提升35 MW 汽輪機(jī)凝汽器真空的研究與應(yīng)用

李海洋

（首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司，山西 長(zhǎng)治 046031）

0 引言

首鋼長(zhǎng)治鋼鐵有限公司（全文簡(jiǎn)稱首鋼長(zhǎng)鋼）富余煤氣發(fā)電項(xiàng)目是對(duì)廠區(qū)煤氣資源進(jìn)行整合優(yōu)化，為充分利用富余高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣而新建的發(fā)電項(xiàng)目，項(xiàng)目配套為130 t/h 高溫高壓鍋爐系統(tǒng)、35 MW 汽輪發(fā)電機(jī)組及輔機(jī)系統(tǒng)、煙氣脫硫系統(tǒng)和循環(huán)水冷卻系統(tǒng)、電力傳輸系統(tǒng)等。

130 t/h 高溫高壓鍋爐產(chǎn)生的9.8 MPa、540 ℃的過熱蒸汽，經(jīng)蒸汽主管網(wǎng)輸送至凝汽式汽輪機(jī)帶發(fā)電機(jī)做功發(fā)電，汽輪機(jī)額度進(jìn)氣壓力8.83 MPa，進(jìn)汽溫度535 ℃，進(jìn)汽量124 t/h，使用DEH 數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)額定功率35 MW，出口電壓10 kV 直接輸送至首鋼長(zhǎng)鋼南站。35 MW 發(fā)電機(jī)組年發(fā)電量2.4 億kW·h 以上，配套的高溫高壓鍋爐消耗高爐煤氣13 萬m3/h，焦?fàn)t煤氣5 500 m3/h，煤氣放散實(shí)現(xiàn)零放散，可實(shí)現(xiàn)年節(jié)約標(biāo)煤3.2 萬t。

35 MW 發(fā)電項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了能源充分利用的同時(shí)，減少了能源外購和污染物排放，對(duì)提高首鋼長(zhǎng)鋼能源綜合利用、節(jié)能降耗減排具有重大意義。因此，提升發(fā)電效率對(duì)經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)尤為重要。

1 汽輪機(jī)汽耗現(xiàn)狀

發(fā)電效率的重要指標(biāo)是汽耗，通過將2021 年1 月—10 月份的汽耗指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)35 MW汽輪機(jī)的汽耗平均值為3.71 kg/（kW·h），且月汽耗最高達(dá)到了3.85 kg/（kW·h），最低值也在3.65 kg/（kW·h），遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到汽輪機(jī)的汽耗設(shè)計(jì)值3.641 kg/（kW·h）[1]。汽輪機(jī)汽耗的升高會(huì)造成汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性下降。通過對(duì)影響汽耗的眾多因素進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)影響汽耗的最大因素是凝汽器真空，真空值每提升1%，將使汽輪機(jī)的汽耗量平均降低0.4%，因此提升汽輪機(jī)凝汽器真空，對(duì)保證機(jī)組在最經(jīng)濟(jì)的條件下運(yùn)行有著重要的意義。

2 問題分析及改進(jìn)措施

通過數(shù)據(jù)調(diào)查、流程調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，影響凝汽器真空值主要因素有汽輪機(jī)排汽溫度高、循環(huán)水流量不足、真空系統(tǒng)有漏空等問題，并提出了相應(yīng)改進(jìn)措施[2]。

2.1 汽輪機(jī)排汽溫度高

通過將2021 年1 月至10 月的汽輪機(jī)排汽溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)排汽溫度在2021 年1 月、2 月份時(shí)為47 ℃左右，3 月至5 月為48 ℃左右，6 月至10 月逐步上升為近50 ℃。從記錄表中可以看出，排汽溫度的升高直接導(dǎo)致凝汽器真空度下降。

