袁洪利

（華潤電力 (常熟)有限公司，江蘇 常熟，215536）

某超臨界汽輪機(jī)組汽水系統(tǒng)綜合優(yōu)化改造

袁洪利

（華潤電力 (常熟)有限公司，江蘇 常熟，215536）

以某超臨界汽輪機(jī)組為典型案例，采用等效熱降方法對汽輪機(jī)汽水系統(tǒng)進(jìn)行全面分析，并主要對疏放水系統(tǒng)進(jìn)行了綜合維修和改造，不僅大大提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性，也對其節(jié)能降耗起到了良好的作用。

汽輪機(jī)，汽水系統(tǒng)，優(yōu)化

0 引言

某電廠一臺型號為N600-24.2/538/566的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機(jī)。機(jī)組采用復(fù)合變壓運(yùn)行方式，汽輪機(jī)具有八級非調(diào)整回抽汽，承擔(dān)了三臺高壓加熱器、除氧器、四臺低壓加熱器及小汽輪機(jī)的供汽。

該機(jī)組于2015年10月的機(jī)組A修期間針對汽水系統(tǒng)存在的安全性和經(jīng)濟(jì)性問題進(jìn)行集中排查與優(yōu)化改造，不僅解決了機(jī)組運(yùn)行長期存在的安全隱患，而且獲得了熱耗率下降54.9 kJ/（kW·h）， 煤耗下降 2.06 g/（kW·h） 的節(jié)能成果。

1 原汽水系統(tǒng)的不足及改進(jìn)方向

1.1 機(jī)組安全性存在隱患

系統(tǒng)優(yōu)化改造的最大前提應(yīng)該是保證機(jī)組的安全性，確保機(jī)組的設(shè)備及汽水系統(tǒng)在啟、停及任何工況下運(yùn)行，各項控制指標(biāo)在規(guī)程規(guī)定的范圍之內(nèi)。

具體到各分系統(tǒng)，則是在各種不同的工況下運(yùn)行，疏水系統(tǒng)應(yīng)能防止可能的汽輪機(jī)進(jìn)水和汽輪機(jī)本體的不正常積水，并滿足系統(tǒng)暖管和熱備用要求。

原系統(tǒng)中軸封供汽系統(tǒng)就存在容易忽略的安全隱患，軸封供汽管路疏水系統(tǒng)可靠程度低、低壓缸軸封供汽減溫器控制粗放、7號低加正常疏水不暢、小機(jī)供汽含水等問題直接影響機(jī)組的運(yùn)行安全。這些問題在改進(jìn)的過程中，都應(yīng)盡可能采取各種措施予以消除，提高機(jī)組的可靠性，提高機(jī)組在不同情況下運(yùn)行的靈活性與適應(yīng)性。

1.2 汽水系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜

汽水系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，冗余系統(tǒng)多，甚至存在設(shè)計、安裝錯誤，不僅影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，而且對安全性、可靠性也有影響。例如高壓缸排汽至熱冷段管道、各級抽汽管道等，同一管道上存在多路重復(fù)疏水，輔助設(shè)備如軸封供汽系統(tǒng)的多路備用汽源等，完全可以簡化，以減少不必要的泄漏點；取消系統(tǒng)中重復(fù)設(shè)置或冗余設(shè)置的放水放氣門、安全門等。

冗余設(shè)置的系統(tǒng)若發(fā)生泄漏，造成不必要的經(jīng)濟(jì)性損失。即使閥門嚴(yán)密，簡化后也可以減少維護(hù)成本，減少可能的漏點，提高可靠性。在保證疏水功能的情況下，盡可能簡化疏水系統(tǒng)，以減少內(nèi)漏，提高經(jīng)濟(jì)性。

對汽水系統(tǒng)的簡化是從系統(tǒng)的設(shè)計上降低不必要的能量損失進(jìn)而提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的有效途徑。系統(tǒng)簡化后還有降低維修工作量及維護(hù)費(fèi)用，減少運(yùn)行操作量，提高設(shè)備可靠性，提高機(jī)組運(yùn)行安全性等好處。

1.3 疏水閥門頻繁內(nèi)漏

經(jīng)過對原汽水系統(tǒng)的排查，發(fā)現(xiàn)疏水閥門內(nèi)漏較多，尤其是主蒸汽、再熱蒸汽等蒸汽參數(shù)等級較高的管道疏水，此處泄漏是影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性最大的因素，使機(jī)組達(dá)不到應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)性水平。

