張家寬， 張友輝， 程?hào)|濤

(1. 華能汕頭海門發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東汕頭 515132； 2. 華能太倉(cāng)發(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇太倉(cāng) 215424； 3. 西安熱工研究院有限公司，西安 710054)

引風(fēng)機(jī)是火力發(fā)電機(jī)組的重要輔助設(shè)備，傳統(tǒng)引風(fēng)機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其耗電量大；在機(jī)組中低負(fù)荷工況引風(fēng)機(jī)降速運(yùn)行時(shí)理論上可以降低機(jī)組能耗。隨著機(jī)組負(fù)荷率降低，以及降低機(jī)組廠用電率、提高機(jī)組供電能力的需求增大，部分600 MW等級(jí)及以上機(jī)組進(jìn)行了將引風(fēng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)改為汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)[1-2]的改造，該汽輪機(jī)稱為引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，部分新建機(jī)組在設(shè)計(jì)選型階段直接按汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的冷端系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)獨(dú)立凝汽器和抽真空系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力高的問(wèn)題，會(huì)增大引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)汽流量、增大機(jī)組能耗，在夏季嚴(yán)重時(shí)會(huì)由于影響引風(fēng)機(jī)出力從而導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法帶滿負(fù)荷運(yùn)行，影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[3-4]。引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)與給水泵驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)較類似，其設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)較成熟，而引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)均相對(duì)較少。

筆者結(jié)合實(shí)際案例，對(duì)引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)機(jī)組存在的問(wèn)題進(jìn)行原因分析并提出改進(jìn)建議。

1 引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力影響因素

引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力(即凝汽器壓力)由引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)的工作狀態(tài)[5-6]決定。凝汽器壓力對(duì)應(yīng)飽和溫度的計(jì)算公式為：

ts=tw1+Δtc+δtc

(1)

式中：ts為凝汽器壓力對(duì)應(yīng)飽和溫度，℃；tw1為凝汽器冷卻水進(jìn)口溫度，℃；Δtc為凝汽器冷卻水溫升，K，Q為凝汽器熱負(fù)荷，W；qm為凝汽器冷卻水質(zhì)量流量，kg/s，cp為冷卻水比定壓熱容，J/(kg·K)；δtc為凝汽器傳熱端差，K。

凝汽器傳熱端差由凝汽器傳熱性能決定，在凝汽器冷卻面積、冷卻水溫度和冷卻水流量已定的情況下，凝汽器傳熱端差主要受凝汽器運(yùn)行清潔系數(shù)和凝汽器內(nèi)空氣聚積程度的影響。凝汽器內(nèi)空氣聚積程度可結(jié)合真空嚴(yán)密性試驗(yàn)及抽空氣系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定性和定量判定。

在進(jìn)行實(shí)際案例分析時(shí)，可根據(jù)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行凝汽器運(yùn)行性能計(jì)算，通過(guò)對(duì)凝汽器設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)性能的對(duì)比分析和修正計(jì)算[7]，進(jìn)行各影響因素的定量分析計(jì)算，進(jìn)而查找出影響引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力升高的主要問(wèn)題，并針對(duì)性地提出改進(jìn)建議。

2 實(shí)際案例

某電廠1 000 MW機(jī)組引風(fēng)機(jī)由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，該機(jī)組在建成投產(chǎn)后就出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力相對(duì)偏高的問(wèn)題，在夏季運(yùn)行工況受引風(fēng)機(jī)出力影響導(dǎo)致機(jī)組不能帶滿負(fù)荷。

2.1 設(shè)備概況

該機(jī)組配置2臺(tái)50%容量汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)，引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)為單軸、反動(dòng)、純凝式，可以變參數(shù)、變功率、變轉(zhuǎn)速運(yùn)行，進(jìn)汽汽源為機(jī)組四段抽汽，2臺(tái)引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)各設(shè)置1臺(tái)凝汽器，凝汽器冷卻水取自主機(jī)冷卻水系統(tǒng)，主機(jī)冷卻水為海水冷卻開(kāi)式循環(huán)冷卻水。引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)及凝汽器技術(shù)規(guī)范分別見(jiàn)表1和表2。

