660 MW超臨界空冷凝汽器增容改造可行性研究

王智剛

（河北國(guó)華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 保定 071003）

研究與應(yīng)用

660 MW超臨界空冷凝汽器增容改造可行性研究

王智剛

（河北國(guó)華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 保定 071003）

由于國(guó)內(nèi)早期直接空冷機(jī)組設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，空冷單元三排管設(shè)計(jì)冷卻面積較小，以及管束翅片結(jié)垢等因素影響，導(dǎo)致機(jī)組經(jīng)濟(jì)性逐年變差。介紹了國(guó)內(nèi)空冷系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，提出了提高空冷系統(tǒng)運(yùn)行效率的技術(shù)方案，詳細(xì)說明了660 MW超臨界空冷凝汽器改造的可行性，重點(diǎn)闡述了尖峰冷卻系統(tǒng)原理及應(yīng)用，從而提高汽輪機(jī)效率，改善機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性，同時(shí)為同類型機(jī)組的增容改造提供參考。

汽輪機(jī)；空冷凝汽器；增容改造

為改善空冷機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境，河北某電廠對(duì)空冷凝汽器進(jìn)行了一系列技術(shù)改造，如在2010年加裝了尖峰噴淋系統(tǒng)［1－2］，由于該系統(tǒng)需要大量使用除鹽水，2臺(tái)機(jī)組每年噴淋、沖洗使用除鹽水約90 000 t，該區(qū)域夏季最高環(huán)境溫度近40℃，即使投入尖峰噴淋系統(tǒng)機(jī)組背壓最高也達(dá)到35 kPa，夏季高溫天氣機(jī)組難以滿發(fā)，而且尖峰噴淋系統(tǒng)會(huì)在空冷凝汽器迎風(fēng)面翅片管上逐漸形成結(jié)垢［3］，也會(huì)導(dǎo)致其性能下降。

針對(duì)以上的問題，必須對(duì)空冷凝汽器增容改造進(jìn)行可行性研究，并采取相關(guān)措施提高機(jī)組冷端的散熱能力。

1 空冷凝汽器參數(shù)

電廠二期工程安裝2×660 MW超臨界直接空冷機(jī)組，2臺(tái)機(jī)組分別于2009年3月和12月投產(chǎn)，空冷凝汽器布置在主廠房A排外的空冷平臺(tái)上。從汽輪機(jī)低壓缸排出的乏汽，通過2根DN6000 mm的水平排汽管道從主廠房引至A排室外，而后V形向上爬升至一定高度后，分別進(jìn)入2根DN4200 mm干管，再?gòu)拿扛晒芊謩e引出2根DN3000 mm支管至空冷凝汽器頂部的蒸汽分配管，向空冷凝汽器管束分配排汽，軸流風(fēng)機(jī)使空氣流過管束外表面帶走熱量，將排汽冷凝成水，再由凝結(jié)水管匯集，排至主廠房?jī)?nèi)的汽輪機(jī)排汽裝置。

每臺(tái)660 MW汽輪機(jī)組共配置56個(gè)單排管空冷凝汽器單元。布置分為8列，每列有7個(gè)單元，每個(gè)單元由10片管束組成，每列共有8片逆流管束。每個(gè)空冷凝汽器單元下部安裝1臺(tái)D9 750 mm的軸流風(fēng)機(jī)，所有風(fēng)機(jī)均采用變頻調(diào)速電機(jī)。

表1 空冷凝汽器設(shè)計(jì)參數(shù)［4］

2 改造方案選擇

根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外已實(shí)施項(xiàng)目的調(diào)研，總體思路均是對(duì)進(jìn)入空冷凝汽器的乏汽進(jìn)行分流，減輕凝汽器的熱負(fù)荷，從而降低汽輪機(jī)排汽壓力。

2.1 方案1：開式循環(huán)尖峰冷卻系統(tǒng)方案［5］

開式循環(huán)尖峰冷卻系統(tǒng)方案，該方案要求從直接空冷系統(tǒng)中分流一部分蒸汽，通過表面式凝汽器換熱冷凝為凝結(jié)水，凝結(jié)水由凝結(jié)水泵送回汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)。冷卻水采用開式循環(huán)水，需設(shè)置凝汽器、循環(huán)水管道等設(shè)施和設(shè)備。

