楊 彪， 楊 博

(華能海門電廠， 廣東汕頭 515132)

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1 000 MW燃煤機(jī)組引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空偏低原因分析及改進(jìn)

楊 彪， 楊 博

(華能海門電廠， 廣東汕頭 515132)

為降低機(jī)組廠用電率，部分燃煤電廠引風(fēng)機(jī)采用汽輪機(jī)驅(qū)動，使汽輪機(jī)冷端優(yōu)化復(fù)雜化。針對國內(nèi)某1 000 MW燃煤機(jī)組引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空偏低的問題，結(jié)合主機(jī)冷端優(yōu)化，考慮電廠實際運(yùn)行中的可操作性，提出切實可行的提高方法及最佳運(yùn)行方案。

汽輪機(jī)； 冷端優(yōu)化； 凝汽器； 真空； 節(jié)能降耗

汽輪機(jī)組凝汽器真空對機(jī)組煤耗影響非常大，因此保證凝汽器最佳真空是所有燃煤電廠十分關(guān)注的節(jié)能問題[1]。凝汽器內(nèi)真空受凝汽器傳熱情況、真空系統(tǒng)嚴(yán)密性、海水流量、真空泵工作狀況等因素制約，使提高機(jī)組真空成為一個系統(tǒng)工程，需多方面考慮。近年來，為了降低機(jī)組廠用電率，部分電廠引風(fēng)機(jī)采用汽輪機(jī)驅(qū)動，有采用背壓式汽輪機(jī)也有采用凝汽器式汽輪機(jī)。采用凝汽式汽輪機(jī)的機(jī)組使汽輪機(jī)的冷端優(yōu)化更加復(fù)雜，優(yōu)化時考慮的因素更多。

筆者針對國內(nèi)某電廠1 000 MW燃煤機(jī)組引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空偏低的問題，結(jié)合主機(jī)冷端優(yōu)化，多方面提出了提高真空的改進(jìn)方法，效果明顯，具有推廣意義。

1 引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)概況

該電廠3、4 號機(jī)組各配置2 臺50%容量的汽動引風(fēng)機(jī)，每臺引風(fēng)機(jī)配置有開式循環(huán)冷卻水、凝汽器抽真空系統(tǒng)、汽輪機(jī)進(jìn)汽系統(tǒng)、凝結(jié)水回收系統(tǒng)、汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)、汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)。2臺汽輪機(jī)共用1臺軸封冷卻器、3臺水環(huán)式真空泵(1臺共用)。引風(fēng)機(jī)凝汽器與主機(jī)凝汽器通過聯(lián)絡(luò)管連接。引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)正常工作汽源采用主機(jī)四段抽汽，備用汽源為輔汽。

系統(tǒng)配置見圖1。

圖1 引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)系統(tǒng)配置

輔助蒸汽設(shè)計壓力為0.8～1.3 MPa,設(shè)計溫度為300～350 ℃。引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)調(diào)試用汽量為10～16 t/h。正常工況進(jìn)汽壓力為1.09 MPa，溫度為387.4 ℃，額定流量為29.1 t/h。

2 引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空分析

2.1 真空情況

根據(jù)2013年9月18日4號機(jī)組試驗數(shù)據(jù)和2014年5月12日3號機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，對引風(fēng)機(jī)用汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)性能進(jìn)行評估，結(jié)果見表1。

表1 3、4號機(jī)組引風(fēng)機(jī)用汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)性能評估結(jié)果

由表1可以看出： 3、4號機(jī)組引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)運(yùn)行真空偏低，導(dǎo)致汽輪機(jī)出力下降和效率下降，增加了引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)的汽耗量。在海水溫度22.7 ℃，且機(jī)組滿負(fù)荷時，3號機(jī)組引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)A、B耗汽量分別為25.15 t/h、25.77 t/h，總耗汽量為50.92 t/h(設(shè)計值為44.24 t/h)；在海水溫度29.3 ℃，且機(jī)組滿負(fù)荷時，4號機(jī)組引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)A、B耗汽量分別為43.8 t/h、43.84 t/h，總耗汽量為87.64 t/h(合理值為52.04 t/h)。

2.2 真空偏低原因

造成引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空偏低的主要原因為：

(1) 引風(fēng)機(jī)凝汽器冷卻水流量嚴(yán)重偏低。通過引風(fēng)機(jī)凝汽器冷卻水溫升可以看出，引風(fēng)機(jī)凝汽器冷卻水流量較設(shè)計值(3 028 t/h)偏低67%～80%。

