超临界机组双背压凝汽器抽气系统改造

1、超临界机组双背压凝汽器抽气系统改造朱宝森刘彬刘尊平孙光玉(华电潍坊发电有限公司摘要:超临界660MW机组所配备的凝汽器采用双背压型式,设计两侧背压值相差1.0 kPa。在实际运行中发现两侧背压差最大0.3kPa,造成双背压凝汽器的优势没有发挥出来。通过现场试验发现,双背压凝汽器达不到设计要求的原因主要是抽空气管道存在问题,由于高低背压凝汽器抽空气管路采用串联布置方式,导致高背压凝汽器抽空气排挤低背压抽空气,造成低压凝汽器抽空气不能达到设计要求,真空值偏低,高、低背压凝汽器背压差值偏低,降低了系统经济性。关键词:双背压凝汽器;端差;真空;串联方式;并联方式;抽空气一、机组凝汽器及抽气系统现状(一

2、、某公司一台超临界660MW汽轮机为四缸四排汽机组,配备型号为N40000-1型凝汽器。凝汽器型式为双背压、双壳体、单流程、表面式。凝汽器抽空气管道现场布置采用串联方式,设计循环水温度为20,高、低背压凝汽器设计压力分别为4.4/5.4kPa,设计端差为5.321/4.96。低背压凝汽器汽侧凝结水通过三根管道排入高压侧凝汽器,以使该部分凝结水利用高背压凝结水回热,减少过冷度。循环水分两路,依次进入低背压凝汽器循环水入口出口高背压入口出口。双背压凝汽器配备三台50%容量,200EVMA型水环式真空泵,真空泵转速590r/min、极限真空度为3.3kPa。设计冷却水采用开式循环冷却水,工作介质补水

3、采用闭式循环冷却水。(二、自机组投运以来,一直是单真空泵运行,凝汽器真空严密性在0.18KPa/min以下,双背压凝汽器运行背压差在0.3KPa左右,远远小于设计值1KPa,双背压凝汽器的优势一直没有发挥出来,系统经济性降低。序号负荷(MW循环水进水温度(循环水出水温度(高背压真空(KPa低背压真空(KPa1 532.42 29.37 38.38 92.84 92.932 385.15 26.65 37.4 93.54 93.743 609.54 21.6 32 95.52 95.89表1 凝汽器部分运行参数根据609.54 MW负荷所采集的运行数据,由设计凝汽器凝结水温度计算公式,计算理论背

4、压差值为:Ts=tw1+t+t(Ts背压对应下的饱和温度;tw1冷却水进水温度;t 冷却水温升;t凝汽器端差gsT= tgw1+t/2+t=21.6+(32-21.6+5=37,对应压力为6.28KPa dsT= tdw1+t/2+t=21.6+(32-21.6/2+5=31.8,对应压力为4.7KPa 由于双背压凝汽器两侧热负荷基本一致,而循环水量一样,所以按照循环水温升的一半来计算单侧凝汽器循环水温升。由于该凝汽器投入时间较短,进行过同样的检修清理,端差均取为5进行计算。从计算结果可以看出,高、低背压凝汽器对应压力为 6.28/4.7KPa,理论真空相差1.58KPa。但现场的高、低真空相

5、差95.89-95.52=0.37KPa,实际差值显示偏小。(三、凝汽器真空是由大量蒸汽凝结成水造成凝汽器内部空间急剧缩小形成的,而为了维持一定的真空,需要用真空泵将系统漏入的空气和部分蒸汽带入的不凝结气体吸走。如果凝汽器抽空气系统工作不正常,将导致真空系统异常,由道尔定律可知,当凝汽器内部空气量增多时,则空气对应的分压力增大,蒸汽对应的分压力减小,真空降低。考虑高、低背压凝汽器真空差值没有达到设计值,判断为抽空气系统存在问题,直接导致凝汽器内部不凝结气体增多,使真空降低,达不到应有的真空值,导致两侧背压差达不到设计要求。二、运行情况分析(一、现场实际抽空气管路的布置为高低背压凝汽器抽空气分别

6、引出两根管道,接入一根抽空气母管,然后接入真空泵。具体系统连接方式如图一所示: 图一目前凝汽器抽空气管道的连接方式该种连接方式存在两个问题:一是真空泵距离凝汽器较远,高、低背压凝汽器抽空气管路阻力不一致,抽吸力可能有所差别。但该种原因导致抽吸力不一致的问题可以方便的更改,例如,将抽空气口更改到抽空气母管的中部,排除了由于管线长度不一造成的不同阻力。二是双背压凝汽器共用一根抽空气母管,由于抽空气口压力不一致,将导致抽空气母管在低背压侧抽空气口的压力达不到设计抽空气压力,使低压侧抽吸力不够。该连接系统好比扬程不一样的两台离心泵采用并联方式,必然导致扬程高的泵将扬程低的泵“憋住”,致使低背压(低扬程

7、凝汽器内部的空气抽吸量不够,漏入的空气没有及时抽出,导致空气分压力增大,真空偏低。该种原因导致运行中高低背压达不到设计差值的可能性较大。(二、 2009年08月,针对凝汽器抽空气系统进行了两次试验,第一次试验情况如表二:次数负荷(MW循环水进水(循环水回水(试验前真空(kPa试验后真空(kPa试验时间(min备注1 386.3 26.9 37.5 93.68 95.05 15 单循泵2 384.4 27.1 37.6 93.54 93.54 5 单循泵表二试验数据记录一第一次试验,维持机组负荷不变,单循泵及单真空泵运行方式,将高压侧抽空气门全部关闭,高压侧真空由93.54 kPa最高降低到92

