大型火電廠汽輪機輔機系統節能應用

谷嘯威++宗緒東

摘 要：近幾年來，華電國際系統多個300/600MW級機組大型火電廠，實施了多項深度節能的新技術及改造方案，其中幾項為：涼水塔噴濺裝置由濺碟式更換為旋轉式；凝汽器補水采用真空法；真空泵組采用低電流節能型；軸封溢流改接至#7（8）低加入口；除氧器連續排汽回收；開式水泵冬季運行時采用旁路或電機改雙速，實施后節能效果顯著，為其他電廠的節能改造提供了參考。

關鍵詞：旋轉式；真空補水；節能型；回收；旁路；雙速

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.059

0 前言

火電廠是工業能源消耗大戶，隨著電力行業發電側形勢的變化及國家對節能的重視，并頒布了國家十三五電力能源節能目標，深度挖潛被提上了日程。華電國際所屬電廠不但重視汽機系統本體部分節能（大部分都已進行了改造），對輔助的設備及系統的節能改造和挖潛，也非常重視。除了大部分電廠都采用的循環水泵高效改造及電機高低速雙速改造、凝結水泵電機加裝變頻器等，還進行了其他深度節能改造。

1 涼水塔噴濺裝置由濺碟式更換為旋轉式

涼水塔噴濺裝置在機組安裝時一般為濺碟式噴濺裝置，由于淋水面積偏小，裝置上存在重水區、輕水區及無水區，淋水均勻性較差，冷卻效果較差，導致冷卻塔出水溫度偏高。將冷卻塔噴濺裝置更換為節能型旋轉式噴濺裝置，應用后平均可降低冷卻塔出塔水溫1.1～2.8℃，提高了機組運行的經濟性。

旋轉式噴濺裝置工作原理：依靠水流自身壓力推動濺碟旋轉，旋轉速度與射流水速度有關，旋轉速度在60～250r/min。每個裝置具有自己的轉速，互相并不等同，更有利于交叉淋水的均勻性。該裝置采用了高耐磨、耐水腐蝕的輕型、密封性好的高分子材料軸承，具有終身免潤滑的功能，使用壽命可達十年以上。該裝置改變了傳統噴濺裝置濺水流向的單一狀態即線型自由落體運動，完成了既做自由落體運動的同時又作旋轉運動的二維過程，噴淋面積大，淋水均勻性好，水滴與空氣接觸充分，冷卻效果好。進行冷卻塔旋轉噴濺裝置實施后，按出塔水溫降低1℃計算，對300MW機組而言，煤耗率降低約0.96g/（kW·h）。

2 凝汽器補水采用真空法

機組運行時凝結水會有一定的損耗，會反映在凝汽器水位的下降，一般都是采用從凝結水箱通過凝補泵來對凝汽器進行補水和備用，此方法凝補泵一直處于運行狀態，會導致廠用電率的增加。

在凝補泵入口母管上加裝旁路管及旁路門，接至除鹽水出口母管上，機組運行時凝補泵停運，凝汽器需補水時，利用旁路來自動補水。工作原理就是通過除鹽水箱水位至凝汽器汽側負壓之間的壓差，將補水吸入凝汽器內，此法稱為真空補水法。在改造前，要論證凝結水箱的運行水位與出口母管接入點標高差值，是否有足夠的余量克服系統阻力并有一定的富裕量。比如300MW機組一臺凝補泵電機功率一般為30KW，改造后，按照年75%運行時間計算，年可節電19.71萬kw.h。