(2) 引風(fēng)機(jī)凝汽器傳熱端差大，表明引風(fēng)機(jī)凝汽器內(nèi)存在空氣聚積和冷卻管臟污。引風(fēng)機(jī)凝汽器的真空泵冷卻水流量偏小，導(dǎo)致真空泵工作液溫度高，降低了真空泵出力，最終導(dǎo)致空氣在引風(fēng)機(jī)凝汽器中聚積。

引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空偏低，導(dǎo)致汽輪機(jī)有效焓降降低，當(dāng)真空繼續(xù)降低時，汽輪機(jī)的排汽可能會進(jìn)入過熱蒸汽區(qū)，又將大幅降低汽輪機(jī)的效率，導(dǎo)致汽輪機(jī)的出力大幅下降。所以，不解決引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空偏低的問題，在夏季海水溫度較高時，引風(fēng)機(jī)的出力可能受到限制。

2.3 對主機(jī)的影響

引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空偏低導(dǎo)致同樣機(jī)組負(fù)荷條件下汽輪機(jī)耗汽量大幅增加，直接導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的降低。針對3號機(jī)組2014年5月12日運(yùn)行數(shù)據(jù)、4號機(jī)組2013年9月18日試驗數(shù)據(jù)，對汽輪機(jī)真空偏低引起的機(jī)組經(jīng)濟(jì)性變化進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。

表2 3、4號機(jī)組引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空偏低對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響

由表2可以看出：引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空偏低導(dǎo)致機(jī)組整體經(jīng)濟(jì)性下降，特別是夏季海水溫度較高時，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空偏低導(dǎo)致發(fā)電煤耗升高1.0 g/(kW·h)以上。

3 引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)冷端優(yōu)化

3.1 凝汽器在線清理

引風(fēng)機(jī)凝汽器循環(huán)水溫升高、汽輪機(jī)真空偏低影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于該廠引風(fēng)機(jī)凝汽器為雙水室結(jié)構(gòu)，可以分別隔離進(jìn)行人工清理。2014年11月下旬，分別對4號機(jī)組引風(fēng)機(jī)A引風(fēng)機(jī)凝汽器、引風(fēng)機(jī)B引風(fēng)機(jī)凝汽器進(jìn)行在線隔離人工清洗。清洗過程中發(fā)現(xiàn)引風(fēng)機(jī)凝汽器冷卻水管有近1/3被貝殼和雜物堵塞，部分未堵塞冷卻水管也結(jié)垢嚴(yán)重。清洗前后數(shù)據(jù)見表3。由表3可以看出：清理后引風(fēng)機(jī)凝汽器循環(huán)水冷卻水溫升和凝汽器真空下降明顯，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)進(jìn)汽流量分別降低了約2 t/h，影響機(jī)組熱耗約6 kJ/(kW·h)，影響煤耗約0.22 g/(kW·h)。因此，凝汽器冷卻水管臟污是影響引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空的主要因素之一，必須制定定期清洗制度對引風(fēng)機(jī)凝汽器進(jìn)行人工清洗，提高凝汽器清潔系數(shù)，提高換熱效果。

表3 4號機(jī)組引風(fēng)機(jī)凝汽器清理前后數(shù)據(jù)

3.2 真空查漏

真空系統(tǒng)嚴(yán)密性對機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有很大影響。真空嚴(yán)密性差將導(dǎo)致漏入真空系統(tǒng)的空氣量增多，阻礙蒸汽的換熱，使汽輪機(jī)的排汽壓力升高、做功量減少，機(jī)組運(yùn)行熱經(jīng)濟(jì)性降低。另外，還會導(dǎo)致低壓缸的排汽溫度升高，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.2.1 檢漏方法

