1 000 MW機組抽真空系統優化探討

雍 干

(神華國華徐州發電的限公司 生產準備部,江蘇 徐州 221166)

1 000 MW機組抽真空系統優化探討

雍 干

(神華國華徐州發電的限公司 生產準備部,江蘇 徐州 221166)

為降低1 000 MW超超臨界機組運行時的廠用電率、提高經濟性,通過對 1 000 MW超超臨界汽輪機抽真空系統的分析,提出優化方案進行對比、探討,供同行借鑒。

1 000 MW超超臨界汽輪機;雙背壓凝汽器;抽真空系統;優化探討

0 引 言

神華國華徐州發電有限公司原有裝機容量為4×137.5 MW機組 (1～4號機)和 4×220 MW機組 (5～8號機),本期工程 (上大壓小)關停拆除 1號 ～6號機組,建設 2×1 000 MW超超臨界燃煤機組,全廠按 4×1 000 MW超超臨界燃煤機組規劃。汽輪機采用的是上海汽輪機廠生產的N 1 000-26.25/600/600型超超臨界、一次中間再熱、四缸、四排汽、單軸、凝汽式汽輪機。凝汽器由上海動力設備廠生產,設計的冷卻面積為57 000m2,型式為雙背壓、雙殼體、單流程、表面式凝汽器。水環式真空泵組采用武漢威龍泵業有限責任公司生產的 2BW5403A-OEL4型水環噴射真空機組,單泵組運行時最大軸功率為135 kW,電動 機 相 關 參 數 為：185 kW/380 V/370 A。

設計院在設計時考慮到大容量設備選型的要求,凝汽器汽側抽真空系統設置了 3套 50%容量水環式真空泵組。正常運行時,二套真空泵組運行,一套真空泵組作為備用。在機組啟動時,所有真空泵組可一起投入運行,這樣可以更快地建立起所需要的真空度,從而縮短機組啟動時間。

1 抽真空系統分析

在機組啟動初期抽真空系統將凝汽器汽側空間以及附屬管道和設備中的空氣抽出,以達到汽輪機組啟動的要求;在機組正常運行中抽真空系統除去凝汽器空氣區積聚的非凝結氣體,以維持凝汽器內的真空值。

由于 1 000 MW超超臨界機組為雙背壓凝汽式汽輪機,有高壓凝汽器和低壓凝汽器,因此抽真空系統的設計分為以下兩種形式。

串聯形式：高、低壓凝汽器之間通過帶節流孔的聯通管連通,高壓抽真空系統連接到低壓抽真空系統,在低壓凝汽器殼體上布置抽汽口,再由真空泵組抽出空氣和非凝結氣體,即高壓凝汽器→帶節流孔的連通管→低壓凝汽器→抽氣管抽出 (見圖 1)。早期已投產的 1 000 MW機組通常為此方式。

串聯方式的優點是系統布置和控制邏輯簡單;任意 1臺真空泵組都可以作為備用泵,有較好的靈活性。缺點是兩個凝汽器殼體的汽側壓力易相互干擾,顯現不出雙背壓凝汽器的特點。如果節流孔有問題,將直接影響低壓凝汽器的空氣和非凝結氣體抽出[1]。

并聯形式：高、低壓凝汽器殼體之間沒有連通管,而是分別同時由各自的抽氣口通過真空泵組抽出空氣和非凝結氣體。如華東電力設計院為神華國華徐州發電有限公司 1 000 MW超超臨界機組設計的凝汽器抽真空系統 (見圖 2),機組正常運行時,高、低壓凝汽器通過各自的抽氣口分別由真空泵組 A和真空泵組 C抽出空氣和非凝結氣體,而真空泵組 B作為 A泵或 C泵的備用泵。

并聯方式的優點是兩個凝汽器殼體的汽側相互獨立,壓力互不干擾,多背壓凝汽器的功率收益能得到保證。缺點是系統布置和控制邏輯較復雜,真空泵組只能對應相應的凝汽器運行,靈活性相對差些[1]。

