超臨界機組雙背壓凝汽器抽氣系統(tǒng)改造

1、超臨界機組雙背壓凝汽器抽氣系統(tǒng)改造朱寶森 劉彬 劉尊平 孫光玉（華電濰坊發(fā)電有限公司）摘要：超臨界660MW機組所配備的凝汽器采用雙背壓型式，設(shè)計兩側(cè)背壓值相差1.0 kPa。在實際運行中發(fā)現(xiàn)兩側(cè)背壓差最大0.3kPa，造成雙背壓凝汽器的優(yōu)勢沒有發(fā)揮出來。通過現(xiàn)場試驗發(fā)現(xiàn)，雙背壓凝汽器達不到設(shè)計要求的原因主要是抽空氣管道存在問題，由于高低背壓凝汽器抽空氣管路采用串聯(lián)布置方式，導(dǎo)致高背壓凝汽器抽空氣排擠低背壓抽空氣，造成低壓凝汽器抽空氣不能達到設(shè)計要求，真空值偏低，高、低背壓凝汽器背壓差值偏低，降低了系統(tǒng)經(jīng)濟性。關(guān)鍵詞：雙背壓凝汽器；端差；真空；串聯(lián)方式；并聯(lián)方式； 抽空氣一、機組凝汽器及抽氣系

2、統(tǒng)現(xiàn)狀（一）、某公司一臺超臨界660MW汽輪機為四缸四排汽機組，配備型號為N40000-1型凝汽器。凝汽器型式為雙背壓、雙殼體、單流程、表面式。凝汽器抽空氣管道現(xiàn)場布置采用串聯(lián)方式，設(shè)計循環(huán)水溫度為20，高、低背壓凝汽器設(shè)計壓力分別為4.4/5.4kPa,設(shè)計端差為5.321/4.96。低背壓凝汽器汽側(cè)凝結(jié)水通過三根管道排入高壓側(cè)凝汽器，以使該部分凝結(jié)水利用高背壓凝結(jié)水回?zé)?，減少過冷度。循環(huán)水分兩路，依次進入低背壓凝汽器循環(huán)水入口出口高背壓入口出口。雙背壓凝汽器配備三臺50%容量，200EVMA型水環(huán)式真空泵，真空泵轉(zhuǎn)速590r/min、極限真空度為3.3kPa。設(shè)計冷卻水采用開式循環(huán)冷卻水，

3、工作介質(zhì)補水采用閉式循環(huán)冷卻水。（二）、自機組投運以來，一直是單真空泵運行，凝汽器真空嚴(yán)密性在0.18KPa/min以下，雙背壓凝汽器運行背壓差在0.3KPa左右，遠遠小于設(shè)計值1KPa，雙背壓凝汽器的優(yōu)勢一直沒有發(fā)揮出來，系統(tǒng)經(jīng)濟性降低。序號負荷（MW）循環(huán)水進水溫度（）循環(huán)水出水溫度（）高背壓真空（KPa）低背壓真空（KPa）1532.4229.3738.3892.8492.932385.1526.6537.493.5493.743609.5421.63295.5295.89表1 凝汽器部分運行參數(shù)根據(jù)609.54 MW負荷所采集的運行數(shù)據(jù)，由設(shè)計凝汽器凝結(jié)水溫度計算公式，計算理論背壓差值

4、為：Ts=tw1+t+t（Ts背壓對應(yīng)下的飽和溫度；tw1冷卻水進水溫度；t冷卻水溫升；t凝汽器端差）= tgw1+t/2+t=21.6+（32-21.6）+5=37，對應(yīng)壓力為6.28KPa= tdw1+t/2+t=21.6+（32-21.6）/2+5=31.8，對應(yīng)壓力為4.7KPa由于雙背壓凝汽器兩側(cè)熱負荷基本一致，而循環(huán)水量一樣，所以按照循環(huán)水溫升的一半來計算單側(cè)凝汽器循環(huán)水溫升。由于該凝汽器投入時間較短，進行過同樣的檢修清理，端差均取為5進行計算。從計算結(jié)果可以看出，高、低背壓凝汽器對應(yīng)壓力為6.28/4.7KPa，理論真空相差1.58KPa。但現(xiàn)場的高、低真空相差95.89-95.

