超臨界650 MW機組汽機熱力系統優化實例分析

薛 旻

（華潤電力（常熟）有限公司，江蘇常熟 215536）

0 概述

華潤電力（常熟）有限公司一臺超臨界650 MW汽輪發電機組，配套東方汽輪機廠引進日立技術生產制造的超臨界壓力、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機，汽輪機型號CLN650－24.2/538/566，最大連續出力660 MW，額定出力650 MW。

該機組于2005年投產，受當時設計水平和制造加工工藝的限制，加上多年運行后系統較多閥門出現泄漏的影響，機組在安全性和經濟性方面較同類型機組有著較大的差距。為了提高機組安全、經濟性，節能降耗，在機組檢修中對汽機熱力系統進行優化改造，取得了良好的效果。

1 改造前存在的問題

該機組為國內早期650 MW超臨界機組，設計上存在不足，投產多年后，發現機組存在熱耗偏高，系統復雜，冗余設計過多等問題。

（1）汽輪機熱力系統設計上存在較多的冗余，系統復雜，甚至還存在機組投產以來從未使用過的系統和設備，不僅增加了系統的復雜性，還增加了系統的內漏因素。

（2）機組疏水系統閥門內漏嚴重，大量優質工質直接漏至凝汽器，不僅增加凝汽器的熱負荷，影響凝汽器真空，還影響機組運行的安全性。每年更換及維護疏水系統閥門的費用高達100多萬元人民幣。

（3）7/8號低壓加熱器疏水不暢，導致大量高品質工質通過緊急疏水直接排至凝汽器疏擴，造成極大的熱量損失。

（4）部分熱備用疏水管路設計不合理，采用疏水管路加裝節流孔板連續疏水的熱備用方式，導致大量優質工質直接排放，產生較大的能量損失。

（5）部分高壓閥門受當時制造工藝限制，有多路漏汽管道，造成優質工質損失，以目前的制造工藝完全可以取消高壓閥門漏汽管路，提高機組經濟性。

2 優化改造思路

（1）合理利用優質工質。盡可能回收利用優質工質的有效能，減少工質損失，是從系統設計上提高能量利用率、進而提高機組經濟性的有效途徑。

（2）簡化熱力系統。對熱力系統的簡化是從系統的設計上降低不必要的能量損失，提高機組經濟性的有效途徑。系統簡化后還能降低系統維護工作量及維護費用，減少運行操作量，提高設備可靠性和安全性。

（3）減少閥門泄漏。由于疏水閥門前、后差壓大，經過機組幾次啟、停后，閥門出現不同程度的內漏。由于高壓疏水壓差更大，更容易沖刷閥門造成泄漏，且泄漏后對經濟性的影響也更大，應重點采取措施治理。

通過采用加裝手動門、采用組合型自動疏水器等方式，可有效降低閥門泄漏的危害，降低泄漏損失。加裝手動門后，可在疏水閥泄漏的情況下及時關閉手動門以減少機組運行中的泄漏損失。

3 優化改造實例分析

通過分析熱力系統存在的問題，在保證機組運行安全性的基礎上，經過對原有系統的梳理，制定了熱力系統的優化方案，在機組檢修期間實施了熱力系統的優化改造。

3.1 合并相同壓力等級的疏水

如圖1所示，將低旁前管道疏水合并后取消閥門，在疏水閥前接入再熱蒸汽左支管疏水。通過對比可以看出，原疏水系統設計復雜，繁多的作用相同的閥門容易造成較多的泄漏隱患。根據估算，此處泄漏量可達到0.5 t/h，可造成熱耗率提高2 kJ（/kW·h），同時增加了閥門的檢修和維護成本。優化后在滿足機組疏水要求的前提下，簡化了系統，減少了泄漏點。對中聯門前疏水、高排管道疏水、抽汽管道疏水等處實施類似的改造，減少了閥門內漏造成的工質浪費。

3.2 取消抽汽管道門間疏水及抽汽管道排汽門

圖1 再熱蒸汽管道疏水優化改造前后

原抽汽管道布置為抽汽止回閥加抽汽電動閥的結構，并在止回閥前、電動閥后以及兩個閥門中間管道上設置疏水管，在抽汽管道最高點布置排汽門。通過分析認為，兩個閥門中間的管道較短，無設置疏水點的必要，管道最高點排氣門操作不便且無實際用處，可以取消，以減少閥門泄漏隱患。在機組檢修中，對汽輪機的一段、二段、三段、四段、五段、六段抽汽實施了此項改造。

