1 000 MW燃煤機組引風機汽輪機真空偏低原因分析及改進

楊 彪， 楊 博

(華能海門電廠， 廣東汕頭 515132)

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1 000 MW燃煤機組引風機汽輪機真空偏低原因分析及改進

楊 彪， 楊 博

(華能海門電廠， 廣東汕頭 515132)

為降低機組廠用電率，部分燃煤電廠引風機采用汽輪機驅動，使汽輪機冷端優(yōu)化復雜化。針對國內(nèi)某1 000 MW燃煤機組引風機汽輪機真空偏低的問題，結合主機冷端優(yōu)化，考慮電廠實際運行中的可操作性，提出切實可行的提高方法及最佳運行方案。

汽輪機； 冷端優(yōu)化； 凝汽器； 真空； 節(jié)能降耗

汽輪機組凝汽器真空對機組煤耗影響非常大，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)嚴密性、海水流量、真空泵工作狀況等因素制約，使提高機組真空成為一個系統(tǒng)工程，需多方面考慮。近年來，為了降低機組廠用電率，部分電廠引風機采用汽輪機驅動，有采用背壓式汽輪機也有采用凝汽器式汽輪機。采用凝汽式汽輪機的機組使汽輪機的冷端優(yōu)化更加復雜，優(yōu)化時考慮的因素更多。

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

1 引風機汽輪機概況

該電廠3、4 號機組各配置2 臺50%容量的汽動引風機，每臺引風機配置有開式循環(huán)冷卻水、凝汽器抽真空系統(tǒng)、汽輪機進汽系統(tǒng)、凝結水回收系統(tǒng)、汽輪機軸封系統(tǒng)、汽輪機潤滑油系統(tǒng)。2臺汽輪機共用1臺軸封冷卻器、3臺水環(huán)式真空泵(1臺共用)。引風機凝汽器與主機凝汽器通過聯(lián)絡管連接。引風機汽輪機正常工作汽源采用主機四段抽汽，備用汽源為輔汽。

系統(tǒng)配置見圖1。

圖1 引風機汽輪機系統(tǒng)配置

輔助蒸汽設計壓力為0.8～1.3 MPa,設計溫度為300～350 ℃。引風機汽輪機調(diào)試用汽量為10～16 t/h。正常工況進汽壓力為1.09 MPa，溫度為387.4 ℃，額定流量為29.1 t/h。

2 引風機汽輪機真空分析

2.1 真空情況

根據(jù)2013年9月18日4號機組試驗數(shù)據(jù)和2014年5月12日3號機組運行數(shù)據(jù)，對引風機用汽輪機冷端系統(tǒng)性能進行評估，結果見表1。

表1 3、4號機組引風機用汽輪機冷端系統(tǒng)性能評估結果

由表1可以看出： 3、4號機組引風機汽輪機運行真空偏低，導致汽輪機出力下降和效率下降，增加了引風機汽輪機的汽耗量。在海水溫度22.7 ℃，且機組滿負荷時，3號機組引風機汽輪機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(設計值為44.24 t/h)；在海水溫度29.3 ℃，且機組滿負荷時，4號機組引風機汽輪機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

造成引風機汽輪機真空偏低的主要原因為：

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

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

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

2.3 對主機的影響

引風機汽輪機真空偏低導致同樣機組負荷條件下汽輪機耗汽量大幅增加，直接導致機組運行經(jīng)濟性的降低。針對3號機組2014年5月12日運行數(shù)據(jù)、4號機組2013年9月18日試驗數(shù)據(jù)，對汽輪機真空偏低引起的機組經(jīng)濟性變化進行分析，結果見表2。

表2 3、4號機組引風機汽輪機真空偏低對機組經(jīng)濟性的影響

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

3 引風機汽輪機冷端優(yōu)化

3.1 凝汽器在線清理

引風機凝汽器循環(huán)水溫升高、汽輪機真空偏低影響機組安全經(jīng)濟運行。由于該廠引風機凝汽器為雙水室結構，可以分別隔離進行人工清理。2014年11月下旬，分別對4號機組引風機A引風機凝汽器、引風機B引風機凝汽器進行在線隔離人工清洗。清洗過程中發(fā)現(xiàn)引風機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垢嚴重。清洗前后數(shù)據(jù)見表3。由表3可以看出：清理后引風機凝汽器循環(huán)水冷卻水溫升和凝汽器真空下降明顯，引風機汽輪機進汽流量分別降低了約2 t/h，影響機組熱耗約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機汽輪機真空的主要因素之一，必須制定定期清洗制度對引風機凝汽器進行人工清洗，提高凝汽器清潔系數(shù)，提高換熱效果。

表3 4號機組引風機凝汽器清理前后數(shù)據(jù)

3.2 真空查漏

真空系統(tǒng)嚴密性對機組的安全經(jīng)濟運行有很大影響。真空嚴密性差將導致漏入真空系統(tǒng)的空氣量增多，阻礙蒸汽的換熱，使汽輪機的排汽壓力升高、做功量減少，機組運行熱經(jīng)濟性降低。另外，還會導致低壓缸的排汽溫度升高，嚴重影響機組的安全經(jīng)濟運行。

