空冷機組背壓優化改造方案可行性分析

摘 要：中泰化學阜康工業園熱電廠位于新疆昌吉回族自治州阜康市中泰化學阜康工業園內，熱電廠現運行兩臺150MW供熱機組，配套兩臺540t/h超高壓煤粉爐，主要為中泰化學阜康工業園區2套40萬噸/年聚氯乙烯樹脂生產裝置供應自備電、工業蒸汽等產品。熱電廠采用直接空冷方式進行乏汽凝結，每臺機組共配置空冷風機16臺。自熱電廠投用以來，機組一直以較高的負荷運行，每年的運行時間在8000小時以上，年利用小時數在7000小時以上，但在夏季，因為環境溫度較高，導致機組背壓太高不得不減負荷運行，為了解決空冷機組夏季背壓問題及提高機組循環熱效率，必須進行機組背壓優化的技術改造，文章即對利用霧化水降低排汽裝置背壓的優化方案進行了分析論述。

關鍵詞：直接空冷；背壓優化；霧化降溫；節能分析

1 概述

空冷機組背壓優化改造的經濟性對空冷技術的發展具有重要的意義。空冷機組在夏季運行時，由于環境溫度較高，機組運行時的背壓較高，導致機組運行時的能耗較高，嚴重時機組不能按照設計出力帶負荷，同時機組背壓較高將會給機組的安全運行造成嚴重的影響。為了降低空冷機組在夏季運行時的能耗水平，目前國內解決的手段多是在空冷島上布置噴淋裝置，通過噴淋裝置向空冷島空冷風機出口處噴入霧化后的除鹽水降低空氣溫度來達到冷卻空冷翅片管束的目的，降低機組背壓。此種解決手段無法對噴入空氣中的除鹽水進行回收，造成水資源的大量浪費。

2 改造方案

根據火電機組熱力系統的結構特性及制造廠提供的熱力系統能量和質量平衡原理，計劃利用現有管道，從除鹽水管道引一路水源，將原有一路熱井補水管線改造為減溫水通道（管道配置有調節閥及其前后手動截止閥），通過變頻泵加壓后，進入霧化噴嘴系統噴入排汽裝置喉部位置，形成霧化水降低排汽裝置的背壓。

3 效益分析

3.1 節能分析

3.1.1 在夏季銘牌（TRL）工況下，單臺機組抽汽量30t/h運行（除鹽水溫度20℃）

機組在銘牌工況下排汽量約為366.15t/h，因運行時機組工業抽汽量為30t/h，故得出機組的排汽量m1≈336.15t/h，背壓p1=33kPa，排汽溫度t1=71.5℃，查閱焓熵圖得出排汽焓值h1=301.5kj/kg；噴入除鹽水量m2=30t/h，壓力p2=1.6MPa，溫度t2=20℃，查閱焓熵圖得出除鹽水焓值h2=85.42kj/kg；根據質量守恒和能量守恒原理：

m1×h1+m2×h2=（m1+m2）×h3

336.15×301.5+30×85.42=（336+30）×h3

h3≈283.9（kj/kg）

由于汽輪機排汽中噴入除鹽水冷卻后，排汽為未飽和蒸汽，含有濕度，根據未飽和蒸汽特性，查閱焓熵圖得出混合后汽水混合物溫度約為t3=67℃。得出h3和t3后，查閱焓熵圖得出混合后汽水混合物的壓力約為p2=28kPa。通過理論計算，經過噴水降溫改造后，機組背壓降低了Δp=33-28=5kPa。（若計算系統15噸的耗水量，噴水量按45噸計算，h3≈276.1（kj/kg），p2=26.5kPa，Δp=33-26.5=6.5kPa）

3.1.2 在夏季銘牌（TRL）工況下運行（除鹽水溫度25℃）

計算方法同上。經過計算，除鹽水溫在25℃時，經過噴水降溫改造后，機組背壓降低了4kPa。（若計算系統15噸的耗水量，噴水量按45噸計算，機組背壓可降低6kPa）

3.1.3 在夏季銘牌（額定抽汽）工況下運行（除鹽水溫度20℃）

排汽量m1=175.6t/h，抽氣量m2=150t/h，噴入除鹽水量m2=150t/h，壓力=1.6MPa，溫度t2=25℃，排汽壓力14.3kPa，排汽溫度52.5℃，查閱焓熵圖得出除鹽水焓值h2=85.42kj/kg。

m1×h1+m2×h2=（m1+m2）×h3

175.6×301.5+150×85.42=（175.6+150）×h3

h3≈202（kj/kg）

由于汽輪機排汽中噴入除鹽水冷卻后，排汽為未飽和蒸汽，含有濕度，根據未飽和蒸汽特性，查閱焓熵圖得出混合后汽水混合物溫度約為t3=49.6℃。得出h3和t3后，查閱焓熵圖得出混合后汽水混合物的壓力約為p2=11.5kPa。通過理論計算，經過噴水降溫改造后，機組背壓降低了Δp=14.3-11.5=2.8kPa。（若計算系統15噸的耗水量，噴水量按165噸計算，h3≈278.5（kj/kg），p2=11kPa，Δp=14.3-11=3.3kPa）

3.1.4 在夏季銘牌（額定抽汽）工況下運行（除鹽水溫度25℃）

計算方法同上。經過計算，除鹽水溫在25℃時，經過噴水降溫改造后，機組背壓降低了2.3kPa（若計算系統15噸的耗水量，噴水量按45噸計算，機組背壓可降低2.8kPa）。

3.1.5 各種工況下節能分析統計表（如表1）

3.2 節水分析

改造完成后，在夏季運行時完全可以停用現在使用的空冷島噴淋降低能耗的方式，據統計去年夏季運行時采用的空冷島噴淋降低能耗的方式每天約消耗接近800噸除鹽水，整個夏季約節水7萬噸。

4 結束語

采用空冷機組降背壓優化改造方案后，在同等條件下使機組背壓降低2.8-6kPa。供電煤耗平均下降6-13g/kWh，每年約能節約除鹽水近7萬噸，具有可觀的經濟效益。

參考文獻

[1]CZK150/128-13.24/1.27/535/535汽輪機本體安裝維護說明書[Z].東方汽輪機廠，2005.

[2]趙義學.電廠汽輪機設備及系統[M].北京：中國電力出版社，1998.

[3]程明一，閻洪環，石齊光.熱力發電廠[M].北京：中國電力出版社，1998.

[4]侯文綱.工程流體力學[M].北京：中國電力出版社，1987.

作者簡介：馬宏軍（1973，9-），男，籍貫：新疆，工程師，主要從事發電廠設備檢修管理工作。