2 抽真空系統優化方案

由于設計院在確定抽氣設備時,要保證在所有可能預見的運行工況都有足夠的抽氣能力 (這里面包括了當真空系統發生不嚴密現象,有大量空氣漏入,且不能很快地消除,漏入空氣量從額定值增加到最大值時,機組仍能繼續運行[1]),因此,對抽氣設備的裕量一般都選得較大。這樣,當機組正常運行后,只要真空系統嚴密性好,即使 50%容量的單臺抽氣設備運行,也能滿足機組運行所需的合理的真空范圍。所以,電廠在機組正常運行后,從節約廠用電率、提高經濟性的角度出發,都會考慮優化系統和運行方式。

根據華東電力設計院對神華國華徐州發電有限公司 1 000 MW機組凝汽器抽真空系統配置的特點,為降低 1 000 MW超超臨界機組運行時的廠用電率、提高經濟性,抽真空系統可分兩機聯通和本機單獨優化兩種方案。

2.1 兩機聯通

依據神華國華徐州發電有限公司原 137.5 MW機組凝汽器抽真空系統兩機聯通運行的經驗,神華國華徐州發電有限公司 2臺 1 000 MW機組凝汽器抽真空系統的聯通方式可設置成以下 3種方案。

(1)方案 1。此方案 (見圖 3)在華東電力設計院原設計配置方式上,在 2臺機組的高、低壓側凝汽器抽真空管分別增加對應的聯通管和隔離閥門,在 2臺機組的真空嚴密性合格的情況下,可實現 2臺機組高、低壓側凝汽器分別只運行 1臺真空泵組的方式,即原 2臺機組 4臺泵組運行(1機 2泵)變為 2臺機組 2臺泵組運行 (2機2泵)。

2機 4泵運行時真空泵組的廠用電計算負荷為：

式中：Kt為同時系數,新建機組取 0.9;PZ為真空泵組的軸功率,kW;η為電動機效率,取0.95;cosφ為功率因數,取 0.85。

則 2機 4泵的廠用電率為 (只計算真空泵組所占的廠用電率份額)：

式中：PC為發電機額定功率,kW。

而 2機 2泵運行時真空泵組的廠用電計算負荷和廠用電率 (計算方法同上)分別為300.93 kVA,0.015 1%,即廠用電率可下降約0.015%。

(2)方案 2。此方案 (見圖 4)在華東電力設計院原設計配置方式上,在 2臺機組的備用真空泵組前的管道上增加聯通管和隔離閥門,在 2臺機組的真空嚴密性合格的情況下,可實現 2臺機組高壓側凝汽器運行 1臺真空泵組、低壓側凝汽器運行 2臺真空泵組的方式或 2臺機組高壓側凝汽器運行 2臺真空泵組、低壓側凝汽器運行 1臺真空泵組的方式,即原 2臺機組 4臺泵運行 (1機 2泵)變為 2臺機組 3臺泵運行 (2機 3泵)。

圖3 抽真空系統兩機聯通方案 1示意圖Fig.3 D iagram o f program 1

2機 3泵運行時真空泵組的廠用電計算負荷和廠用電率 (計算方法同上)分別為 405 kVA,0.022 6%,與 2機 4泵相比廠用電率可下降約0.007 5%。

圖4 抽真空系統兩機聯通方案 2示意圖Fig.4 D iagram of program 2

(3)方案 3。此方案 (見圖 5)是在方案 2的基礎上取消 2號機組的備用真空泵組,在 2臺機組的真空嚴密性合格的情況下,可實現 2臺機組高壓側凝汽器運行 1臺真空泵組、低壓側凝汽器運行 2臺真空泵組的方式或 2臺機組高壓側凝汽器運行 2臺真空泵組、低壓側凝汽器運行 1臺真空泵組的方式,即原 2臺機組 4臺泵運行 (1機 2泵)變為 2臺機組 3臺泵運行 (2機 3泵),廠用電率的下降值同方案 2,但根據已簽訂的真空泵組合同,可節約設備費用 66.3萬元。

圖5 抽真空系統 2機聯通方案 3示意圖Fig.5 D iagram of program 3

2.2 本機方案

此方案 (見圖 6)是在華東電力設計院原設計配置方式上,在 2臺機組的高壓側凝汽器抽真空管上分別增加 1只手動載止門和小管徑旁路調整門,在機組真空嚴密性合格的情況下,可關閉載止門,通過調節小管徑旁路調整門的開度,使門后壓力基本與低壓側凝汽器相匹配,即可實現單臺機組高、低壓側凝汽器同時用 1臺真空泵組抽出空氣和非凝結氣體的運行方式,達到節約廠用電率的目的,廠用電率的下降值同兩機聯通方案1。

