利用汽動給水泵的凝結水降低主機排汽溫度的應用與分析

張曉博

(大唐彬長發電有限責任公司， 陜西咸陽 713602)

利用汽動給水泵的凝結水降低主機排汽溫度的應用與分析

張曉博

(大唐彬長發電有限責任公司， 陜西咸陽 713602)

對于利用汽動給水泵的凝結水降低主機排汽溫度的設備改造進行數據采集及分析，結果表明：改造后的系統可以有效降低機組排汽溫度，提高機組安全性，增加經濟效益。

直接空冷機組； 凝結水； 排汽溫度； 背壓

汽輪機作為火力發電廠的核心設備，是能量轉化過程中的重要環節。汽輪機的排汽溫度將直接影響汽輪機的安全運行和運行效率：排汽溫度過高，會使低壓缸變形，轉子中心偏移，動靜部分摩擦可能性增大，振動增大，嚴重時損壞設備；排汽溫度過高還會使汽輪機進汽焓降減小，汽輪機做功效率降低。因此，有效降低汽輪機排汽溫度不僅可以保證設備的安全，而且可以提高電廠的經濟效益。

筆者以某600 MW直接空冷機組新增利用汽動給水泵的凝結水降低主機排汽溫度的實例，分析其新增系統降低排汽溫度的效果，供技術人員參考。

1 機組概況及新增系統介紹

某600 MW汽輪發電機組，汽輪機型號為NZK600—24.2/566/566，超臨界、單軸、一次中間再熱、三缸四排汽、直接空冷凝汽式。空冷凝汽器系統共56個散熱單元，散熱面積為1 492 718 m2。汽輪機給水系統設計2臺50%容量的汽動給水泵和一臺30%容量的電動給水泵。汽動給水泵為單缸、單流、單軸、沖動式、純凝汽式汽輪機。汽動給水泵排汽至凝汽器，其凝結水設計通過汽動給水泵的凝結水泵排向空冷凝汽裝置底部。汽動給水泵的循環水系統為閉式循環。

圖1為汽動給水泵的凝結水系統。

圖1 汽動給水泵的凝結水系統圖

改造后汽動給水泵的凝結水全部通過新增管路，即通過閥門1的虛線管路進入主機排汽裝置；原汽動給水泵的凝結水管路，即通過閥門2的實線管路作為備用，正常運行中閥門2關閉。汽動給水泵的凝結水流量通過總管上的調節閥進行控制。

因汽動給水泵排汽為循環水冷卻，其凝結水溫度較主機凝結水低，將汽動給水泵的凝結水以霧化狀態噴入主機排汽裝置喉部，使其大量吸收主機排汽的余熱，起到冷卻排汽的作用。尤其在夏季高負荷時，由于受環境溫度及風速、風向的影響，主機真空度低，造成排汽壓力升高，主機排汽溫度與汽動給水泵的凝結水溫度差加劇，由此可充分利用此溫差降低主機排汽溫度和背壓，提高機組的效率。

2 數值計算理論模型

直接空冷機組相對濕冷機組有所不同，汽輪機排汽經較為長的管道送至空冷凝汽器內進行凝結，其間有管道的散熱和壓力損失。因此，空冷機組的排汽背壓和凝汽器壓力在數值上有較大差別。

空冷機組背壓計算：

ps=pc+Δp

(1)

式中：ps為汽輪機背壓，kPa；pc為空冷凝汽器內飽和蒸汽壓力，kPa；Δp為排汽管道損失，kPa。

空冷凝汽器內飽和蒸汽壓力pc可以依據經驗公式[1]得出：

(2)

式中：空冷凝汽器內飽和溫度tc取空冷凝結水溫度。

換熱器管束定期由高壓水沖洗,其管外污垢熱阻數量級很小；管內為蒸汽流動，其污垢熱阻數量級也很小，可以忽略。依據以往文獻[2]計算Δp可知，排汽管道壓損隨環境溫度升高而降低。筆者主要計算高溫環境下的特性參數，所以Δp取0.3 kPa進行計算。

3 優化運行結果及經濟性分析

3.1 改造前后不同負荷下背壓與排汽溫度變化

采集機組在環境溫度30 ℃、空冷風機變頻器頻率為55 Hz時改造前后不同工況下的數據進行分析，結果見表1。

表1 汽動給水泵的凝結水改造前后主機排汽溫度及壓力數據

由表1可知：利用汽動給水泵的凝結水降低主機排汽溫度在低負荷時較高負荷時效果更佳，可達到3 K的溫降，而在機組滿負荷時，溫降也可達1 K；同時，機組的背壓與主機排汽溫度有著相似的變化趨勢。