2021 年35 MW 汽輪機(jī)排氣溫度與真空比對(duì)圖見圖1。

圖1 2021 年35 MW 汽輪機(jī)排氣溫度與真空比對(duì)圖

2.1.1 問題分析

1）DCS 上數(shù)據(jù)檢查2021 年1 月22 日減溫減壓的入口溫度為107 ℃，壓力為0，汽輪機(jī)排汽溫度為41.47 ℃，2022 年1 月22 日減溫減壓的入口溫度為161 ℃，壓力為0.59 MPa，汽輪機(jī)排汽溫度為51.7 ℃，減溫減壓電動(dòng)閥門關(guān)閉不嚴(yán)，存在蒸汽泄露進(jìn)入凝汽器，造成凝汽器換熱負(fù)荷大，效率低，導(dǎo)致排汽溫度升高。

2）原《設(shè)備巡檢標(biāo)準(zhǔn)》表中冷卻風(fēng)機(jī)部分點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)不詳細(xì)，因此會(huì)造成設(shè)備巡檢不到位，冷風(fēng)機(jī)容易發(fā)生故障，造成循環(huán)冷卻水溫度高，導(dǎo)致排氣溫度升高。

3）檢修期間打開凝汽器檢查發(fā)現(xiàn)銅管內(nèi)壁有大量水垢，影響凝汽器換熱效果，檢查原因發(fā)現(xiàn)是因?yàn)檠h(huán)水投加的水處理藥劑品質(zhì)不達(dá)標(biāo)，造成凝汽器銅管內(nèi)結(jié)垢。

4）循環(huán)水中加入的阻垢劑、殺菌劑，次氯酸鈉等藥品腐蝕性極大，使用的輸藥管為普通鋼管，容易被腐蝕，導(dǎo)致泄漏。藥劑不能足量加入到循環(huán)水中，對(duì)循環(huán)水的指標(biāo)造成了很大的影響，導(dǎo)致凝汽器銅管有污堵現(xiàn)象[3]。

2.1.2 改進(jìn)措施

1）利用停產(chǎn)檢修將閥門解體檢查密封圈，發(fā)現(xiàn)密封圈有裂痕，經(jīng)調(diào)研更換為耐高溫高壓的柔性石墨密封墊，更換閥門密封圈材質(zhì)后閥門可以有效關(guān)閉，降低凝汽器換熱負(fù)荷，減溫減壓的入口壓力降至0，排汽溫度由之前的51.7 ℃降為43.0 ℃。

2）重新修訂冷卻風(fēng)機(jī)點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過班組崗位人員、維護(hù)人員、專業(yè)人員審核和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證確定巡點(diǎn)檢項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)和周期，并經(jīng)過2 個(gè)月按照巡檢標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行后，確實(shí)發(fā)現(xiàn)一些隱患并及時(shí)處理，未造成設(shè)備故障。

3）對(duì)水處理藥劑品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控，使用藥劑后比對(duì)水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)加藥量每日進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，對(duì)凝汽器進(jìn)行酸洗清理水垢，保障凝汽器換熱不受影響。

4）將原來的鋼管更換為耐腐蝕的PVC 管，并對(duì)原加藥管路進(jìn)行改造，將加藥管直接連通至循環(huán)水池，可以保證藥劑足量加入到循環(huán)水中。

2.2 凝汽器循環(huán)水流量不足

2.2.1 問題分析

凝汽器循環(huán)水流量為8 000 m3/h，循環(huán)水泵已達(dá)到滿負(fù)荷，循環(huán)水量依然不足，凝汽器的換熱效率差，不能充分的將乏汽凝結(jié)，后汽缸排汽溫度升高。

2.2.2 改進(jìn)措施

通過改變循環(huán)水泵葉輪結(jié)構(gòu)，提高循環(huán)水泵效率，將凝汽器循環(huán)水量從8 000 m3/h 調(diào)整為9 000 m3/h，增大了凝汽器的換熱系數(shù)，凝汽器循環(huán)水進(jìn)出口溫差由原來的5 ℃下降到4 ℃。