圖6 抽真空系統本機方案示意圖Fig.6 Diagram o f the program

3 方案對比

3.1 對原設計的影響

兩機聯通方案 1、方案 2和本機方案對華東電力設計院的原設計沒有影響,兩機聯通方案 1、方案 2在 2臺機組抽真空系統聯通管的接口位置不同;兩機聯通方案 2和方案 3在 2臺機組抽真空系統聯通管的接口位置相同,只是方案 3取消了 1臺真空泵組。

3.2 運行方式

兩機聯通方案 1的運行方式較靈活,可根據 2臺機組運行的實際情況靈活組合 4種運行方式：2機 4泵 (原設計方案)、2機 3泵 (低壓側 2泵)、2機 3泵 (高壓側 2泵)和 2機 2泵。

兩機聯通方案 1和方案 2中,1號機 (或 2號機)的備用真空泵組可同時承擔 2號機 (或 1號機)的備用任務。

兩機聯通方案 2和方案 3只能根據 2臺機組運行的實際情況實現 3種運行方式：2機 4泵(原設計方案)、2機 3泵 (低壓側 2泵)、2機 3泵 (高壓側 2泵)。

兩機聯通方案 3在機組啟動時,若要快速抽真空,必須開啟 1號機組的備用真空泵組。

本機方案系統較為簡單,運行方式的變化在本機即可完成,和鄰機沒有聯系。且任意 1臺真空泵組即能作為運行泵組也能作為備用泵組。

3.3 效益

兩機聯通方案 1和方案 2在機組運行前無效益,須增加 2臺機組抽真空系統的聯通管道和閥門的費用,但在機組運行后,方案 1可節約廠用電率 0.015%,方案 2可節約廠用電率0.007 5%。

兩機聯通方案 3當前就可節省設備費用 66.3萬元,但須增加 2臺機組抽真空系統的聯通管道和閥門的費用,機組運行后可節約廠用電率0.007 5%。

本機方案需增加 2臺機組高壓側抽真空管道上的閥門費用,在機組運行后,可節約廠用電率0.015%。

3.4 風險

由于 1 000 MW超超臨界機組兩機之間的距離較長,2臺機組的抽真空系統聯通后,應考慮長距離管道沿程阻力造成的滯緩影響。

兩機聯通方案 3由于取消了 2號機組的備用真空泵組,在 1號機組運行時,2號機組的備用真空泵組可由 1號機組的備用真空泵組來承擔,但當1號機組檢修時,2號機組就將面臨沒有備用真空泵組的風險。

本機方案雖然系統簡單,但要通過試驗才能確定新增閥門的開度。并且由于該方式最終為高、低壓側凝汽器由 1臺真空泵組抽出空氣和非凝結氣體,因此機組運行工況變化和真空泵組運行方式變化都可能對新增閥門的開度有影響,進而影響機組的雙背壓。

4 結 論

根據以上分析對比,兩機聯通的 3個方案和本機方案均是可行的,發電廠可根據本單位實際情況進行選擇,但前提是 2臺機組的真空嚴密性必須合格,即機組的負壓系統漏空不能太大,否則機組的抽真空系統優化方案將不能實施。

[1]齊復東,賈樹本,馬義偉.電站凝汽設備和冷卻系統[M].北京：水利電力出版社,1990.

Investigation of Vacuum System Optim ization for 1 000 MWPower Unit

Yong Gan
(Production Preparation Department,ShenHua GuoHua XuZhou Electric Power Generation Co.Ltd.,Xuzhou 221166,China)

In order to reduce theauxiliary power consumption rateof power plantand improve the economy of 1 000 MWu ltra-supercritical unit,through the analysis of vacuum system in 1 000 MWultra-supercritical turbine,the paper proposes anoptimizational program to contrast and investigate,and reference for the peer.

1 000 MWultra-supercritical turbine;dual backpressure condenser;vacuum system;investigation of optimization

TK 264.1

A

2010-04-21。

雍干 (1958-),男,教授級高級工程師,從事汽輪機運行管理工作,E-mail：242901@ghepc.com。