3.2 相同環境溫度下背壓與負荷的變化

圖2為環境溫度30 ℃時，不同負荷下機組背壓曲線。

圖2 環境溫度30 ℃、不同負荷下機組背壓曲線

由圖2可以看出：改造后機組的背壓有了明顯的下降，在負荷450 MW時，機組背壓由改造前的22.3 kPa降至19.2 kPa，背壓下降約3.1 kPa，而在機組滿負荷時，背壓從27.1 kPa降至26.1 kPa，背壓降低1 kPa，由此可以得出隨著負荷的逐漸增大，背壓下降幅度有所減小，但仍比改造前有明顯變化。

利用汽動給水泵的凝結水降低主機排汽溫度改造后，依據運行經驗，背壓每變化1 kPa，機組的負荷將變化600 kW，按每年運行5 700 h計算，可增發電量約3 420 MW[3]。按上網電價0.3元/(kW·h)計算，每年可增創發電效益10.26萬元；同時機組背壓每降低1 kPa，機組供電煤耗約下降0.98 g/(kW·h)[4]，由此可得出機組每年可節約煤量約4.9萬t，節約燃煤費用約112.7萬元。

3.3 機組背壓與空冷風機電耗的關系

圖3為機組負荷550 MW、環境溫度15 ℃時空冷風機頻率與背壓及風機總功率的關系曲線。

圖3 空冷風機頻率與背壓及風機總功率關系曲線

由圖3可以看出：環境溫度為15 ℃、機組負荷550 MW時，空冷風機頻率每增加5 Hz，空冷風機的平均功率增加約197 kW，機組的背壓平均下降0.88 kPa。機組背壓隨著空冷風機頻率的升高而逐漸降低，但同時空冷風機能耗隨之而增加。由此，機組負荷穩定，在利用汽動給水泵的凝結水降低主機排汽溫度后，主機的背壓每下降1 kPa，即可降低空冷風機的頻率5～7 Hz，減少空冷風機總功率約224 kW，每年可節約廠用電折合費用約38.3萬元。

利用汽動給水泵的凝結水降低主機排汽溫度改造后一年可以節約151萬元。

4 結語

(1) 利用汽動給水泵的凝結水降低主機排汽溫度，可使主機排汽溫度降低1～3 K，背壓降低1～3 kPa，減少機組的冷源損失，相對提高了機組的發電量。

(2) 夏季高溫大負荷時段，機組必須留出一定的背壓裕量(25 kPa)，必要時限制機組出力，防止氣候突變造成背壓保護動作跳機。

(3) 機組背壓超過25 kPa時，其對應的飽和蒸汽溫度為65 ℃以上，凝結水溫度高于65 ℃會造成凝結水精處理樹脂失效；降低主機排汽溫度，可確保凝結水精處理的正常運行，從而保證爐水品質合格。

[1] 石維柱. 直接空冷機組優化運行關鍵技術研究[D]. 保定: 華北電力大學, 2010.

[2] 周蘭欣, 楊靖, 楊祥良. 600 MW直接空冷機組變工況特性的研究[J]. 動力工程, 2007, 27(2): 165-168, 217.

[3] 張艷萍, 張光. 凝汽器真空的影響因素分析及定量計算[J]. 現代電力, 2009, 26(2): 51-54.

[4] 葉學民, 童家麟, 吳杰, 等. 600 MW直接空冷機組冷端夏季優化運行經濟性分析[J]. 汽輪機技術, 2012, 54(5): 372-374.

Reduction of LP Cylinder Exhaust Temperature Using the Condensate of Steam Pump

Zhang Xiaobo

(Datang Binchang Power Generation Co., Ltd., Xianyang 713602, Shaanxi Province, China)

After the retrofit on the reduction of LP cylinder exhaust temperature using the condensate of steam pump, data collection and analysis were carried out for relevant equipment. Results show that the exhaust temperature is effectively reduced after retrofit, while the operation safety of unit is improved, with high economic benefits obtained.

direct air-cooling unit; condensate; exhaust temperature; back-pressure

2016-04-07；

2016-07-05

張曉博(1985—)，男，工程師，主要從事電廠運行工作。

E-mail: zxb0501@163.com

TK264.1

A

1671-086X(2017)01-0064-03