2014年11月24日開始對3、4號機(jī)組引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空系統(tǒng)及與真空系統(tǒng)相連的系統(tǒng)采用氦質(zhì)譜檢漏法進(jìn)行了詳細(xì)檢測，并對發(fā)現(xiàn)的漏點(diǎn)進(jìn)行了處理。氦質(zhì)譜檢漏法是機(jī)組在正常運(yùn)行的情況下，在機(jī)組真空系統(tǒng)可疑泄漏部位噴射定量氦氣，然后使用氦質(zhì)譜檢漏儀檢測真空泵或抽氣器排出的混合氣體中含氦氣的濃度，根據(jù)這一濃度來衡量被檢測部位泄漏的程度，因氦氣的分子小、滲透力強(qiáng)，以及不易和其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用，加上氦質(zhì)譜檢漏儀具有靈敏度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)已成為目前汽輪機(jī)真空系統(tǒng)檢漏的先進(jìn)方法[2]。

3.2.2 漏點(diǎn)檢測

本次檢漏工作對3、4號機(jī)組的4臺引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)本體、軸封系統(tǒng)、凝汽器、疏放水系統(tǒng)、抽空氣系統(tǒng)、凝結(jié)水等系統(tǒng)的法蘭、結(jié)合面、閥門盤根、焊縫、表計接頭等可能的真空漏點(diǎn)進(jìn)行了檢測。

3.2.3 漏點(diǎn)位置及泄漏量

本次檢漏工作對懷疑存在泄漏的幾十個可疑部位進(jìn)行了檢測，并對漏點(diǎn)進(jìn)行了多次檢測，存在幾處泄漏量明顯偏大的點(diǎn)，結(jié)果見表4。

表4 4號機(jī)組引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)漏點(diǎn)位置及漏量表

由表4可以看出：4號機(jī)組引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空漏點(diǎn)主要是B引風(fēng)機(jī)凝汽器真空防爆膜破損，已經(jīng)進(jìn)行涂膠處理。但是引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)前后軸封均有吸氣現(xiàn)象，結(jié)合軸封加熱器水位和溫升情況，判斷為軸封水封無法建立，導(dǎo)致大量空氣從軸封大量漏入凝汽器，使真空變差。因此采用將軸加回凝汽器手動門進(jìn)行節(jié)流，開啟凝補(bǔ)水對水封進(jìn)行重新注水排氣。水封建立后引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)軸封吸氣大量減少，凝汽器真空好轉(zhuǎn)(見表5)。

表5 汽輪機(jī)軸封對凝汽器真空影響

由表5可以看出：引風(fēng)機(jī)A汽輪機(jī)軸加水封重新注水排氣后凝汽器真空有較大幅度地好轉(zhuǎn)，與檢漏結(jié)果相符。因此，減少空氣漏入凝汽器是提高凝汽器真空的有效手段之一。

3.3 真空與主機(jī)連通

引風(fēng)機(jī)凝汽器傳熱端差大，表明引風(fēng)機(jī)凝汽器內(nèi)存在空氣聚積和冷卻管臟污。引風(fēng)機(jī)凝汽器內(nèi)空氣聚積的主要原因是引風(fēng)機(jī)凝汽器的真空泵冷卻水流量偏小，導(dǎo)致真空泵工作液溫度高，降低了真空泵出力，最終導(dǎo)致空氣在引風(fēng)機(jī)凝汽器中聚積[3]。針對汽輪機(jī)真空泵出力不足情況，采用將引風(fēng)機(jī)凝汽器與主機(jī)凝汽器進(jìn)行連通，通過主機(jī)真空泵將引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)不凝結(jié)氣體抽出，提高機(jī)組真空嚴(yán)密性，提高真空；但是將引風(fēng)機(jī)凝汽器和主機(jī)凝汽器連通后會導(dǎo)致主機(jī)真空下降，影響主機(jī)運(yùn)行效率，導(dǎo)致機(jī)組熱耗增加。因此在連通前后必須對引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空提高后導(dǎo)致效率提高和主機(jī)真空下降導(dǎo)致機(jī)組效率下降情況進(jìn)行核算。

根據(jù)ASME標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組熱耗率計算公式為：

QHR= (Fms·Hms-Ffw·Hfw+Fhrh·

Hhrh-Fcrh·Hcrh-Frhsp·Hrhsp)/P

(1)

式中：Hms為主蒸汽焓值，kJ/kg；Fms為主蒸汽流量，t/h；Ffw為主給水流量，t/h；Hfw為主給水焓值，kJ/kg；Fhrh為熱再熱蒸汽流量，t/h；Hhrh為熱再熱蒸汽焓值，kJ/kg；Fcrh為冷再熱蒸汽流量，t/h；Hcrh為冷再熱蒸汽焓值，kJ/kg；Frhsp為再熱減溫水流量，t/h；Hrhsp為再熱減溫水焓值，kJ/kg；P為扣除勵磁耗功后的發(fā)電機(jī)輸出功率，kW。