8、.19 kPa;低压侧真空由93.68kPa,最高上升到95.05kPa,总共上升了1.37 kPa;全开两侧抽空气门,恢复正常运行方式后,关闭低压侧抽空气门,高压侧真空几乎不变化。本次试验说明,由于高背压凝汽器抽空气将低背压抽空气“憋住”,导致低背压凝汽器不凝结气体增多,真空值偏低;低背压抽空气对高背压抽空气没有影响。第二次试验,维持机组负荷不变,维持单循环水泵运行方式不变,共试验数据说明,开启两台真空泵后,高低背压凝汽器真空变化很小,升高值均在0.2kPa以内,并且高背压凝汽器真空在试验前后几乎保持不变,而低背压真空值升高了0.18kPa,高低背压凝汽器背压值差增大0.18 kPa。该试验

9、数据说明,不通过更改管道布置方式,仅开启真空泵,无法消除系统缺陷:“高背压(高扬程“憋住”低背压抽空气,双背压凝汽器背压偏差达不到设计值”。(MW水(水(kPa(kPa(min1 386.3 26.9 37.5 95.30 95.48 52 373.87 24.84 34.9 95.18 95.185 5表三试验数据记录二三、改造方案论证(一、串联方式:该种方式需要对凝汽器内部的抽空气管路进行有别于并联方式的改动,对内部的抽空气管路进行优化布置,减少高低背压抽空气的相互影响方可以实现抽空气系统的串联运行方式。另外,不进行内部抽空气管路的优化,对外部凝汽器抽空气系统进行改进的串联设计也还有两种,

10、一是采用节流孔板,但由于凝汽器两侧真空严密性、环境温度及具体抽吸空气量等实际值与设计值差异,较难适应不同条件下对高、低背压凝汽器的抽吸空气要求;二是有些电厂在抽空气管路上加入一路调节阀,用来调节高背压凝汽器抽空气量,减少对低背压抽空气造成的排挤,该种改造方式较简单。但需在真空泵的选型时,予以保证真空泵干空气的抽吸量大于系统设计所需抽吸干空气量。 查汽轮机设计说明书，该超临界汽轮机主机排汽量 1293.29 t/h，按 照美国传热协会（HEI）标准，查得凝汽器理论应抽干空气量为 81.65kg/h。 因此，如果采用单台真空泵抽吸，则单台泵的抽吸干空气量应大于 81.65kg/h 。查真空泵设计说

11、明书，单台真空泵设计工况下抽干空气量为 60kg/h，小于所需抽干空气量 81.65kg/h，所以单台真空泵无法满足系统 的抽吸干空气量要求，必须在运行中开启两台真空泵，方能满足系统漏入 空气的抽吸要求，维持机组较高真空。 （二） 、并联方式：并联方式是高、低背压凝汽器抽空气单独抽吸，这 样可以很好的避免由于两侧真空不一致导致高、低背压抽吸能力的相互影 响。 目前凝汽器并联抽吸方式有两种，一种设计院设计成四台真空泵，两 对一的抽吸方式。再一种就是通过对现场抽空气系统进行改造，达到设备 经济运行要求。 该公司拟进行改造后系统连接情况如图二所示： 6 图二 改造后抽空气管路 （三） 、改造后系统运

12、行情况如下： 将高、低背压凝汽器抽空气母管加装高、低背压抽空气联络门，正常 运行和 AC 泵同时故障时，此中间联络门关闭；在抽空气联络门前开口， 新接一路母管至 A 真空泵；将原抽空气管路通过加装的隔离门隔离，该路 和 C 真空泵的连接保持不变；B 真空泵分别通过两根管路接入高、低背压 凝汽器抽空气管分别备用。 在 A 真空泵故障情况下，开启备用泵 B 真空泵；如果 AB 真空泵故障 时，开启中间联络门，由 C 泵承担抽吸双背压凝汽器的任务，为 AB 真空 泵留出检修时间。如果 BC 泵故障，同样开启中间联络门，由 A 泵承担抽 吸双背压凝汽器的任务。如果 AC 泵故障，同样由 B 泵承担双背

13、压凝汽器 的抽吸任务，但此时中间联络门不开启。 7 四、预期改造后效果 系统改造后，预期高、低背压凝汽器背压差可提高至 1Kpa，平均真空 提高 0.5Kpa，根据汽轮机制造厂提供的背压与热耗的修正曲线。 在 60%负荷下，凝汽器真空 1Kpa 影响 3g/kwh 煤耗计算，可降低煤耗 为 0.5×3=1.5g/kwh。 考虑增开一台真空泵，影响煤耗按照如下公式计算： 按照 60%的负荷率，供电煤耗 310g/kwh P 真= 3 ´ UI ´ cosf =1.732×380×190×0.86=107.54KW P 真真空泵功率 f 电压与电流夹角 U 真空泵电机电压 I 真空泵电机运行电流 折合煤耗 107.54/（660000×60%）×310=0.084g/kwh。 节约煤耗为 1.5-0.084=1.416g/kwh。 按照单台机组年发电量 30 亿千瓦时，标煤单价 680 元/吨计算，年节 约煤量为 1.416×10-3×10-3×30×104×104×680=4248×680=288.864 万 元，