3 真空泵組加裝低電流節能型

當前大型火力發電廠每臺機組大都設計2-3臺水環式真空泵組，采用降低工作水溫度的方法，可進一步提高凝汽器真空，提高機組運行的經濟性，但實踐證明，不適用于所有的機組，整體節能效果并不非常明顯；且機組正常運行時，也不管機組真空嚴密性如何，都采用設計一至兩臺真空泵連續運行的方式。300MW機組單臺真空泵電機功率一般為160MW，運行時抽空氣裕量較大。加裝一套由羅茨風機+小容量真空泵串聯的節能型高效真空泵組，電機功率分別為：羅茨風機電機功率18.5KW，小容量真空泵電機功率7.5KW，高效真空泵組電機功率合計26KW，運行后真空泵組能降低耗電率83%左右，節能效果非常明顯。

工作原理：由羅茨泵抽取凝汽器空氣和蒸汽混合物后，進入管式換熱器冷卻，剩余空氣由水環式真空泵抽出。因高效真空泵系統極限真空<400Pa，能夠保證凝汽器極限真空需要。羅茨泵出口壓力達到12kPa，對應的飽和水溫度為50℃，可以避免小容量水環式真空泵汽蝕。

高效真空泵組抽空氣量約為原真空泵組的90%左右，能滿足在凝汽器真空嚴密性合格情況下抽空氣的需求，一臺高效真空泵組運行即能滿足單臺機組對真空經濟性的要求。原設計水環式真空泵作為機組啟動時快速抽真空及正常運行時的備用。

4 軸封溢流疏水改接至#7（8）低加入口

各大型火電廠汽輪機軸封母管都或多或少存在不同程度的溢流，除改造軸封減少漏汽量外，原設計一般都是將溢流蒸汽至凝汽器，增加了凝汽器熱負荷，還導致高參數工質的浪費。將軸封溢流的蒸汽接至#7（8）低加入口蒸汽管道（根據#7、8低加進汽參數，原則上為參數接近），可提高熱力系統的熱效率，平均可降低煤耗率約0.2g/（kW·h）。

5 除氧器連續排汽回收

為了排除凝結水中的不凝結氣體，除氧器都設有連續排汽，這必然會造成工質和熱量浪費。可在除氧器排大氣門前加裝管道、閥門，將除氧器排汽引至軸加汽側（軸加疏水管徑要進行核算，根據疏水量更換合適管徑的管道），正常運行中關閉除氧器排大氣門，開啟除氧器排汽至軸加門，不凝結氣體被軸加風機抽走，改造方案詳見圖，此方案改造后平均可降低煤耗率約0.12g/（kW·h）。

6 開式冷卻水泵冬季運行時采用旁路或電機改雙速

在華中以及北方地區，開式冷卻水的大用戶如大、小機冷油器及發電機氫（空）冷器，在冬季運行期間，其調閥開度一般在5—20%，節流現象非常嚴重，節流損失較大，因開式水泵電機功率較大，以300MW機組為例，電機功率為180KW，能耗損失較大。

有兩種改造方案：一：在開式泵入口母管上加裝旁路門及旁路管，接至開式水泵出口母管上，為增加系統壓差，保證開式冷卻水的流量，將開式水回水管路接至吸水井或循環水前池。在冬季機組運行時，停運開式水泵，開式冷卻水采用旁路系統運行。二：將一臺開式冷卻水泵的電機改為高低雙速電機，冬季改為一臺低速開式水泵或并聯組合運行的方式。此兩種方法在改造前，都應當對改造后的開式水壓力是否滿足發電機氫（空）冷器揚程需求進行論證。

兩種方案改造實施后，都能起到非常明顯的節能效果。

7 結束語

上述汽輪機輔助系統節能技術及改造方案，均在華電國際多個電廠實施并應用，從運行情況來看，對提高機組經濟性及降低廠用電率方面，均達到了預期節能效果。

參考文獻：

[1]孔瓏.工程流體力學（第四版）[M].中國電力出版社.

[2]東北電力集團公司.電力工程師手冊（動力卷）[S].2001.

作者簡介：谷嘯威（1972-），男，工程碩士，生技部汽機點檢長，主要從事火電（核電）汽輪機系統設備安全生產及節能技術與管理等。