該廠引風(fēng)機(jī)用汽取自四抽，引風(fēng)機(jī)用汽量變化必然導(dǎo)致機(jī)組熱耗率變化。因此通過計算引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空變化導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)用汽量變化，從而引起機(jī)組熱耗率的變化，可以計算出機(jī)組煤耗變化，主機(jī)真空變化可以計算出機(jī)組煤耗變化，由于引風(fēng)機(jī)凝汽器和主機(jī)凝汽器連通，因此可以將原運(yùn)行汽輪機(jī)真空泵組停運(yùn)，廠用電率降低引起煤耗降低。因此，引風(fēng)機(jī)凝汽器和主機(jī)凝汽器連通后引起機(jī)組煤耗變化為：

總煤耗變化=引風(fēng)機(jī)真空變化引起煤耗變化+引風(fēng)機(jī)真空泵停運(yùn)引起煤耗變化+主機(jī)真空變化引起煤耗變化

(2)

表6為引風(fēng)機(jī)凝汽器和主機(jī)凝汽器連通后引起機(jī)組煤耗變化的數(shù)據(jù)。

表6 機(jī)組煤耗變化數(shù)據(jù)

由表6可以看出：引風(fēng)機(jī)凝汽器和主機(jī)凝汽器連通后導(dǎo)致主機(jī)真空降低約0.03 kPa，影響機(jī)組煤耗約0.045 g/(kW·h)，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)真空變好，影響煤耗約0.128 g/(kW·h)，引風(fēng)機(jī)真空泵組停運(yùn)使機(jī)組廠用電率下降約0.004 6%，影響煤耗約0.013 5 g/(kW·h)。機(jī)組總煤耗變化等于引風(fēng)機(jī)方面節(jié)約的煤耗減去主機(jī)真空變差增加的煤耗，約0.096 5 g/(kW·h)?？梢钥闯鰧⒁L(fēng)機(jī)汽輪機(jī)和主機(jī)凝汽器連通后，機(jī)組煤耗是降低了，因此在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

3.4 增設(shè)真空泵冷卻水增壓水泵

引風(fēng)機(jī)凝汽器真空泵的主要功能是抽走凝汽器汽側(cè)的不凝結(jié)氣體，以此來達(dá)到降低汽側(cè)汽阻的目的。因此，真空泵出力對引風(fēng)機(jī)凝汽器的真空有很大的影響。實際運(yùn)行期間，該廠多次出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)凝汽器真空泵泵體溫度偏高的情況，同時冷卻器海水出水溫度明顯偏高，經(jīng)多次進(jìn)行冷卻器清理后，仍無法有效解決。實際上，因為汽輪機(jī)真空泵冷卻水進(jìn)水管設(shè)計管徑偏小，也增加了冷卻水流動阻力，導(dǎo)致真空泵冷卻水流量嚴(yán)重不足。同時，引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)的冷卻水由主機(jī)凝汽器A側(cè)進(jìn)水管引出，自流到引風(fēng)機(jī)凝汽器和真空泵冷卻器，由于循環(huán)水泵壓頭低，不能克服至引風(fēng)機(jī)凝汽器的沿程阻力，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)區(qū)域?qū)嶋H的冷卻水流量偏小。

該廠針對真空泵運(yùn)行情況進(jìn)行了改造。每臺機(jī)組2臺引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)增設(shè)2臺300 kW的增壓泵，一運(yùn)一備，正常情況下保持一臺連續(xù)運(yùn)行，同時每臺真空泵增設(shè)一臺真空泵冷卻水泵，與真空泵同時啟停，加速了真空泵密封水的循環(huán)，很好地解決引風(fēng)機(jī)汽輪機(jī)冷卻水流量嚴(yán)重不足及傳熱效率差的問題；另一方面改造并增大真空泵冷卻水進(jìn)出管路的管徑，避免了真空泵因冷卻水壓頭不足導(dǎo)致的異常發(fā)熱，最終保證了真空泵冷卻效果，有效地提高了引風(fēng)機(jī)凝汽器真空。