該方案特點(diǎn)如下：

a.單獨(dú)增加凝汽器、循環(huán)水管道等設(shè)施；

b.循環(huán)水由機(jī)力通風(fēng)塔水泵提供，需協(xié)調(diào)好水量分配、維修等問題；

c.大排汽管道系統(tǒng)發(fā)生改變，需重新核算管道的流量分配和管系的結(jié)構(gòu)應(yīng)力；

d.凝汽器和循環(huán)水管道的布置受到地下管線和設(shè)備的影響與制約；

e.循環(huán)冷卻水的水質(zhì)要求高。

2.2 方案2：加裝表面蒸發(fā)式尖峰冷卻系統(tǒng)（圖1）

在原空冷凝汽器主排汽管道上另接出蒸汽分配管蒸汽送至蒸發(fā)式凝汽器進(jìn)行冷凝，凝結(jié)水通過凝結(jié)水管道送回至排汽裝置，蒸發(fā)式凝汽器設(shè)置有抽真空管線，并入原空冷島抽真空母管。在蒸汽分配管道上設(shè)有膨脹節(jié)，膨脹節(jié)用以吸收管道的橫向和軸向等位移；春、秋、冬季機(jī)組運(yùn)行背壓較低時(shí)，關(guān)閉蒸發(fā)式凝汽器動(dòng)力部分，僅直接空冷運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能目的。

圖1 加裝表面蒸發(fā)式冷卻系統(tǒng)圖

方案的特點(diǎn)如下：

a.改造后系統(tǒng)背壓降低，保證機(jī)組額定出力和系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；

b.水質(zhì)要求不嚴(yán)格，工業(yè)、生活等污水經(jīng)過處理后可以再次利用；

c.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)安裝周期短，操作維護(hù)方便；蒸汽在管內(nèi)冷凝，循環(huán)水在管外蒸發(fā)，管外壁結(jié)垢后容易清理；

d.多模塊組合，根據(jù)負(fù)荷調(diào)節(jié)模塊運(yùn)行數(shù)量，可控性好。

通過分析，方案2在耗水水質(zhì)、指標(biāo)、設(shè)備占地及設(shè)備能耗具有優(yōu)勢(shì)，而且設(shè)備穩(wěn)定可靠性高，有相當(dāng)?shù)倪\(yùn)行業(yè)績(jī)。故采用增加表面蒸發(fā)式冷卻器方案。

3 改造方案實(shí)施

3.1 表面蒸發(fā)式尖峰冷卻系統(tǒng)［6］總平面布置

由于本工程是改造工程，場(chǎng)地條件受到較大的限制，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查并結(jié)合施工圖設(shè)計(jì)，對(duì)本次改造的新增設(shè)備進(jìn)行了布置。新增蒸發(fā)冷卻器的布置以排汽管道路徑最短為原則，排汽管道及凝結(jié)水回水管道在空冷凝汽器平臺(tái)下方采用管架進(jìn)行敷設(shè)。水池需要高位布置，預(yù)留出通行的空間。

補(bǔ)給水經(jīng)水泵升壓后進(jìn)入化學(xué)水處理系統(tǒng)，軟化后的水升壓補(bǔ)給至蒸發(fā)冷卻器內(nèi)。

3.2 表面蒸發(fā)式冷卻熱力系統(tǒng)

a.乏汽系統(tǒng)

通過初步核算，每臺(tái)表面蒸發(fā)式凝汽器所需的乏汽約280 t，經(jīng)計(jì)算每臺(tái)機(jī)組需從原空冷凝汽系統(tǒng)2根主排汽管道上分別接出DN2400 mm的蒸汽管道，架空接至每臺(tái)機(jī)的蒸發(fā)式凝汽器，通過電動(dòng)真空蝶閥與之相連，夏季機(jī)組運(yùn)行背壓高時(shí)，分流部分蒸汽流至蒸發(fā)式凝汽器進(jìn)行冷卻，緩解直接空冷散熱器的壓力，達(dá)到降低背壓的目的。

b.凝結(jié)水系統(tǒng)

由于蒸發(fā)式凝汽器布置在汽機(jī)房外0 m層，機(jī)組排汽裝置布置在主廠房－2.0 m左右，兩者之間存在足夠的勢(shì)能差，所以乏汽凝結(jié)水可通過自流的方式回至主機(jī)排汽裝置，而不再增設(shè)凝結(jié)水泵，表面蒸發(fā)式凝汽器的凝結(jié)水直接進(jìn)入主機(jī)凝結(jié)水系統(tǒng)。管道上設(shè)置有關(guān)斷閥，用于隔斷表面蒸發(fā)式凝汽器與主機(jī)排汽裝置系統(tǒng)的連接。

