福清1號機組常規島換熱器性能及其對汽輪發電機出力的影響分析

高原 王洪凱 劉玉梅

摘 要：福清1號機組汽輪機熱力性能考核試驗是以整個二回路熱力系統為試驗研究對象，對汽輪發電機組的出力進行了考核。由于是以二回路整體為考核對象，所以沒有對換熱器的性能與汽輪機出力的關系進行研究。該文通過汽輪機考核試驗采集的數據對二回路換熱器性能進行研究并與設計值進行對比，分析了提高換熱器換熱能力的方法和其對汽輪發電機組出力的影響，為以后機組運行維護提供了借鑒。

關鍵詞：汽輪機出力 ?端差 ?高壓加熱器 ?低壓加熱器 ?凝汽器

中圖分類號：TM62 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（c）-0089-02

1 福清核電1號機汽輪發電機組概況

福清核電1號機汽輪發電機組系東方汽輪機廠生產單軸、三缸、四排汽帶有汽水分離再熱器的半轉速、凝汽式、沖動式汽輪機。機組的主要設計參數以及保證值為TMCR（額定）工況出力1 089 MW、熱耗率9 599 kJ/kWh，SCR（夏季）工況出力1 070 MW。

2 福清1號機組汽輪機熱力性能考核試驗簡介

2.1 試驗概況

試驗根據ASME PTC6要求布置測點，共設置了48個壓力測點，32個溫度測點，6個流量測點，2組電功率測點和2個水位測點。對試驗結果影響較大的測點均采用多重測點測量，并隔絕了熱力系統圖以外的一切補水疏水，以確保試驗結果的準確性。

2.2 試驗計算與結果修正

2.2.1 試驗的修正項目

試驗修正項目共有5項，即：主蒸汽壓力、主蒸汽濕度、汽輪機排氣壓力（凝汽器背壓）、反應堆熱功率和發電機功率因數。

修正方法：

式中：Pc為修正后功率，直接測量得出。

Pnet為修正前功率，經修正后得出。

C1～C5為修正系數，包括以上5項修正，根據實測數據以及修正曲線計算得出。

2.2.2 試驗采集的數據及計算結果

兩次TMCR以及SCR工況試驗采集的相關數據以及計算結果如表1。

試驗得出TMCR工況下出力1 102.850 MW，SCR工況出力1 080.602 MW滿足設計保證要求。

3 常規島換熱器性能及其對汽輪機出力的影響

3.1 凝汽器性能對汽輪機出力的影響

福清1號機組汽輪機考核試驗是以二回路整體為考核對象，對于凝汽器采用的是凝汽器背壓（汽輪機排氣壓力）修正，未將凝汽器本體性能列入考核范圍內。

若將凝汽器列入二回路中作為考核對象需要將修正項改為循環水流量和溫度修正，其余修正項目不變，則修正項目變為了6項，數據及修正計算如表2。

將凝汽器背壓修正改為用循環水流量、溫度修正得出的TMCR工況汽輪發電機組出力分別1 100.289 MW和1 100.610 MW，二者平均即汽輪發電機組在TMCR工況下的出力為1 100.450 MW。與之前的1 102.85 MW相比減少了2.4MW相當于保證值的0.22%。

由此可見，在其他條件相同的情況下，將凝汽器性能列入考核范圍反而會使汽輪發電機組的理論出力下降，說明目前凝汽器性能較設計值稍差，對整個汽輪發電機組的出力影響是不利的。

3.2 高壓加熱器性能對汽輪機出力的影響

福清1號機組高壓加熱器系統主要由兩列，每列兩臺高壓加熱器組成。由于兩次TMCR工況加熱器相關性能參數差別不大，現將兩次TMCR工況高壓加熱器相關測量參數平均后與設計值進行對比，其結果如表3所示。

由表中數據可知4臺高壓加熱器的疏水端差均大于設計值，其中以7B高加尤為嚴重，較之設計值高出2.2 ℃。端差大意味著換熱性能不好需要改善否則會影響機組回熱性能造成汽機出力下降，修正端差較差的高壓加熱器至設計值得出的TMCR工況下汽輪發電機組的出力為1 103.57 MW，比之前高0.75 MW。

3.3 低壓加熱器性能對汽輪機出力的影響

福清核電1號汽輪發電機組共有4組每組兩列低壓加熱器，其中1#、2#為復合式低壓加熱器鑲嵌于凝汽器內部本文不做討論。

通過對兩次TMCR工況下3、4號低壓加熱器參數平均值與設計值的數據進行對比發現其結果與高壓加熱器類似：4臺低壓加熱器疏水端差大于設計值。其中4B相差最大高出設計值2.1 ℃。修正端差較差的低壓加熱器至設計值得出的TMCR工況下汽輪發電機組的出力為1 102.873 MW，比修正前高0.023 MW。

3.4 結果分析

由上述論述可知，凝汽器和高、低壓加熱器本身的性能對于汽輪發電機的出力來說均是不利的，其中凝汽器影響最大，其性能均有待加強。

造成凝汽器換熱性能較差的原因可能有以下幾個方面：（1）凝汽器換熱管結垢;（2）凝汽器汽側漏入空氣;（3）冷卻水管道堵塞。

試驗階段凝汽器背壓穩定，如果汽側漏入空氣的話會使其背壓上升，福清水質良好，泥沙含量小，冷卻水管被堵塞的可能性也不大。由于安裝調試階段吹掃不到位，換熱管有結垢的可能，且在調試階段對凝汽器部分換熱管進行了堵管可能對凝汽器換熱能力造成了部分影響。

造成高、低壓加熱器疏水端差偏大的原因有以下幾點。

（1）加熱器運行水位低，導致疏水中帶汽，疏水端差增大。

（2）加熱器運行中事故疏水動作，導致加熱器水位下降。

（3）加熱器進水溫度降低，導致抽汽量增加，疏水端差增大。

（4）加熱器內部汽流隔板損壞，影響蒸汽凝結，疏水段帶汽，疏水溫度上升，疏水端差增大。

試驗過程機組運行穩定，加熱器事故疏水已經隔離，高、低壓加熱器投用時間均不長不考慮內部損壞的可能。所以造成加熱器下端差較大的原因為第1條。

4 結論及建議

通過對福清1號機常規島凝汽器和高、低壓加熱器的性能進行分析得出以下結論和建議。

（1）凝汽器以及高、低壓加熱器性能較設計值稍差，影響汽輪發電機組的出力，其性能有待加強。

（2）凝汽器性能低于設計指標的原因可能是傳熱管有結垢，且堵管影響了整體的換熱面積。建議檢查凝汽器傳熱管表面如有結垢及時清理可以改善凝汽器換熱性能。改善凝汽器性能至設計值可提高汽機出力約2 MW。

（3）高、低壓加熱器疏水端差大于設計值，原因可能加熱器是運行水位過低，可以適當調高加熱器水位，使疏水端差減小。改善高、低壓加熱器換熱性能至設計值可使汽機出力提升約0.773 MW。

參考文獻

[1] ASMEPTC6-1996.汽輪機性能試驗美國國家標準[S].

[2] 趙勁松.1000MW機組加熱器端差對熱經濟性影響的分析[J].汽輪機技術，2010，52（6）：460-463.