5、52=0.37KPa，實際差值顯示偏小。（三）、凝汽器真空是由大量蒸汽凝結(jié)成水造成凝汽器內(nèi)部空間急劇縮小形成的，而為了維持一定的真空，需要用真空泵將系統(tǒng)漏入的空氣和部分蒸汽帶入的不凝結(jié)氣體吸走。如果凝汽器抽空氣系統(tǒng)工作不正常，將導(dǎo)致真空系統(tǒng)異常，由道爾定律可知，當(dāng)凝汽器內(nèi)部空氣量增多時，則空氣對應(yīng)的分壓力增大，蒸汽對應(yīng)的分壓力減小，真空降低。考慮高、低背壓凝汽器真空差值沒有達到設(shè)計值，判斷為抽空氣系統(tǒng)存在問題，直接導(dǎo)致凝汽器內(nèi)部不凝結(jié)氣體增多，使真空降低，達不到應(yīng)有的真空值，導(dǎo)致兩側(cè)背壓差達不到設(shè)計要求。二、運行情況分析（一）、現(xiàn)場實際抽空氣管路的布置為高低背壓凝汽器抽空氣分別引出兩根管道，接

6、入一根抽空氣母管，然后接入真空泵。具體系統(tǒng)連接方式如圖一所示： 圖一 目前凝汽器抽空氣管道的連接方式 該種連接方式存在兩個問題：一是真空泵距離凝汽器較遠，高、低背壓凝汽器抽空氣管路阻力不一致，抽吸力可能有所差別。但該種原因?qū)е鲁槲Σ灰恢碌膯栴}可以方便的更改，例如，將抽空氣口更改到抽空氣母管的中部，排除了由于管線長度不一造成的不同阻力。二是雙背壓凝汽器共用一根抽空氣母管，由于抽空氣口壓力不一致，將導(dǎo)致抽空氣母管在低背壓側(cè)抽空氣口的壓力達不到設(shè)計抽空氣壓力，使低壓側(cè)抽吸力不夠。該連接系統(tǒng)好比揚程不一樣的兩臺離心泵采用并聯(lián)方式，必然導(dǎo)致?lián)P程高的泵將揚程低的泵“憋住”，致使低背壓（低揚程）凝汽器內(nèi)部

7、的空氣抽吸量不夠，漏入的空氣沒有及時抽出，導(dǎo)致空氣分壓力增大，真空偏低。該種原因?qū)е逻\行中高低背壓達不到設(shè)計差值的可能性較大。（二）、 2009年08月，針對凝汽器抽空氣系統(tǒng)進行了兩次試驗，第一次試驗情況如表二：次數(shù)負荷（MW）循環(huán)水進水（）循環(huán)水回水（）試驗前真空（kPa）試驗后真空（kPa）試驗時間（min）備注1386.326.937.593.6895.0515單循泵2384.427.137.693.5493.545單循泵表二 試驗數(shù)據(jù)記錄一第一次試驗，維持機組負荷不變，單循泵及單真空泵運行方式，將高壓側(cè)抽空氣門全部關(guān)閉，高壓側(cè)真空由93.54 kPa最高降低到92.19 kPa；低壓側(cè)

8、真空由93.68kPa，最高上升到95.05kPa，總共上升了1.37 kPa；全開兩側(cè)抽空氣門，恢復(fù)正常運行方式后，關(guān)閉低壓側(cè)抽空氣門，高壓側(cè)真空幾乎不變化。本次試驗說明，由于高背壓凝汽器抽空氣將低背壓抽空氣“憋住”，導(dǎo)致低背壓凝汽器不凝結(jié)氣體增多，真空值偏低；低背壓抽空氣對高背壓抽空氣沒有影響。第二次試驗，維持機組負荷不變，維持單循環(huán)水泵運行方式不變，共開啟兩臺真空泵，維持運行5分鐘，高背壓真空為95.18kPa升高為95.185kPa，低背壓真空由95.30kPa 升高到95.48kPa。試驗數(shù)據(jù)說明，開啟兩臺真空泵后，高低背壓凝汽器真空變化很小，升高值均在0.2kPa以內(nèi)，并且高背壓凝

9、汽器真空在試驗前后幾乎保持不變，而低背壓真空值升高了0.18kPa，高低背壓凝汽器背壓值差增大0.18 kPa。該試驗數(shù)據(jù)說明，不通過更改管道布置方式，僅開啟真空泵，無法消除系統(tǒng)缺陷：“高背壓（高揚程）“憋住”低背壓抽空氣，雙背壓凝汽器背壓偏差達不到設(shè)計值”。次數(shù)負荷（MW）循環(huán)水進水（）循環(huán)水回水（）試驗前真空（kPa）試驗后真空（kPa）試驗時間（min）備注1386.326.937.595.3095.4852373.8724.8434.995.1895.1855表三 試驗數(shù)據(jù)記錄二三、改造方案論證（一）、串聯(lián)方式：該種方式需要對凝汽器內(nèi)部的抽空氣管路進行有別于并聯(lián)方式的改動，對內(nèi)部的抽空

