提升35 MW 汽輪機凝汽器真空的研究與應用

李海洋

（首鋼長治鋼鐵有限公司，山西 長治 046031）

0 引言

首鋼長治鋼鐵有限公司（全文簡稱首鋼長鋼）富余煤氣發電項目是對廠區煤氣資源進行整合優化，為充分利用富余高爐煤氣、轉爐煤氣和焦爐煤氣而新建的發電項目，項目配套為130 t/h 高溫高壓鍋爐系統、35 MW 汽輪發電機組及輔機系統、煙氣脫硫系統和循環水冷卻系統、電力傳輸系統等。

130 t/h 高溫高壓鍋爐產生的9.8 MPa、540 ℃的過熱蒸汽，經蒸汽主管網輸送至凝汽式汽輪機帶發電機做功發電，汽輪機額度進氣壓力8.83 MPa，進汽溫度535 ℃，進汽量124 t/h，使用DEH 數字電液調節系統調節，發電機額定功率35 MW，出口電壓10 kV 直接輸送至首鋼長鋼南站。35 MW 發電機組年發電量2.4 億kW·h 以上，配套的高溫高壓鍋爐消耗高爐煤氣13 萬m3/h，焦爐煤氣5 500 m3/h，煤氣放散實現零放散，可實現年節約標煤3.2 萬t。

35 MW 發電項目實現了能源充分利用的同時，減少了能源外購和污染物排放，對提高首鋼長鋼能源綜合利用、節能降耗減排具有重大意義。因此，提升發電效率對經營生產尤為重要。

1 汽輪機汽耗現狀

發電效率的重要指標是汽耗，通過將2021 年1 月—10 月份的汽耗指標進行統計分析，發現35 MW汽輪機的汽耗平均值為3.71 kg/（kW·h），且月汽耗最高達到了3.85 kg/（kW·h），最低值也在3.65 kg/（kW·h），遠遠達不到汽輪機的汽耗設計值3.641 kg/（kW·h）[1]。汽輪機汽耗的升高會造成汽輪機的經濟性下降。通過對影響汽耗的眾多因素進行分析后，發現影響汽耗的最大因素是凝汽器真空，真空值每提升1%，將使汽輪機的汽耗量平均降低0.4%，因此提升汽輪機凝汽器真空，對保證機組在最經濟的條件下運行有著重要的意義。

2 問題分析及改進措施

通過數據調查、流程調查和現場調查發現，影響凝汽器真空值主要因素有汽輪機排汽溫度高、循環水流量不足、真空系統有漏空等問題，并提出了相應改進措施[2]。

2.1 汽輪機排汽溫度高

通過將2021 年1 月至10 月的汽輪機排汽溫度進行統計分析，發現汽輪機排汽溫度在2021 年1 月、2 月份時為47 ℃左右，3 月至5 月為48 ℃左右，6 月至10 月逐步上升為近50 ℃。從記錄表中可以看出，排汽溫度的升高直接導致凝汽器真空度下降。

2021 年35 MW 汽輪機排氣溫度與真空比對圖見圖1。

圖1 2021 年35 MW 汽輪機排氣溫度與真空比對圖

2.1.1 問題分析

1）DCS 上數據檢查2021 年1 月22 日減溫減壓的入口溫度為107 ℃，壓力為0，汽輪機排汽溫度為41.47 ℃，2022 年1 月22 日減溫減壓的入口溫度為161 ℃，壓力為0.59 MPa，汽輪機排汽溫度為51.7 ℃，減溫減壓電動閥門關閉不嚴，存在蒸汽泄露進入凝汽器，造成凝汽器換熱負荷大，效率低，導致排汽溫度升高。

2）原《設備巡檢標準》表中冷卻風機部分點檢標準不詳細，因此會造成設備巡檢不到位，冷風機容易發生故障，造成循環冷卻水溫度高，導致排氣溫度升高。

3）檢修期間打開凝汽器檢查發現銅管內壁有大量水垢，影響凝汽器換熱效果，檢查原因發現是因為循環水投加的水處理藥劑品質不達標，造成凝汽器銅管內結垢。

4）循環水中加入的阻垢劑、殺菌劑，次氯酸鈉等藥品腐蝕性極大，使用的輸藥管為普通鋼管，容易被腐蝕，導致泄漏。藥劑不能足量加入到循環水中，對循環水的指標造成了很大的影響，導致凝汽器銅管有污堵現象[3]。