2.3 真空系統(tǒng)有漏空現(xiàn)象

2.3.1 問題分析

1）疏水管路彎頭處使用的管材厚度為3 mm，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，管內(nèi)的工質(zhì)會(huì)沖刷管壁使管壁變薄然后泄露。

2）軸加液位在日常控制液位時(shí)需人工現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)頻次高且無法很好的掌控開度等實(shí)際問題，容易造成液位故障或反饋信息錯(cuò)誤。當(dāng)液位較低時(shí)，會(huì)影響汽輪機(jī)凝汽器真空。

2.3.2 改進(jìn)措施

1）將3 mm 的彎頭更換為壁厚5 mm 的彎頭，增加管材的耐用度，同時(shí)定期對(duì)彎頭處使用測(cè)厚儀檢測(cè)壁厚，在管壁減薄至2 mm 時(shí)提前更換避免泄漏。

2）疏水主路上增加旁路，安裝遠(yuǎn)傳液位計(jì)和電磁閥，并且跟液位進(jìn)行聯(lián)鎖開閉，進(jìn)行液位調(diào)整，及時(shí)掌控液位變化趨勢(shì)，杜絕液位調(diào)整不及時(shí)出現(xiàn)的漏空。

2.4 其他因素

影響凝汽器真空值的因素還有主蒸汽壓力和溫度波動(dòng)大、疏水系統(tǒng)閥門漏空以及循環(huán)水旁濾系統(tǒng)反洗不規(guī)律等，采取以下針對(duì)性改進(jìn)措施：

1）主蒸汽的壓力和溫度波動(dòng)范圍較大，通過修改崗位作業(yè)規(guī)程，要求崗位人員嚴(yán)格將主蒸汽壓力和溫度控制在8.83～8.88 MPa 和530～545 ℃之間。

2）汽輪機(jī)疏水系統(tǒng)閥門為水封閥門，將水封閥門的密封水源改為使用凝結(jié)水。由于凝結(jié)水水質(zhì)干凈，不會(huì)堵塞水封管路，減少汽輪機(jī)疏水系統(tǒng)閥門有漏空現(xiàn)象。

3）循環(huán)水旁濾系統(tǒng)反洗不規(guī)律，導(dǎo)致循環(huán)水硬度和濁度不合格，一定程度上會(huì)造成凝汽器銅管結(jié)垢和淤堵，影響凝汽器換熱效果，制定《過濾器反洗制度》，提升管理水平。

3 改進(jìn)效果

為了檢驗(yàn)措施實(shí)施后的效果，對(duì)2021 年8 月—2022 年7 月汽輪機(jī)真空值改進(jìn)前后進(jìn)行對(duì)比，并測(cè)算效益如下：

真空值由-80 kPa 提升至-84 kPa 的同時(shí)，平均汽耗由3.71 kg/（kW·h）下降至3.64 kg/（kW·h）。滿負(fù)荷用汽量（年）由113.9 萬t 下降至111.95 萬t，按照2021年1 月—12 月平均煤氣單耗1 091 m3/t、煤氣成本0.1元/m3計(jì)算，節(jié)約212.7 萬元。

4 結(jié)語

通過“提升35 MW 汽輪機(jī)凝汽器真空值”過程中所發(fā)現(xiàn)的問題，針對(duì)性采取有效措施解決實(shí)際問題，進(jìn)一步提升了職工的節(jié)能降耗意識(shí)，提高了汽輪機(jī)的效率，并促進(jìn)了員工對(duì)設(shè)備維護(hù)的責(zé)任心，使崗位操作水平更上新的臺(tái)階。與此同時(shí)，通過此次改善活動(dòng)，崗位職工解決生產(chǎn)實(shí)際問題的水平有了顯著提高，為首鋼長(zhǎng)鋼降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率奠定了良好的基礎(chǔ)。