黃文兵， 王自發(fā)， 唐義洪

（1.德陽(yáng)東汽電站機(jī)械制造有限公司， 四川德陽(yáng)， 618000； 2.中廣核新能源德令哈有限公司， 青海德令哈， 817000）

新疆某6×350 MW 機(jī)組， 為國(guó)產(chǎn)亞臨界、 一次再熱、 雙缸雙排汽、 直接空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。 夏季室外氣溫超過(guò)37 ℃時(shí)， 即使ACC 風(fēng)機(jī)60 Hz 運(yùn)行汽輪機(jī)背壓也無(wú)法降至限制值， 而不得不采取降低發(fā)電負(fù)荷的運(yùn)行方式。 為了提高機(jī)組夏季運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和靈活性， 電廠于2014 年增設(shè)尖峰冷卻系統(tǒng)， 采用濕冷凝汽器加機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的技術(shù)方案。

1 尖峰凝汽系統(tǒng)概述

圖1 為尖峰凝汽系統(tǒng)圖。

圖1 尖峰凝汽系統(tǒng)圖

從圖1 可以看出： 從空冷排汽管道中分流一部分汽輪機(jī)排汽至尖峰凝汽器中用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻。 尖峰凝汽器冷卻面積4 000 m2； 設(shè)計(jì)冷卻水溫38 ℃； 設(shè)計(jì)冷卻水量8 000 t/h； 設(shè)計(jì)背壓20 kPa。 被尖峰凝汽器加熱的循環(huán)冷卻水通過(guò)機(jī)力通風(fēng)冷卻塔進(jìn)行冷卻， 2 臺(tái)尖峰凝汽器共用1 臺(tái)機(jī)力通風(fēng)冷卻塔， 其設(shè)計(jì)冷卻水量16 500 t/h， 采用三塔三風(fēng)機(jī)配置， 單塔直徑9.75 m。 每臺(tái)尖峰凝汽器配置3 臺(tái)（兩用一備）循環(huán)水泵。 尖峰凝汽器抽真空管接入ACC 抽真空管道， 凝結(jié)水自流回排汽裝置熱井。

2 關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)

2.1 尖峰凝汽器的隔斷閥門

類似工程通常都會(huì)在尖峰凝汽器喉部上方或引流蒸汽管道上裝設(shè)電動(dòng)蝶閥以便尖峰凝汽系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)與ACC 空冷系統(tǒng)隔斷。 本工程乏汽引流管口徑為DN3500， 由于項(xiàng)目投資預(yù)算的限制無(wú)法購(gòu)買密封性能較好的進(jìn)口蝶閥， 其他工程反饋裝設(shè)國(guó)產(chǎn)蝶閥在冬季尖峰凝汽系統(tǒng)正常停運(yùn)或故障停運(yùn)檢修時(shí)由于閥門密封不嚴(yán)導(dǎo)致機(jī)組真空嚴(yán)密性不合格， 達(dá)不到與ACC 系統(tǒng)隔離的效果， 因此本項(xiàng)目選擇不設(shè)隔斷閥門。 不設(shè)隔斷閥門屬類似工程首創(chuàng)， 面臨兩方面的風(fēng)險(xiǎn)： （1）機(jī)組運(yùn)行而尖峰凝汽系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)凝汽器汽側(cè)空間充滿蒸汽， 換熱管“干燒”， 在尖峰凝汽系統(tǒng)停運(yùn)期增加了機(jī)組管道系統(tǒng)空間， 加大了真空泄漏風(fēng)險(xiǎn)； （2） 尖峰凝汽系統(tǒng)投運(yùn)期間換熱管管口泄漏導(dǎo)致凝結(jié)水水質(zhì)不合格無(wú)法在線檢修， 機(jī)組必須停機(jī)。 其解決措施為： （1）制定嚴(yán)格的檢查監(jiān)測(cè)措施提升設(shè)備制造安裝質(zhì)量水平， 降低設(shè)備故障的概率； （2）制定嚴(yán)格的尖峰系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)規(guī)范， 每個(gè)機(jī)組小修期必須對(duì)尖峰凝汽器的換熱管管口、 人孔等影響汽側(cè)密閉性的各關(guān)鍵零部件進(jìn)行檢查維護(hù)， 每個(gè)大修期必須對(duì)尖峰凝汽器進(jìn)行灌水查漏試驗(yàn)以確保凝汽器的真空嚴(yán)密性合格。 尖峰凝汽系統(tǒng)運(yùn)行至今5年未出現(xiàn)因尖峰凝汽系統(tǒng)故障無(wú)法與ACC 隔離而停機(jī)的情況。

2.2 尖峰凝汽器的保溫

工程所在地冬季最低氣溫達(dá)零下40 ℃， 尖峰凝汽系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)由于未設(shè)置隔斷閥門， 凝汽器汽側(cè)空間始終充滿蒸汽， 存在部分蒸汽與低溫壁面接觸冷凝甚至結(jié)冰的可能。 通過(guò)分析， 凝汽器汽側(cè)空間不斷有熱蒸汽進(jìn)入并加熱殼體壁面最終達(dá)到熱平衡狀態(tài)， 在此狀態(tài)下凝汽器殼體壁面金屬溫度由外至內(nèi)逐漸升高并始終保持在蒸汽凝結(jié)溫度附近[1]， 尖峰凝汽器殼體視為排汽方管可輔助蒸汽冷凝。 另外， 考慮到凝汽器熱井內(nèi)的凝結(jié)水自流回排汽裝置時(shí)被低溫空氣冷卻而過(guò)冷， 影響排汽裝置熱井內(nèi)凝結(jié)水的過(guò)冷度和含氧量， 因此本工程改變其他項(xiàng)目對(duì)尖峰凝汽器整體保溫的做法而是只在熱井及凝結(jié)水回流管敷設(shè)保溫層， 凝結(jié)水回流管附電伴熱裝置， 凝汽器殼體及喉部區(qū)域未敷設(shè)保溫層。 尖峰凝汽系統(tǒng)投運(yùn)至今經(jīng)過(guò)5 年運(yùn)行反饋其在冬季尖峰系統(tǒng)停運(yùn)室外溫度低至-35℃時(shí)凝汽器殼體壁面也未出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象， 且實(shí)測(cè)其壁面溫度依然保持在30 ℃附近， 驗(yàn)證了前述分析， 排汽裝置內(nèi)的凝結(jié)水過(guò)冷度也未超過(guò)限制值。