2.1.2 改進措施

1）利用停產檢修將閥門解體檢查密封圈，發現密封圈有裂痕，經調研更換為耐高溫高壓的柔性石墨密封墊，更換閥門密封圈材質后閥門可以有效關閉，降低凝汽器換熱負荷，減溫減壓的入口壓力降至0，排汽溫度由之前的51.7 ℃降為43.0 ℃。

2）重新修訂冷卻風機點檢標準，經過班組崗位人員、維護人員、專業人員審核和現場驗證確定巡點檢項目標準和周期，并經過2 個月按照巡檢標準執行后，確實發現一些隱患并及時處理，未造成設備故障。

3）對水處理藥劑品質進行監控，使用藥劑后比對水質化驗結果，并對加藥量每日進行記錄和統計。同時，對凝汽器進行酸洗清理水垢，保障凝汽器換熱不受影響。

4）將原來的鋼管更換為耐腐蝕的PVC 管，并對原加藥管路進行改造，將加藥管直接連通至循環水池，可以保證藥劑足量加入到循環水中。

2.2 凝汽器循環水流量不足

2.2.1 問題分析

凝汽器循環水流量為8 000 m3/h，循環水泵已達到滿負荷，循環水量依然不足，凝汽器的換熱效率差，不能充分的將乏汽凝結，后汽缸排汽溫度升高。

2.2.2 改進措施

通過改變循環水泵葉輪結構，提高循環水泵效率，將凝汽器循環水量從8 000 m3/h 調整為9 000 m3/h，增大了凝汽器的換熱系數，凝汽器循環水進出口溫差由原來的5 ℃下降到4 ℃。

2.3 真空系統有漏空現象

2.3.1 問題分析

1）疏水管路彎頭處使用的管材厚度為3 mm，經過長時間的運行后，管內的工質會沖刷管壁使管壁變薄然后泄露。

2）軸加液位在日常控制液位時需人工現場手動調節，調節頻次高且無法很好的掌控開度等實際問題，容易造成液位故障或反饋信息錯誤。當液位較低時，會影響汽輪機凝汽器真空。

2.3.2 改進措施

1）將3 mm 的彎頭更換為壁厚5 mm 的彎頭，增加管材的耐用度，同時定期對彎頭處使用測厚儀檢測壁厚，在管壁減薄至2 mm 時提前更換避免泄漏。

2）疏水主路上增加旁路，安裝遠傳液位計和電磁閥，并且跟液位進行聯鎖開閉，進行液位調整，及時掌控液位變化趨勢，杜絕液位調整不及時出現的漏空。

2.4 其他因素

影響凝汽器真空值的因素還有主蒸汽壓力和溫度波動大、疏水系統閥門漏空以及循環水旁濾系統反洗不規律等，采取以下針對性改進措施：

1）主蒸汽的壓力和溫度波動范圍較大，通過修改崗位作業規程，要求崗位人員嚴格將主蒸汽壓力和溫度控制在8.83～8.88 MPa 和530～545 ℃之間。

2）汽輪機疏水系統閥門為水封閥門，將水封閥門的密封水源改為使用凝結水。由于凝結水水質干凈，不會堵塞水封管路，減少汽輪機疏水系統閥門有漏空現象。

3）循環水旁濾系統反洗不規律，導致循環水硬度和濁度不合格，一定程度上會造成凝汽器銅管結垢和淤堵，影響凝汽器換熱效果，制定《過濾器反洗制度》，提升管理水平。

3 改進效果

為了檢驗措施實施后的效果，對2021 年8 月—2022 年7 月汽輪機真空值改進前后進行對比，并測算效益如下：

真空值由-80 kPa 提升至-84 kPa 的同時，平均汽耗由3.71 kg/（kW·h）下降至3.64 kg/（kW·h）。滿負荷用汽量（年）由113.9 萬t 下降至111.95 萬t，按照2021年1 月—12 月平均煤氣單耗1 091 m3/t、煤氣成本0.1元/m3計算，節約212.7 萬元。

4 結語

通過“提升35 MW 汽輪機凝汽器真空值”過程中所發現的問題，針對性采取有效措施解決實際問題，進一步提升了職工的節能降耗意識，提高了汽輪機的效率，并促進了員工對設備維護的責任心，使崗位操作水平更上新的臺階。與此同時，通過此次改善活動，崗位職工解決生產實際問題的水平有了顯著提高，為首鋼長鋼降低生產成本、提高生產效率奠定了良好的基礎。