大型直接空冷機(jī)組冷端性能優(yōu)化研究

李 俊，王晉權(quán)，樊琦明

（1.山西兆光發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 霍州 031400；2.山西格盟安全生產(chǎn)咨詢有限責(zé)任公司，山西 太原 030006）

0 引言

直接空冷機(jī)組具有優(yōu)良的防凍性能，但由于真空系統(tǒng)容積大，冬季低環(huán)境溫度運(yùn)行時(shí)，防凍措施仍有不足，需采取一定的優(yōu)化措施，達(dá)到較好的防凍效果。

直接空冷兩缸兩排汽汽輪機(jī)低壓缸為碳鋼板的大型焊接結(jié)構(gòu)，由于尺寸大，剛度相對(duì)較差。低排汽壓力運(yùn)行時(shí)低壓缸內(nèi)外壓差較大易產(chǎn)生變形，存在改變低壓缸部分動(dòng)靜間隙、引起動(dòng)靜碰磨、汽機(jī)振動(dòng)增大的風(fēng)險(xiǎn)。直接空冷機(jī)組空冷設(shè)備龐大，負(fù)壓系統(tǒng)容積大，冬季運(yùn)行時(shí)，受嚴(yán)密性影響及出于防凍考慮，機(jī)組運(yùn)行排汽壓力偏高，經(jīng)濟(jì)性差。同時(shí)，由于水環(huán)真空泵的抽吸能力有限，抽真空系統(tǒng)出力對(duì)直接空冷機(jī)組排汽壓力控制造成很大影響。

1 機(jī)組概況

某電廠2×600 MW機(jī)組汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的NZK600-24.2/566/566型超臨界雙缸雙排汽直接空冷凝汽式汽輪機(jī)?？绽鋶u配置56臺(tái)風(fēng)機(jī)，抽真空系統(tǒng)配置3臺(tái)水環(huán)式真空泵，正常運(yùn)行中真空泵采用1用2備運(yùn)行方式，真空泵運(yùn)行電流210 A左右。機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，為了防止空冷系統(tǒng)冬季發(fā)生凍損事故，冬季運(yùn)行時(shí)一直將機(jī)組最低排汽壓力維持在10 kPa。

2 抽真空設(shè)備優(yōu)化方案分析

600 MW機(jī)組原有抽真空設(shè)備為3臺(tái)100%容量的水環(huán)真空泵，正常運(yùn)行時(shí)1臺(tái)水環(huán)真空泵運(yùn)行，運(yùn)行電流為210 A，冬季環(huán)境溫度低時(shí)，受水環(huán)真空泵工作液溫度影響，水環(huán)真空泵的抽真空能力有限，尤其是當(dāng)機(jī)組運(yùn)行背壓為10 kPa時(shí)，空冷島抽真空溫度和凝水溫度偏差較大，有造成空冷島管束凍結(jié)的潛在危險(xiǎn)。為提高空冷系統(tǒng)抽真空能力，現(xiàn)在主要有兩種抽真空設(shè)備優(yōu)化方式。

2.1 羅茨泵+真空泵

該裝置采用兩級(jí)串聯(lián)的真空泵組，前級(jí)泵采用水環(huán)真空泵，主泵用羅茨真空泵。羅茨泵的作用是提高凝汽器真空度，加大抽氣量，中間采用冷卻器冷卻后僅剩不凝結(jié)氣體，減少水環(huán)真空泵的抽氣量，實(shí)現(xiàn)維持真空作用。該系統(tǒng)為了節(jié)能，系統(tǒng)選型時(shí)抽氣量均偏小，一旦真空嚴(yán)密性高于130 Pa/min，會(huì)出現(xiàn)抽吸能力不足、真空降低的現(xiàn)象，且不易發(fā)現(xiàn)。甚至在機(jī)組升降負(fù)荷過(guò)快時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組真空波動(dòng)，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)機(jī)、設(shè)備增加，日常維護(hù)量有所增加。

2.2 蒸汽噴射器抽真空技術(shù)

該技術(shù)為蒸汽噴射器和水環(huán)真空泵的兩級(jí)串聯(lián)系統(tǒng)：在空冷凝汽器主抽氣管路上設(shè)置1臺(tái)蒸汽噴射器，對(duì)空冷凝汽器進(jìn)行抽吸，抽吸的不可凝結(jié)氣體和相應(yīng)的部分水蒸氣進(jìn)入1臺(tái)冷凝器。水蒸氣凝結(jié)成水，經(jīng)U形管回收至排氣裝置。不可凝結(jié)氣體和少量水蒸氣，由水環(huán)真空泵抽出。水環(huán)真空泵可以利舊以降低設(shè)備初投資，也可以重新購(gòu)置小型水環(huán)真空泵達(dá)到節(jié)電的目的。系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 蒸汽噴射器抽真空系統(tǒng)流程圖

該系統(tǒng)抽吸能力強(qiáng)，極限真空高，其極限真空可達(dá)到1 kPa以下，在保證抽真空能力的同時(shí)可回收乏汽和動(dòng)力蒸汽，系統(tǒng)布置簡(jiǎn)單靈活，維護(hù)量小，設(shè)備檢修維護(hù)費(fèi)用低。