3.2.1 檢漏方法

2014年11月24日開始對3、4號機組引風機汽輪機真空系統(tǒng)及與真空系統(tǒng)相連的系統(tǒng)采用氦質(zhì)譜檢漏法進行了詳細檢測，并對發(fā)現(xiàn)的漏點進行了處理。氦質(zhì)譜檢漏法是機組在正常運行的情況下，在機組真空系統(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，以及不易和其他物質(zhì)發(fā)生化學作用，加上氦質(zhì)譜檢漏儀具有靈敏度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，所以氦質(zhì)譜檢漏技術已成為目前汽輪機真空系統(tǒng)檢漏的先進方法[2]。

3.2.2 漏點檢測

本次檢漏工作對3、4號機組的4臺引風機汽輪機本體、軸封系統(tǒng)、凝汽器、疏放水系統(tǒng)、抽空氣系統(tǒng)、凝結水等系統(tǒng)的法蘭、結合面、閥門盤根、焊縫、表計接頭等可能的真空漏點進行了檢測。

3.2.3 漏點位置及泄漏量

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

表4 4號機組引風機汽輪機漏點位置及漏量表

由表4可以看出：4號機組引風機汽輪機真空漏點主要是B引風機凝汽器真空防爆膜破損，已經(jīng)進行涂膠處理。但是引風機汽輪機前后軸封均有吸氣現(xiàn)象，結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行節(jié)流，開啟凝補水對水封進行重新注水排氣。水封建立后引風機汽輪機軸封吸氣大量減少，凝汽器真空好轉(見表5)。

表5 汽輪機軸封對凝汽器真空影響

由表5可以看出：引風機A汽輪機軸加水封重新注水排氣后凝汽器真空有較大幅度地好轉，與檢漏結果相符。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 真空與主機連通

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

根據(jù)ASME標準機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)電機輸出功率，kW。

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

總煤耗變化=引風機真空變化引起煤耗變化+引風機真空泵停運引起煤耗變化+主機真空變化引起煤耗變化

(2)

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

表6 機組煤耗變化數(shù)據(jù)

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

3.4 增設真空泵冷卻水增壓水泵

引風機凝汽器真空泵的主要功能是抽走凝汽器汽側的不凝結氣體，以此來達到降低汽側汽阻的目的。因此，真空泵出力對引風機凝汽器的真空有很大的影響。實際運行期間，該廠多次出現(xiàn)引風機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)多次進行冷卻器清理后，仍無法有效解決。實際上，因為汽輪機真空泵冷卻水進水管設計管徑偏小，也增加了冷卻水流動阻力，導致真空泵冷卻水流量嚴重不足。同時，引風機汽輪機的冷卻水由主機凝汽器A側進水管引出，自流到引風機凝汽器和真空泵冷卻器，由于循環(huán)水泵壓頭低，不能克服至引風機凝汽器的沿程阻力，導致引風機區(qū)域實際的冷卻水流量偏小。

該廠針對真空泵運行情況進行了改造。每臺機組2臺引風機汽輪機增設2臺300 kW的增壓泵，一運一備，正常情況下保持一臺連續(xù)運行，同時每臺真空泵增設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)，很好地解決引風機汽輪機冷卻水流量嚴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出管路的管徑，避免了真空泵因冷卻水壓頭不足導致的異常發(fā)熱，最終保證了真空泵冷卻效果，有效地提高了引風機凝汽器真空。

3.5 循環(huán)水泵運行方式

凝汽器進口溫度和機組負荷在一定的條件下，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)水泵運行方式進行調(diào)節(jié)，冷卻水流量增加，機組背壓減小，機組出力增加，當機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，凝汽器運行保持在最經(jīng)濟的工況[4]。隨著機組負荷增加，凝汽器所需的冷卻水流量則相應增大，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，但也將導致廠用電增大，增加機組廠用電方面的損耗。當因啟動循環(huán)水泵導致真空變好而節(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)水泵能達到節(jié)能效果；反之，則表明啟動循環(huán)水泵未能達到節(jié)能效果，反而增加了機組損耗。

機組引風機增加凝汽器后，由于引風機凝汽器和主機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真空有影響，也會導致引風機凝汽器真空的變化，因此在進行循環(huán)水泵運行方式研究時，必須綜合考慮主機真空變化和引風機凝汽器變化對機組熱耗率或者煤耗的影響。

4 結語

通過分析研究了引風機凝汽器提高方法和對機組整體經(jīng)濟性的影響，得出以下結論：

(1) 引風機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機凝汽器進行人工清洗或者增加膠球清洗裝置，以提高引風機凝汽器的清潔系數(shù)。

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

(3) 引風機凝汽器和主機凝汽器連通要綜合考慮機組熱耗和煤耗問題。

(4) 引風機凝汽器真空泵冷卻水管路設計不足，嚴重影響真空泵出力。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凝汽器和引風機凝汽器真空的影響，得出最經(jīng)濟的循環(huán)水泵運行方式。

[1] 西安熱工研究院. 發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗技術[M]. 北京: 中國電力出版社, 2010.

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

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

[4] 孫偉鵬, 馮庭有. 基于百萬千瓦機組汽輪機驅動式引風機性能分析[J]. 電力建設, 2011, 32(7): 39-43.

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火電機組集控運行管理和性能優(yōu)化工作。

E-mail: 164044099@qq.com

TK264.1

A

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