冬季，風(fēng)機(jī)、水泵停運(yùn)，風(fēng)筒出口采用帆布密封，以防自然抽風(fēng)凝結(jié)蒸汽。補(bǔ)水關(guān)閉，隔離閥敞開，以防密封不嚴(yán)密，少量蒸汽進(jìn)入尖峰冷卻系統(tǒng)冷凝凍結(jié)。

4 增容改造投資估算

工程投資估算靜態(tài)價(jià)格水平按照2013年12月計(jì)算（見表2）。

表2 靜態(tài)投資估算

5 增容改造經(jīng)濟(jì)性分析

5.1 節(jié)煤分析

改造后，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行背壓降低約7 kPa；夏季時(shí)段的機(jī)組利用小時(shí)數(shù)為2 880 h；背壓每降低1 kPa，供電標(biāo)煤煤耗減少約1.25 g／kWh；標(biāo)煤價(jià)格為580元／t；機(jī)組年節(jié)約用煤費(fèi)用：7×1.25×2 880×580×66×10－2＝964.65萬元／a。

5.2 增加耗電量分析

表面蒸發(fā)式冷卻裝置耗電功率為990 kW；成本電價(jià)為0.27元／kWh；年增加電費(fèi)：2 880×990× 0.27÷10 000＝76.98萬元。

5.3 增加水耗分析

改造后水耗增加約238.3 m3／h；運(yùn)行時(shí)間為2 880 h；水價(jià)為2元／t；年增加水費(fèi)：238.3×2 880×2÷10 000＝137.26萬元。

5.4 年維修費(fèi)用

按2%的維修費(fèi)率計(jì)算全年的維修費(fèi)用。年維修費(fèi)用：4 736×2%＝94.72萬元。

5.5 回收年限（表3）

表3 回收年限

6 結(jié)束語(yǔ)

660 MW超臨界直接空冷凝汽器增容改造行之有效，技術(shù)上較為成熟，安全性能夠得到保證，改造效果容易實(shí)現(xiàn)。目前該改造工程進(jìn)入前期初可研階段，從調(diào)研的結(jié)果來看，該系統(tǒng)安全性高，運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益可觀，節(jié)能減排效果顯著，不僅提高了機(jī)組的整體經(jīng)濟(jì)性，而且極大降低了運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。整個(gè)改造工程投入合適，回收期較短，是一項(xiàng)十分成功的節(jié)能改造項(xiàng)目，表面蒸發(fā)式冷卻系統(tǒng)在直接空冷凝汽器改造領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用價(jià)值。

［1］惠雪松，孫會(huì)亮，馬少帥.直接空冷機(jī)組空冷單元內(nèi)噴霧增濕系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（8）：27－30.

［2］范志強(qiáng)，陳海平，張學(xué)鐳.直接空冷系統(tǒng)中噴霧冷卻技術(shù)的應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，2009，30（5）：19－21.

［3］曹智杰.600 MW直接空冷機(jī)組凝汽器冷卻管束污垢熱阻變工況特性研究［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（12）：6－9，26.

［4］江蘇雙良空調(diào)設(shè)備股份有限公司.二期工程2x660 MW超臨界火電機(jī)組直接空冷系統(tǒng)管束性能曲線［R］.2009.

［5］湯擁華.漳山電廠二期機(jī)組空冷增容改造研究［D］.保定：華北電力大學(xué)，2014.6.

［6］楊立軍，杜小澤，楊勇平.蒸發(fā)冷卻節(jié)能技術(shù)在電站冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，41（5）：581－584.

Feasibility Study on Increase Capacity of 660 MW Supercritical Direct Air Cooling Condense

WANG Zhigang
（Hebei Guohua Dingzhou Power Co.，Ltd.，Baoding，Hebei 071003，China）

Due to lack of designing experience early in China，the designed cooling area of three?rows tubes is relatively small.With the scaling of the cooling fin tubes and other factors，economical efficiency of the unit is getting worse.In this paper，the problems in the operation of air?cooled system are introduced，the technical scheme to improve the operating efficiency of the air cooling system is presented.The feasibility of the 660 MW supercritical air?cooled steam condenser is described in detail.To improve the efficiency of steam turbine and improve economic and safety of the unit，reasonable suggestions for the same type of capacity extension are put for?ward.

steam turbine；air?cooled condenser；capacity extension

TP621

A

1004－7913（2016）10－0009－03

王智剛（1982），男，碩士，工程師，主要從事汽輪機(jī)檢修管理工作。

2016－05－21）