3 具體優(yōu)化措施

3.1 汽輪機(jī)本體大修期間對(duì)低壓缸通流進(jìn)行優(yōu)化

在汽輪機(jī)本體大修期間，調(diào)整低壓缸各部分間隙時(shí)將低排汽壓力下低壓缸變形引起的變量計(jì)算在內(nèi)，為機(jī)組低排汽壓力運(yùn)行創(chuàng)造條件。在汽封間隙調(diào)整時(shí)，上半部分汽封間隙按照設(shè)計(jì)要求上限值控制，下半部分汽封間隙按照設(shè)計(jì)要求的下限值控制。以低壓缸調(diào)閥端第二級(jí)隔板汽封為例，廠家設(shè)計(jì)值為：隔板汽封間隙1.30～1.50 mm。在檢修調(diào)整時(shí)，上半部分隔板汽封最頂部間隙調(diào)整至1.50 mm，下半部分隔板汽封最底部間隙調(diào)整為1.30 mm，中間汽封間隙采取平緩過(guò)渡方式，避免中分面處上下汽封錯(cuò)口。

3.2 抽真空系統(tǒng)優(yōu)化

在空冷凝汽器抽真空系統(tǒng)的抽氣母管上引出1根支管并列設(shè)置1臺(tái)蒸汽噴射器，蒸汽噴射器作為預(yù)抽系統(tǒng)將空冷凝汽器中不凝結(jié)氣體和部分乏汽初步升壓后排放到列管式冷凝器冷卻，水蒸氣凝結(jié)成水，經(jīng)U形管回收至排氣裝置熱井。不可凝結(jié)氣體和少量水蒸氣，由1臺(tái)小型水環(huán)真空泵排出。

3.3 機(jī)組運(yùn)行期間進(jìn)行運(yùn)行方式優(yōu)化

a）機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，原有的水環(huán)真空泵按原運(yùn)行方式投入運(yùn)行并迅速建立真空。在正常運(yùn)行階段，機(jī)組真空穩(wěn)定的情況下，蒸汽噴射抽真空系統(tǒng)投入運(yùn)行，原水環(huán)真空泵全部備用。

b）在不同負(fù)荷段優(yōu)化調(diào)整空冷島各列運(yùn)行方式，合理安排風(fēng)機(jī)投入臺(tái)數(shù)和風(fēng)機(jī)頻率的組合調(diào)節(jié)。嚴(yán)格按照要求定期進(jìn)行機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，確保機(jī)組真空系統(tǒng)嚴(yán)密性合格。

各空冷列盡可能投入運(yùn)行，各風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率一致，以低頻率運(yùn)行。每列的第1、第8臺(tái)風(fēng)機(jī)可依據(jù)抽真空溫度保持較低頻率運(yùn)行或停運(yùn)。冬季運(yùn)行時(shí)，維持機(jī)組排汽壓力高于6.5 kPa，且每列至少保持4臺(tái)以上風(fēng)機(jī)運(yùn)行。

c）冬季運(yùn)行安全要求。機(jī)組冬季運(yùn)行中，環(huán)境溫度高于-5℃時(shí)，機(jī)組負(fù)荷高于330 MW時(shí)，機(jī)組排汽壓力控制在7 kPa運(yùn)行；環(huán)境溫度低于-5℃時(shí)，按表1控制機(jī)組運(yùn)行排汽壓力。

表1 機(jī)組運(yùn)行排汽壓力控制表

4 優(yōu)化效果

a）系統(tǒng)實(shí)施改造后，蒸汽噴射器抽真空系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，并體現(xiàn)出較好的節(jié)能效果。與原水環(huán)真空泵系統(tǒng)相比，機(jī)組排汽壓力平均降低0.4 kPa，運(yùn)行電流降低124 A，具體見表2。

表2 蒸汽噴射器抽真空系統(tǒng)與原真空系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)比

b）優(yōu)化后抽真空系統(tǒng)需消耗動(dòng)力蒸汽將會(huì)影響機(jī)組煤耗增加，但機(jī)組實(shí)際運(yùn)行排汽壓力由10 kPa降低至7 kPa運(yùn)行，機(jī)組經(jīng)濟(jì)性明顯提升。

c）真空系統(tǒng)優(yōu)化完成后，原抽真空系統(tǒng)3臺(tái)水環(huán)真空泵僅在機(jī)組啟動(dòng)抽真空時(shí)投入運(yùn)行，正常運(yùn)行時(shí)水環(huán)真空泵停運(yùn)列備。夏季高溫時(shí)，減少了水環(huán)真空泵汽水分離器水位高溢流造成的除鹽水浪費(fèi)，同時(shí)原真空泵維護(hù)工作量減少，該部分檢修維護(hù)費(fèi)用降低。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)600 MW直接空冷兩缸兩排汽機(jī)組采取低壓缸通流間隙優(yōu)化、抽真空系統(tǒng)優(yōu)化、運(yùn)行調(diào)整優(yōu)化等措施，在確保滿足空冷防凍前提下，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組排汽壓力優(yōu)化，提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，對(duì)同類型機(jī)組進(jìn)行相關(guān)冷端性能優(yōu)化提供了參考。