同時，有關(guān)試驗表明，疏水系統(tǒng)工質(zhì)內(nèi)漏造成凝汽器熱負(fù)荷增大，影響真空1～2 kPa，影響機(jī)組功率2%～4%，即6～12 MW，真空和機(jī)組功率下降使發(fā)電煤耗率上升6～8 g/（kW·h），且每年更換閥門及維護(hù)費(fèi)用為100萬元～150萬元。

此外，由于疏水閥門前、后差壓大，過流汽水混合物使工作環(huán)境差，即使更換了閥門后機(jī)組經(jīng)過幾次啟、停后，依然出現(xiàn)不同程度的內(nèi)漏。機(jī)組啟、停次數(shù)愈多，閥門內(nèi)漏的機(jī)率愈大，且愈漏愈嚴(yán)重，出現(xiàn)門芯吹損，甚至可能發(fā)生彎頭破裂，疏水?dāng)U容器焊縫開裂等故障。既危及機(jī)組運(yùn)行安全，又嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)性。

針對上述問題，通過更換手動、啟動球閥，采用兩道氣動門布置，加裝手動門，采用組合型自動疏水器等方式可減少閥門泄漏的程度，降低泄漏損失。加裝手動門后，應(yīng)在疏水閥泄漏的情況下及時關(guān)閉手動門以減少損失，否則加裝的閥門也不能發(fā)揮作用。

1.4 部分有效能的浪費(fèi)

在保證機(jī)組本身泄漏在較低水平的基礎(chǔ)上，改造應(yīng)著眼于高效利用系統(tǒng)浪費(fèi)的可利用能源，積少成多，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

在本廠汽水系統(tǒng)設(shè)計與運(yùn)行中，存在工質(zhì)有效能利用不盡合理，或工質(zhì)浪費(fèi)的情況。如所有系統(tǒng)疏水均排至凝汽器，在閥門嚴(yán)密的情況下本來影響不大，一旦閥門泄漏則損失較大；8號低加疏水熱量的浪費(fèi)；采用節(jié)流孔板連續(xù)疏水的熱備用方式；部分可以回收的工質(zhì)排至定排等。

應(yīng)盡可能地回收利用工質(zhì)的有效能，減少工質(zhì)損失，從系統(tǒng)的設(shè)計上提高能量利用率進(jìn)而提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

2 具體的優(yōu)化措施舉例

針對上述的問題及安全隱患，根據(jù)優(yōu)化針對機(jī)組安全性及經(jīng)濟(jì)性的改進(jìn)思路，該廠實施了汽水系統(tǒng)優(yōu)化改造。其具體情況介紹如下。

2.1 提高機(jī)組安全性

2.1.1 四段抽汽疏水的優(yōu)化

現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)四抽供小機(jī)用汽節(jié)流孔板前一段管道處于低點而未設(shè)置疏水，極有可能造成起機(jī)時小機(jī)用汽中含水。此處存在較大的安全隱患。

因此，如圖1中所示，優(yōu)化方案在該管道低點設(shè)置一路疏水管道并入4抽電動門后疏水，保證了機(jī)組正常運(yùn)行的安全。

圖1 四段抽汽疏水優(yōu)化改造前后示意圖

此外，對于門間疏水，由于實際距離很短，并沒有增加設(shè)置疏水管路的必要，故予以取消，減少閥門內(nèi)漏造成的漏汽隱患。

2.1.2 低壓軸封供汽溫度測點的優(yōu)化

現(xiàn)場排查發(fā)現(xiàn)低壓軸封供汽溫度測點安裝位置距離減溫器長度較短，機(jī)組長期運(yùn)行過程中減溫器霧化噴嘴效果衰退，汽水無法快速混合，導(dǎo)致原溫度測點數(shù)值不準(zhǔn)，直接影響低壓缸安全運(yùn)行。

因此，如圖2所示，優(yōu)化方案在軸封供汽兩路支管加裝了新的溫度測點，此處距離減溫器較遠(yuǎn)，測點數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可有效防止低壓軸封供汽過熱或蒸汽含水。

圖2 低壓軸封供汽加裝溫度測點安裝示意圖

2.2 簡化汽水系統(tǒng)

該廠建有3臺機(jī)組，基本可保持至少1臺機(jī)組處于運(yùn)行狀態(tài)，且輔汽母管與臨廠相連，輔汽汽源穩(wěn)定可靠，軸封用汽完全可以只依靠輔汽一路汽源。

如圖3～圖5所示，改造后原系統(tǒng)的主蒸汽至軸封供汽、再熱冷段至軸封供汽管道及調(diào)節(jié)系統(tǒng)全部取消，同時相應(yīng)取消軸封供汽管道安全門。