10、氣管路進行優(yōu)化布置，減少高低背壓抽空氣的相互影響方可以實現(xiàn)抽空氣系統(tǒng)的串聯(lián)運行方式。另外，不進行內(nèi)部抽空氣管路的優(yōu)化，對外部凝汽器抽空氣系統(tǒng)進行改進的串聯(lián)設(shè)計也還有兩種，一是采用節(jié)流孔板，但由于凝汽器兩側(cè)真空嚴(yán)密性、環(huán)境溫度及具體抽吸空氣量等實際值與設(shè)計值差異，較難適應(yīng)不同條件下對高、低背壓凝汽器的抽吸空氣要求；二是有些電廠在抽空氣管路上加入一路調(diào)節(jié)閥，用來調(diào)節(jié)高背壓凝汽器抽空氣量，減少對低背壓抽空氣造成的排擠，該種改造方式較簡單。但需在真空泵的選型時，予以保證真空泵干空氣的抽吸量大于系統(tǒng)設(shè)計所需抽吸干空氣量。查汽輪機設(shè)計說明書，該超臨界汽輪機主機排汽量1293.29 t/h，按照美國傳熱協(xié)會

11、（HEI）標(biāo)準(zhǔn)，查得凝汽器理論應(yīng)抽干空氣量為81.65kg/h。因此，如果采用單臺真空泵抽吸，則單臺泵的抽吸干空氣量應(yīng)大于81.65kg/h。查真空泵設(shè)計說明書，單臺真空泵設(shè)計工況下抽干空氣量為60kg/h，小于所需抽干空氣量81.65kg/h，所以單臺真空泵無法滿足系統(tǒng)的抽吸干空氣量要求，必須在運行中開啟兩臺真空泵，方能滿足系統(tǒng)漏入空氣的抽吸要求，維持機組較高真空。（二）、并聯(lián)方式：并聯(lián)方式是高、低背壓凝汽器抽空氣單獨抽吸，這樣可以很好的避免由于兩側(cè)真空不一致導(dǎo)致高、低背壓抽吸能力的相互影響。目前凝汽器并聯(lián)抽吸方式有兩種，一種設(shè)計院設(shè)計成四臺真空泵，兩對一的抽吸方式。再一種就是通過對現(xiàn)場抽空

12、氣系統(tǒng)進行改造，達到設(shè)備經(jīng)濟運行要求。該公司擬進行改造后系統(tǒng)連接情況如圖二所示：圖二 改造后抽空氣管路（三）、改造后系統(tǒng)運行情況如下：將高、低背壓凝汽器抽空氣母管加裝高、低背壓抽空氣聯(lián)絡(luò)門，正常運行和AC泵同時故障時，此中間聯(lián)絡(luò)門關(guān)閉；在抽空氣聯(lián)絡(luò)門前開口，新接一路母管至A真空泵；將原抽空氣管路通過加裝的隔離門隔離，該路和C真空泵的連接保持不變；B真空泵分別通過兩根管路接入高、低背壓凝汽器抽空氣管分別備用。在A真空泵故障情況下，開啟備用泵B真空泵；如果AB真空泵故障時，開啟中間聯(lián)絡(luò)門，由C泵承擔(dān)抽吸雙背壓凝汽器的任務(wù)，為AB真空泵留出檢修時間。如果BC泵故障，同樣開啟中間聯(lián)絡(luò)門，由A泵承擔(dān)抽吸

13、雙背壓凝汽器的任務(wù)。如果AC泵故障，同樣由B泵承擔(dān)雙背壓凝汽器的抽吸任務(wù)，但此時中間聯(lián)絡(luò)門不開啟。四、預(yù)期改造后效果系統(tǒng)改造后，預(yù)期高、低背壓凝汽器背壓差可提高至1Kpa，平均真空提高0.5Kpa，根據(jù)汽輪機制造廠提供的背壓與熱耗的修正曲線。在60%負荷下，凝汽器真空1Kpa影響3g/kwh煤耗計算，可降低煤耗為0.5×3=1.5g/kwh?？紤]增開一臺真空泵，影響煤耗按照如下公式計算：按照60%的負荷率，供電煤耗310g/kwhP真=1.732×380×190×0.86=107.54KWP真真空泵功率 U 真空泵電機電壓 I 真空泵電機運行電流 電壓與電流夾角折合煤耗107.54/（660000×60%）×310=0.084g/kwh。節(jié)約煤耗為1.5-0.084=1.416g/kwh。按照單臺機組年發(fā)電量30億千瓦時，標(biāo)煤單價680元/噸計算，年節(jié)約煤量為1.416×10-3×10-3×30×104×104×680=4248×