3.3 高排通風閥（VV閥）系統的優化（圖2）

原系統中高壓缸排汽通風采用VV閥，該閥門形式復雜，漏汽嚴重，造成大量優質工質及高品位能源的浪費。利用等效熱降法對該機組進行分析，發現以1 t/h的泄漏量來估算，可造成熱耗率增大約3.5 kJ/(kW·h)。且由于排汽通風閥管道設計不合理，該機組曾發生過因排汽通風閥（VV閥）誤開而導致凝汽器換熱管吹損而被迫停機的重大安全事故。

改造后，在滿足機組運行要求的前提下，加裝電動門，更換新型排汽通風閥，取消門桿漏汽，同時取消排地溝的疏水管路，減少了泄漏點。另外，將排汽通風閥的排汽管道接口從高壓側凝汽器移位至高壓側凝汽器疏擴，優化設計多措并舉，提高了系統的經濟性和安全性。

圖2 高排通風閥（VV閥）系優化進改造前后

3.47 /8號低加逐級疏水優化布置

改造前，機組存在7/8號低加疏水不暢的問題，為保證系統安全性，長期打開7/8號低加事故疏水，未經充分換熱的疏水直接排至凝汽器，造成了熱量的浪費。通過對現場的查看與分析，制定了增加7/8號低加正常疏水旁路管的改造方案。7號低加現場采用最短管路、最少彎頭的方案加裝旁路管；8號低加，采用將8號低加正常疏水管改接至凝汽器內部（原僅接至凝汽器管壁），同時加裝正常疏水旁路管道并接至凝汽器底部放水手動門前，既解決了疏水不暢問題，又做到盡量回收熱量。

根據等效熱降原理，改造后8號低加正常疏水不再與凝汽器汽側直接接觸，熱量完全被熱井內凝結水帶走，排擠抽汽，使機組做工增大，熱耗相應降低。以機組THA工況下216.492 t/h的疏水流量計算，理論上機組熱耗降低10 kJ（/kW·h）。

3.5 加熱器危急疏水優化

受限于系統的運行方式，加熱器危機疏水手動門在機組運行時保持常開狀態，故疏水氣動門一旦關閉不嚴就會造成大量的能源流失，其流量約 15 t/h，可造成熱耗率升高 7.5 kJ（/kW·h）。

優化方案是將危急疏水閥前手動隔離門改為電動隔離門，同時氣動門控制改為全開全關控制，機組運行時兩道閥門都處于關閉狀態，大大提高了危急疏水管路的嚴密程度，一旦加熱器水位出現高液位，閥門立即全開，快速排水。

3.6 優化軸封系統及疏水方式

原設計為保證軸封系統的安全可靠性，機組軸封系統共有3路汽源，分別是主汽供軸封、冷再供軸封以及輔汽供軸封，但在實際運行中，由于機組輔汽系統運行穩定（與鄰機輔汽聯箱相通），完全可以滿足機組安全運行的要求。運行中發現，主蒸汽因閥門泄漏進入軸封母管，造成高品質能量損失。以1 t/h的泄漏量估算，造成熱耗增加7.7 kJ（/kW·h）。因此，在熱力系統優化改造時取消了冷再供軸封和主汽供軸封管路，同時取消輔汽供軸封的減溫水，簡化系統，優化設計,避免因泄漏造成大量高品質工質的浪費，提高了經濟性。

原軸封系統采用節流孔板連續疏水至凝汽器的疏水方式，雖然可靠，但浪費了大量高品質工質。改造后（圖3），疏水方式改為U形水封疏水，設置一定高度的U形管，當疏水量偏大時，通過U形管溢出，無需長期疏水，減少了工質的浪費。

圖3 軸封系統疏水改造前后

4 優化改造效果

（1）性能試驗結果。以550 MW工況作為評價機組性能的基準工況。改造前試驗熱耗率為8164.6 kJ（/kW·h），修正至額定參數下熱耗率為7902.7 kJ（/kW·h）；改造后試驗熱耗率為7723.9 kJ（/kW·h），修正至額定參數下熱耗率為 7847.8 kJ/（kW·h），改造后熱耗率下降 54.9 kJ（/kW·h）。

（2）熱力系統泄漏。改造前550 MW工況系統不明漏量10.62 t/h，不明泄漏率0.56%。改造后550 MW工況系統不明漏量6.01 t/h，，不明泄漏率為0.32%。改造后不明泄漏情況有較大改善。

華潤電力（常熟）有限公司對機組熱力系統進行的優化改造，不僅消除了長期影響機組運行的安全隱患，同時降低了機組的發電熱耗率，達到了節能減排的效果。