圖3 軸封供汽系統(tǒng)優(yōu)化改造前后示意圖 （主蒸汽）

圖4 軸封供汽系統(tǒng)優(yōu)化改造前后示意圖 （再熱冷段）

圖5 軸封供汽系統(tǒng)優(yōu)化改造前后示意圖 （安全門）

軸封供汽系統(tǒng)極大簡化，不僅降低了高品質(zhì)蒸汽漏入系統(tǒng)對系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)的影響，而且減少了日常檢修對該處閥門的人力及物力投入，此外現(xiàn)場巡檢及檢修空間得到進(jìn)一步優(yōu)化。

2.3 減少閥門內(nèi)漏

2.3.1 再熱蒸汽管道疏水的優(yōu)化

圖6中低旁前管道疏水合并后取消閥門，于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(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，繁多的作用相同的閥門容易造成較多的泄漏隱患。根據(jù)估算，此處泄漏量可達(dá)到0.5 t/h，可造成熱耗率提高2 kJ/（kW·h）。同時這也增加了閥門的檢修和維護(hù)成本。優(yōu)化后的方案在滿足機(jī)組疏水要求的前提下，不僅簡化了系統(tǒng)，而且減少了泄漏點。

圖6 再熱蒸汽管道疏水優(yōu)化改造前后示意圖

同時，在優(yōu)化方案中，對于高品位蒸汽的疏水在疏水氣動門后加裝溫度測點，可對疏水排放或泄漏情況進(jìn)行實時監(jiān)測，防止高品位能源的流失，提高運(yùn)行人員對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性的掌握。

最后，疏水管路的手動閥門采用嚴(yán)密性更高的手動球閥，減小了閥門內(nèi)漏的隱患。

2.3.2 高排通風(fēng)閥 （VV閥）系統(tǒng)優(yōu)化

原系統(tǒng)中高壓缸排汽通風(fēng)采用VV閥，該閥門形式復(fù)雜，漏汽現(xiàn)象非常嚴(yán)重，造成了大量工質(zhì)及高品位能源的浪費(fèi)。利用等效熱降的方法對該機(jī)組進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)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)。

在滿足機(jī)組運(yùn)行要求的前提下，新的方案中采用加裝電動門的方式，優(yōu)化設(shè)計，減少泄漏，大大提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性 （見圖7）。

圖7 高排通風(fēng)閥 （VV閥）系統(tǒng)優(yōu)化改造前后示意圖

2.3.3 加熱器危急疏水優(yōu)化

由于運(yùn)行方式的關(guān)系，加熱器危急疏水手動門在機(jī)組運(yùn)行時保持常開狀態(tài)，故疏水氣動門一旦關(guān)閉不嚴(yán)就會造成大量的能源流失。其流量大約能達(dá)到15 t/h，可造成熱耗率7.5 kJ/（kW·h）。

為了提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性與安全性，在保證危急疏水快速動作的前提下，消除泄漏隱患，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(guān)控制，機(jī)組運(yùn)行時兩道閥門都處于關(guān)閉狀態(tài)大大提高了危急疏水管路的嚴(yán)密程度，一旦加熱器水位超高，也可快速排水。此外，在各疏水管路的氣動閥后加裝溫度測點，可對各管路閥門的內(nèi)漏情況進(jìn)行實時監(jiān)測（見圖8）。

圖8 加熱器危急疏水優(yōu)化改造前后示意圖

2.3.4 除氧器溢流/放水優(yōu)化

首先，根據(jù)現(xiàn)場查看，除氧器溢流/放水管路在運(yùn)行過程中泄漏量較大，流量可達(dá)到4 t/h。僅此一項就可對熱耗率產(chǎn)生8 kJ/(kW·h)的影響。

在對機(jī)組汽水系統(tǒng)優(yōu)化時，首先要對保留下來的原系統(tǒng)中的閥門進(jìn)行維修，保證其日后的正常功能。另外，如圖9所示，將運(yùn)行中保持常開的，除氧器溢流至凝汽器電動門前手動門更換為電動門，從而達(dá)到對中間一道電動門的保護(hù)作用，可使該管路長期保持不漏狀態(tài)。最后，管路尾部同樣安裝了溫度監(jiān)測點。

圖9 除氧器溢流/放水優(yōu)化改造前后示意圖

2.4 合理利用有效能

圖10較為清楚地展現(xiàn)了方案對8號低加逐級疏水的優(yōu)化內(nèi)容。

圖10 8號低加逐級疏水優(yōu)化改造前后示意圖

首先，方案將八號低加疏水進(jìn)入疏水?dāng)U容器的管路改低，尾端更貼近凝汽器底部，保證機(jī)組在正常運(yùn)行時管路可沒于水中。根據(jù)等效熱降原理，改造后八號低加疏水不再與凝汽器汽側(cè)直接接觸，熱量完全被熱井內(nèi)凝結(jié)水帶走，排擠抽汽，使機(jī)組做功增大，熱耗相應(yīng)降低。以該機(jī)組THA工況下216.492 t/h的疏水流量計算，理論上可以直接使機(jī)組熱耗降低 10 kJ/（kW·h）。

