。

2.2 循環水泵改造

為滿足機組純凝工況冷卻水量和節能的需要，必須對循環水泵實施增容和節能優化改造，而且要求泵殼不變電機不動的情況下實施增容改造。為了科學的制定水泵改造方案，對該系統水泵及管道系統進行了全面的改前節能優化診斷測試和設計軟件模型模擬。為盡量減少投資，利用原葉輪和蝸殼進行通流部分改造。

對水泵葉輪的葉型進行了技術改造，如增大葉片入口角、擴大水泵軸面通流面積、粗糙葉片出口端非工作面等措施。

2.3 冷卻塔改造

電廠三、四期工程循環水系統采用了逆流式雙曲線自然通風冷卻塔的供水系統，各配置一座淋水面積1500 m2冷卻塔。水力噴霧玻璃鋼冷卻塔有占地面積少，一次性投資省，無淋水填料，施工周期短、運行費用、冷卻效率不低的優點[4]。改造方案是保留原有的兩臺1500m2自然通風冷卻塔，在兩臺冷卻塔的偏東側新建兩臺新型的“水力噴霧推進”通風冷卻塔，冷卻能力4000m /h/臺。

3 改造后的性能

表1 改造前后汽輪機組的運行參數

凝汽器管材在凝結區采用了HSn70-1A、空冷區采用BFe10-1-1，因循環水中含Cl-較高，運行中已采用了硫酸亞鐵鍍銅裝置處理。經過四年多運行，已證明原凝汽器管子所選用管材是安全可靠的。在凝汽器連接尺寸、外部接口都不動的前提下，更換芯子，冷凝器的冷卻面積由3000m2增大至3600m2，此外，在新的管束和管板布置方式改下，凝汽器的熱交換環境大為改善，提高凝汽器的真空度，降低了凝汽器的背壓。

循環水泵流通部分進行優化設計后，改變了局部關鍵型線，而水泵殼體及配套電機不變，提高了泵的流量和效率，并使高效區向大流量推移，水泵效率平均提高了11.9%，最高運行效率達86.14%。在對循環水泵改造后，雙泵運行時流量可達11372m /h。提供給工業冷卻用水1400m /h后，循環水泵的計算循環倍率依然有62.3，完全滿足了機組擴容到60MW時需要。水泵完成改后，運行效率最高可達86.14%，在國內處于領先水平。

冷卻塔的改造方案極具特色，大幅縮短了施工工期，避免拆除原冷卻塔的巨大經濟損失，節省了投資成本。改造完成后，每一冷卻塔的冷卻能力都有12900m

/h循環水，完全滿足機組冷凝系統運行需求。

通過對汽輪機組的冷凝系統（包括凝汽器、循環水泵、冷卻塔）進行擴容改造，使南屯電廠汽輪機組的冷凝能力大大提高，以下是對冷凝系統改造前后的汽輪機組的運行參數，如表1：

由上表可知，通過對汽輪機組冷凝系統進行改造后，汽輪機的排氣壓力降低了約43.3%，解決了夏季因真空低影響發電量的瓶頸問題，大大提高了汽輪發電機組的真空度，從而提高了汽輪機的效率。汽輪發電機組的絕對電效率可按下式計算：

式中：D為鍋爐的實際負荷，t/h；H0為汽輪機的近汽焓，kJ/kg。

計算得出：改造前汽輪發電機組的絕對電效率為20.8%，改造后為27.4%。由此可見，改造后使汽輪發電機組的絕對電效率提高了約24%。改造方案解決了改造前負荷率過低的狀況，使其能夠達到滿負荷工作，最終能夠使機組能夠在各種工況下滿負荷運。

4 技術經濟分析

改造后的項目不僅要求設備利用效率得到顯著提高，最重要的是追求經濟效益與社會效益的最大化，電廠改造一般投入巨大，對改造方案的評估顯得尤為重要。主要工作是針對冷凝系統對改造前后的實際運行情況進行比較。通過改造，機組汽耗、煤耗同期效果對比情況如表2所示：

表2 機組汽耗、煤耗同期效果對比情況

根據表2的數據可知，改造后同期相比汽耗下降0.092kg/kW·h，煤耗下降8.8 g/kW·h。改造后機組可以滿負荷50MW運行，則每小時比改造前多發電量1萬kW

h，則6～9月份可以增發電量5376萬kW h。同時，改造后由于汽耗與煤耗降低，使得每年的水耗下降23萬噸。因此，通過冷凝系統改造可使企業獲得顯著的經濟效益。

通過具體計算發現，這一技術改造的投資回收期為3.2年，投資利潤率為41.95%，財務凈現值2327.02萬元。此外，改造后冷凝系統的各項技術指標也都達到行業要求，增強了企業的技術水平。因此，南屯電廠冷凝系統的改造是較為成功的，可以成為國內其它電廠改造的參考。

5 結論

本文對汽輪機冷凝系統（冷凝器、循環水泵、冷卻塔）進行技術優化，使50MW機組具備了60MW機組的冷卻能力。大幅度提高了機組運行真空，徹底解決了機組在夏季不能滿負荷運行的技術難題。同時，該改造方案的投資回收期短，經濟效益顯著，具有較強的推廣應用價值。

[1]兗礦電鋁分公司南屯電力分公司，北京全三維動力工程有限公司. 50MW抽凝機組冷凝系統優化技術研究鑒定資料[R]. 濟南：煤炭工業部濟南設計研究院，2008.

[2]劉桂生. 國產 300MW 汽輪機凝汽器改造及其經濟性分析[J]. 熱力發電，2006，(7)：52-53.

[3]魏友鄰，寧國泉，陸力，等. 南昌發電廠循環水泵增流節能技術改造[J]. 中國電力，2000，33(9)：25-27.

[4]賀華. 一種新型循環冷卻水塔—無填料噴霧冷卻塔[J]. 化工科技市場，2003，(2):12-13.

[5]Ohbuchi, Masashi.Spray tower for cooling, moistening and purifying gas[J].Ebara Corporation,2001(03).

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