2.3 乏汽引流管設(shè)計(jì)

有些尖峰凝汽系統(tǒng)工程僅對(duì)新增引流管道進(jìn)行應(yīng)力分析， 只考慮新增管道對(duì)原ACC 管系的推力情況而不做整體柔性分析， 或僅用CAESARⅡ軟件進(jìn)行分析而不結(jié)合ANSYS 對(duì)管道應(yīng)力集中的位置做局部校核分析， 這些做法都不嚴(yán)謹(jǐn)。 一方面新增引流管道必定會(huì)改變?cè)瑼CC 排汽管系的柔性狀態(tài)及支吊架受力情況， 另一方面CAESARⅡ軟件的計(jì)算原理是把管道簡(jiǎn)化處理成梁?jiǎn)卧?其適用的條件是管道外徑/壁厚＜100 mm， 尖峰蒸汽引流管屬大管徑薄壁管道， 其自身徑向剛度較弱，明顯已超過(guò)此適用范圍[2]。 本工程采用商用管道應(yīng)力有限元分析軟件CAESARⅡ?qū)友b尖峰凝汽系統(tǒng)后的ACC 空冷管系進(jìn)行整體柔性分析[3]，并利用ANSYS 軟件對(duì)開孔位置進(jìn)行強(qiáng)度校核， 同時(shí)改變類似工程設(shè)置成本高昂的配對(duì)鉸鏈補(bǔ)償器或配對(duì)橫向大拉桿補(bǔ)償器的做法，在合理位置設(shè)置曲管壓力平衡補(bǔ)償器即能保證管系的一次二次應(yīng)力校核通過(guò)又能吸收膨脹節(jié)波紋管本身的負(fù)壓盲板力[4]，保證設(shè)備安全的同時(shí)降低投資成本。 圖2 為加裝尖峰凝汽引流管后的ACC 排汽管道計(jì)算模型， 圖3 為引流管接口開孔局部應(yīng)力校核結(jié)果。

圖2 加裝尖峰凝汽引流管后的ACC 排汽管道計(jì)算模型

圖3 引流管接口開孔局部強(qiáng)度校核結(jié)果

3 尖峰凝汽系統(tǒng)運(yùn)行后的節(jié)能效果

加裝尖峰凝汽系統(tǒng)后因水源取水限制， 循環(huán)水量一直無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)值（單臺(tái)凝汽器8 000 t/h），而是穩(wěn)定在4 000 t/h 左右， 所以循環(huán)水泵一直采取單泵運(yùn)行的方式， 機(jī)力通風(fēng)塔采用兩塔兩風(fēng)機(jī)運(yùn)行方式。 表1 為1 號(hào)機(jī)組未加裝尖峰凝汽系統(tǒng)2014 年夏季性能表現(xiàn)， 和尖峰凝汽系統(tǒng)投運(yùn)后2017 年夏季性能表現(xiàn)（因期間室外溫度低于25 ℃時(shí)ACC 風(fēng)機(jī)降頻運(yùn)行， 所以廠用電平均用電量反而比加裝尖峰之前更低）。

表1 1 號(hào)機(jī)組2014 年（未加裝尖峰凝汽系統(tǒng)）和2017 年（加裝尖峰凝汽系統(tǒng)后）夏季性能表現(xiàn)

對(duì)比1 號(hào)機(jī)組2014 年和2017 年的夏季運(yùn)行數(shù)據(jù)可知， 在平均室外氣溫接近和機(jī)組發(fā)電量接近的情況下， 加裝尖峰凝汽系統(tǒng)之后機(jī)組平均背壓降低5.8 kPa， 機(jī)組平均供電煤耗降低10.43 g/kWh， 單臺(tái)機(jī)組夏季節(jié)省標(biāo)煤10 513.4 t， 經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 小結(jié)

本項(xiàng)目加裝尖峰凝汽系統(tǒng)后切實(shí)解決業(yè)主因夏季室外氣溫高機(jī)組出力受限的問(wèn)題， 提高了機(jī)組發(fā)電經(jīng)濟(jì)性。 不設(shè)尖峰凝汽系統(tǒng)隔斷閥門在國(guó)內(nèi)工程尚屬首例， 凝汽器僅在熱井范圍和凝結(jié)水回流管敷設(shè)保溫層通過(guò)實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)合理可靠，尖峰蒸汽引流管通過(guò)CAESARⅡ和ANSYS 相結(jié)合的方式進(jìn)行有限元分析并在合理位置設(shè)置曲管壓力平衡補(bǔ)償器， 既滿足管道柔性設(shè)計(jì)要求又節(jié)約投資成本。 尖峰凝汽系統(tǒng)投運(yùn)5 年， 運(yùn)行情況良好， 在循環(huán)水量遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值的情況下節(jié)能效果依然顯著。