3.5 循環(huán)水泵運(yùn)行方式

凝汽器進(jìn)口溫度和機(jī)組負(fù)荷在一定的條件下，凝汽器真空隨冷卻水流量的改變而改變，而冷卻水流量的變化是通過調(diào)整循環(huán)水泵運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，冷卻水流量增加，機(jī)組背壓減小，機(jī)組出力增加，當(dāng)機(jī)組因背壓減小增加的功率與循環(huán)水泵增加的耗功之差最大時，凝汽器運(yùn)行保持在最經(jīng)濟(jì)的工況[4]。隨著機(jī)組負(fù)荷增加，凝汽器所需的冷卻水流量則相應(yīng)增大，此時，如果不改變循環(huán)冷卻水流量，則真空將緩慢降低，機(jī)組所損耗的燃料量增加。而如果啟動循環(huán)水泵，雖然會使真空變好，但也將導(dǎo)致廠用電增大，增加機(jī)組廠用電方面的損耗。當(dāng)因啟動循環(huán)水泵導(dǎo)致真空變好而節(jié)省的煤耗大于啟動循環(huán)水泵后增加的廠用電損耗時，則啟動循環(huán)水泵能達(dá)到節(jié)能效果；反之，則表明啟動循環(huán)水泵未能達(dá)到節(jié)能效果，反而增加了機(jī)組損耗。

機(jī)組引風(fēng)機(jī)增加凝汽器后，由于引風(fēng)機(jī)凝汽器和主機(jī)凝汽器共用一套循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，因此循環(huán)水泵的啟停不僅對主機(jī)真空有影響，也會導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)凝汽器真空的變化，因此在進(jìn)行循環(huán)水泵運(yùn)行方式研究時，必須綜合考慮主機(jī)真空變化和引風(fēng)機(jī)凝汽器變化對機(jī)組熱耗率或者煤耗的影響。

4 結(jié)語

通過分析研究了引風(fēng)機(jī)凝汽器提高方法和對機(jī)組整體經(jīng)濟(jì)性的影響，得出以下結(jié)論：

(1) 引風(fēng)機(jī)凝汽器冷卻水管清潔程度對真空影響非常明顯，因此可考慮定期對引風(fēng)機(jī)凝汽器進(jìn)行人工清洗或者增加膠球清洗裝置，以提高引風(fēng)機(jī)凝汽器的清潔系數(shù)。

(2) 真空嚴(yán)密性對凝汽器傳熱效率有較大影響，可定期進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗，發(fā)現(xiàn)真空嚴(yán)密性變差及時進(jìn)行真空查漏并處理。

(3) 引風(fēng)機(jī)凝汽器和主機(jī)凝汽器連通要綜合考慮機(jī)組熱耗和煤耗問題。

(4) 引風(fēng)機(jī)凝汽器真空泵冷卻水管路設(shè)計不足，嚴(yán)重影響真空泵出力。改善真空泵冷卻水供水條件，有效地提高了凝汽器真空。

(5) 循環(huán)水泵的啟停要綜合考慮對主機(jī)凝汽器和引風(fēng)機(jī)凝汽器真空的影響，得出最經(jīng)濟(jì)的循環(huán)水泵運(yùn)行方式。

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[2] 林萬超. 火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M]. 西安: 西安交通大學(xué)出版社, 1994.

[3] 胡蘭海, 劉永霞, 趙文軍, 等. 300 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)節(jié)能改造[J]. 中國電力, 2004, 37(9): 70-72.

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Low-vacuum Analysis and Improvement for Steam Turbine Driving Induced Draft Fan in a 1 000 MW Coal-fired Unit

Yang Biao, Yang Bo

(Huaneng Haimen Power Plant, Shantou 515132, Guangdong Province, China)

To reduce power consumption rate, the induced draft fan in some coal-fired power plants is driven by steam turbine, which makes the cold end optimization become more complex. To solve the low-vacuum problem occurring in the steam turbine driving induced draft fan of a 1 000 MW coal-fired unit, an applicable operation scheme was proposed, considering cold end optimization of the unit and actual operability of the scheme.

steam turbine; cold end optimization; condenser; vacuum; energy saving and consumption reduction

2016-04-28；

2016-07-06

楊 彪(1983—)，男，工程師，從事1 000 MW火電機(jī)組集控運(yùn)行管理和性能優(yōu)化工作。

E-mail: 164044099@qq.com

TK264.1

A

1671-086X(2017)02-0127-05