表1 引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范

表2 凝汽器設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范

該機(jī)組建成投產(chǎn)后就出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力相對(duì)偏高的問(wèn)題，引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)汽流量一直偏大，引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)耗汽量偏大，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。機(jī)組在夏季運(yùn)行時(shí)，當(dāng)循環(huán)冷卻水溫度接近30 ℃時(shí)，引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力達(dá)20 kPa以上，嚴(yán)重偏離了設(shè)計(jì)值，此時(shí)引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)出力也大幅下降，直接影響引風(fēng)機(jī)出力，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組不能帶滿負(fù)荷。

2.2 性能試驗(yàn)

針對(duì)該機(jī)組引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力高的問(wèn)題，前期進(jìn)行了大量的分析工作，通過(guò)引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)性能試驗(yàn)基本排除了引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)自身性能差的問(wèn)題，導(dǎo)致其排汽壓力高的原因基本鎖定在引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)方面。

該機(jī)組2臺(tái)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)工作狀態(tài)接近，以A引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)為例進(jìn)行分析。A引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 A引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)性能試驗(yàn)結(jié)果

由表3可以看出：將引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)性能試驗(yàn)結(jié)果與原設(shè)計(jì)參數(shù)相比，引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力偏高，冷卻水流量偏低、冷卻水溫升偏高、凝汽器傳熱端差偏高、運(yùn)行清潔系數(shù)偏低，且各參數(shù)偏離幅度均相對(duì)較大。

2.3 原因分析

在引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)性能試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將凝汽器冷卻水體積流量和運(yùn)行清潔系數(shù)分別修正到設(shè)計(jì)值，即3 038 m3/h和0.85，得出冷卻水流量和運(yùn)行清潔系數(shù)對(duì)冷端系統(tǒng)性能修正后的結(jié)果(見(jiàn)表4)。

表4 引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)性能修正結(jié)果

根據(jù)引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)冷端系統(tǒng)性能試驗(yàn)結(jié)果和修正計(jì)算結(jié)果，按照引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力影響因素定性分析方法，初步可判斷凝汽器冷卻水溫升偏高和運(yùn)行清潔系數(shù)偏低是引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力偏高的直接原因，而運(yùn)行清潔系數(shù)又是凝汽器傳熱性能的綜合反映。

需要說(shuō)明的是，由于冷卻水流量和運(yùn)行清潔系數(shù)均與其設(shè)計(jì)值偏差較大，在一個(gè)因素與設(shè)計(jì)值偏差較大的基礎(chǔ)上對(duì)另外一個(gè)影響因素單獨(dú)進(jìn)行修正，得出的修正量相對(duì)偏大；冷卻水流量和運(yùn)行清潔系數(shù)分別單獨(dú)修正后兩者對(duì)凝汽器壓力的影響總和大于兩者同時(shí)修正對(duì)凝汽器壓力的影響。修正方式引起的修正量偏差不影響分析結(jié)果。

對(duì)導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力偏高的直接原因進(jìn)行進(jìn)一步分析。

(1) 凝汽器冷卻水溫升偏高。

凝汽器冷卻水溫升偏高的主要原因?yàn)槟骼鋮s水流量偏小，通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整主機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行方式，引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的凝汽器冷卻水流量均比設(shè)計(jì)值偏低較多。根據(jù)冷端系統(tǒng)性能修正結(jié)果可以看出，不同負(fù)荷工況下影響凝汽器壓力升高8.6～12.8 kPa，冷卻水流量偏低是引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力高的主要原因。

進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的凝汽器冷卻水取自主機(jī)循環(huán)冷卻水，而該機(jī)組循環(huán)冷卻水為海水冷卻開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，該類型冷卻水系統(tǒng)本身就存在循環(huán)水壓力相對(duì)較低的特點(diǎn)。從設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)布置來(lái)看，主機(jī)循環(huán)水泵及取水、供水系統(tǒng)靠近汽輪機(jī)側(cè)，而引風(fēng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)和凝汽器在鍋爐側(cè)，冷卻水管線較長(zhǎng)、沿程阻力損失大。如果在機(jī)組設(shè)計(jì)階段未充分考慮主機(jī)循環(huán)水和引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)凝汽器冷卻水系統(tǒng)的水力平衡，將很容易出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)凝汽器冷卻水流量偏低的問(wèn)題。