此外，給該路疏水增加了至凝汽器底部放水的旁路，也解決了低加疏水不暢問題。設(shè)備的安全性與經(jīng)濟(jì)性同時得到提高。

3 改造后經(jīng)濟(jì)性評價

3.1 性能試驗結(jié)果

該機(jī)組于2015年進(jìn)行了檢修。在檢修中實施了汽水系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)，為評價改進(jìn)效果，特進(jìn)行本次試驗。試驗結(jié)果表明：試驗以550 MW工況作為評價機(jī)組性能的基準(zhǔn)工況。檢修前試驗熱耗率為8 164.6 kJ/（kW·h），修正至額定參數(shù)下熱耗率為 7 902.7 kJ/（kW·h），折合發(fā)電煤耗率為296.06 g/（kW·h）。 檢修后試驗熱耗率為 7 723.9 kJ/（kW·h），修正至額定參數(shù)下熱耗率為7 847.8 kJ/（kW·h）， 折合發(fā)電煤耗率為 294.00 g/（kW·h）。檢修前后相比熱耗率下降54.9 kJ/（kW·h），煤耗下降 2.06 g/（kW·h）。

3.2 汽水系統(tǒng)泄漏

對目前國內(nèi)火電機(jī)組廣泛的調(diào)查顯示，汽水系統(tǒng)泄漏是對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響最大的因素之一。

試驗計算檢修前550 MW工況系統(tǒng)不明漏量為10.62 t/h，不明泄漏率為0.56%。檢修后550 MW工況系統(tǒng)不明泄漏量為6.01 t/h，不明泄漏率為0.32%。檢修前后不明泄漏情況有較大改善。

3.3 改造的經(jīng)濟(jì)效益

本次改造總投入約130萬元，根據(jù)廠內(nèi)統(tǒng)計，該廠全年實際發(fā)電量35億度，則單臺機(jī)組可節(jié)約燃煤2 403.3 t，以單位煤價500元/噸來計算，相應(yīng)降低成本120.2萬元/年，改造所需投入基本一年可完全收回。

4 結(jié)論

某電廠在一次A修過程中對本機(jī)組汽水系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造，不僅處理了長期影響機(jī)組安全運(yùn)行的隱患，也很大程度上降低了發(fā)供電熱耗率，達(dá)到了節(jié)能減排的效果。

實踐證明本次的超臨界600 MW機(jī)組汽水系統(tǒng)優(yōu)化改造取得了顯著的成效。

[1]東方汽輪機(jī)廠．CLN650-24.2/538/566型650 MW中間再熱凝汽式汽輪機(jī)使用說明書[R]．

[2]陳喬偉,王俊啟,李文波,等．大型火電機(jī)組汽機(jī)疏水系統(tǒng)優(yōu)化管理探討［J］．華中電力，2007，20(6):8－11．

[3]劉立成,馬欣強(qiáng),黃興宇．火力發(fā)電廠蒸汽管道疏水系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化［J］．火力發(fā)電技術(shù),2011,23(6):23－26．

[4]汪祖鑫．超臨界壓力600 MW 機(jī)組的啟動和運(yùn)行［M］．北京:中國電力出版社,1996．

[5]施晶．熱力系統(tǒng)及運(yùn)行[M]．北京:中國電力出版社，2011．

[6]高彥庭,徐貴林,史青玉,等．300 MW 汽輪機(jī)組的熱力系統(tǒng)優(yōu)化[J]．熱電技術(shù),2011,20(5):12－15．

Optimization and Energy Saving Renovation of Supercritical Unit Steam-water System

Yuan Hongli

（Huarun Electric Power （Changshu） Co.,Ltd.,Changshu Jiangsu,215536）

Taking a supercritical steam unit as a typical case,the steam-water system of steam turbine is completely analyzed by equivalent heat drop method,the comprehensive maintenance and renovation of the drain and blowdown system are also carried out,which not only greatly improves the safety of the unit,but also has a good effect on energy saving and consumption reducing.

steam turbine,steam-water system,optimization

TM611

A

1674-9987（2017）04-0012-05

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2017.04.003

袁洪利 （1974-），男 ，工程師，本科，華潤電力 （常熟）有限公司汽機(jī)專業(yè)主任工程師，主要從事電站汽機(jī)的檢修與維護(hù)管理工作。