(2) 凝汽器傳熱性能差。

根據(jù)冷端系統(tǒng)性能修正結(jié)果可以看出，不同負(fù)荷工況下凝汽器傳熱性能差影響凝汽器壓力升高7.6～12.3 kPa，凝汽器傳熱性能差也是造成驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力高的一個(gè)主要原因。

造成凝汽器傳熱性能差的原因主要是凝汽器冷卻管臟污和凝汽器內(nèi)空氣聚積。由于該機(jī)組為新建機(jī)組，結(jié)合已經(jīng)進(jìn)行的檢修維護(hù)工作，基本可以排除凝汽器冷卻管臟污的問(wèn)題，初步判斷凝汽器傳熱性能差的原因?yàn)槟鲀?nèi)空氣聚積嚴(yán)重。

通過(guò)調(diào)整真空泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，隨著真空泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)增多，凝汽器壓力相對(duì)降低，同時(shí)真空泵存在工作液溫度偏高現(xiàn)象，說(shuō)明存在真空泵抽吸能力相對(duì)不足的問(wèn)題。測(cè)試發(fā)現(xiàn)真空泵換熱器傳熱端差約20 K，嚴(yán)重高于正常值。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，真空泵換熱器冷卻水設(shè)計(jì)質(zhì)量流量為10 t/h，但實(shí)測(cè)冷卻水質(zhì)量流量約為3 t/h。

由于真空泵冷卻水取自引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)凝汽器冷卻水，根據(jù)以上分析，凝汽器冷卻水本身就存在流量相對(duì)偏低的問(wèn)題，同時(shí)由于整個(gè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)壓力相對(duì)偏低、引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)凝汽器冷卻水又存在沿程阻力大的問(wèn)題，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)凝汽器冷卻水在凝汽器進(jìn)水處更是存在壓力偏低的問(wèn)題，導(dǎo)致真空泵冷卻水流量偏低，同時(shí)真空泵冷卻水管道偏細(xì)，進(jìn)一步造成真空泵冷卻水流量偏小，抽吸能力不足。

3 改進(jìn)建議

根據(jù)引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力高原因分析結(jié)果，結(jié)合機(jī)組實(shí)際情況，針對(duì)冷卻水流量不足的問(wèn)題，建議增設(shè)管道泵，以提高引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)凝汽器冷卻水流量。同時(shí)，在以后的設(shè)計(jì)選型或改造時(shí)，應(yīng)充分考慮冷卻水管道沿程阻力和整個(gè)冷卻水系統(tǒng)的水力平衡問(wèn)題，保障冷卻水流量達(dá)到設(shè)計(jì)值。

針對(duì)真空泵抽吸能力不足引起的凝汽器內(nèi)空氣聚積、傳熱性能變差的問(wèn)題，從理論上分析增大凝汽器冷卻水流量可以緩解真空泵冷卻水流量不足的問(wèn)題，但由于所配置真空泵本身存在冷卻水管道偏細(xì)的問(wèn)題，建議對(duì)真空泵冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行改造，對(duì)冷卻水管道進(jìn)行擴(kuò)容，根據(jù)擴(kuò)容后運(yùn)行效果考慮是否對(duì)換熱器進(jìn)行改造。

4 結(jié)語(yǔ)

汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)相對(duì)電動(dòng)引風(fēng)機(jī)具有降低機(jī)組廠用電率、在機(jī)組中低負(fù)荷工況可相對(duì)節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，但是汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜，如果不能做好設(shè)計(jì)選型和運(yùn)行維護(hù)工作，容易引起汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行性能、工作狀態(tài)變差，不僅影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，還可能會(huì)影響機(jī)組帶負(fù)荷能力。

通過(guò)引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力影響因素定性和定量分析，查找出冷卻水流量偏小和真空泵抽吸能力不足是引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)排汽壓力高的主要原因，為引風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)機(jī)組工作狀態(tài)分析提供了分析思路和方法，可為同類型機(jī)組設(shè)計(jì)選型及改造方案制定提供參考，避免類似問(wèn)題再次發(fā)生。