余热发电凝汽器提产节能改造

我公司余热发电7.5MW汽轮机配套1 000m2换热面积的凝汽器。实际生产中为追求效益最大化，机组经常处于超负荷运行状态，长时间的超负荷使用就会出现换热管束结垢加快、真空降低，增加了运行成本，降低了机组经济性，原设备已不满足生产需求。

1、凝汽器运行现状分析目前，我公司7.5MW汽轮机组配套凝汽器规格型号为N-1000-4。流道采用二道制二流程，冷却面积1 000m2。由于我公司母管制机组实际功率为8.5MW左右，夏季时环境温度高，循环水温度大幅升高，凝汽器自身换热面积无法满足热交换的需要，在发电负荷较高时，凝汽器偏小会影响凝汽器真空且出凝汽器循环水温度较高，排气室温度达到53℃以上，端差达到12℃左右，真空降幅较大，凝汽器结垢速度快，汽轮机真空度每降低1kPa，余热发电功率相应降低约100kW，严重影响机组的高效运行，经测算影响机组300kW以上的负荷。对凝汽器的冷却倍率进行分析，其冷却倍率是指：冷却水流量与进入凝汽器的蒸汽流量之比。设计汽轮机凝汽器时，应根据汽轮机排汽量、排汽面积、年或月平均水温和供水方式，对背压、冷却水倍率（指冷却水量与被冷凝蒸汽量的质量比，一般为50~120）和冷却水管内流速等进行技术经济比较，确定最佳方案。我公司循环水量在2 860m3/min，汽轮机排气量约47t左右。按以上参数计算：2 860/47≈60.8，由计算结果可看出冷却倍率偏小。因此，对一定的凝汽器，端差的大小与凝汽器冷却水入口温度，凝汽器单位面积蒸汽负荷，凝汽器铜管的表面洁净度，凝汽器内的漏入空气量以及冷却水在管内的流速有关。凝汽器端差增加的原因有：①凝器铜管水侧或汽侧结垢；②凝汽器汽侧漏入空气；③冷却水管堵塞；④冷却水量减少；⑤换热面积不足等。我公司凝汽器明显表现为换热面积不足。

2、凝汽器改造的目的（1）可提高冷端效率，提高机组发电量。因为在相同运行参数条件下，排汽温度每降低1℃，装置效率将提高3.5%左右。凝汽压力每改变1kPa，汽轮机功率将平均改变1%~2%。（2）避免小马拉大车现象，使发电能力与设备冷却能力相匹配。延缓凝汽器结垢，延长设备使用寿命。

3、凝汽器改造过程3.1改造前汽轮机组配套凝汽器换热管束为3 200根，冷却面积1 000m2。机组所对应运行参数见图1。图1改造前机组运行工况及管束布置由运行参数可看出，机组真空只有70.2kPa，排汽温度偏高，端差较大。凝汽器换热效果不太好。3.2改造方案在不改变凝汽器外壳及其他结构的情况下，将凝汽器管板、隔板及换热管拆卸更换新的管板、隔板及304不锈钢管。优化后的管系包括换热管总长度5 300mm、换热管数量增加至3 910支，总换热面积由原1 000m2增加至1 350m2。凝汽器技改内容如下：①在原凝汽器壳体、喉部、热井、水室都不做改动的基础下，通过更换凝汽器的管板及中间管板，将换热管改细，增加换热管数量，保持换热管长度不变。②采用先进的排管方式，使汽阻变小、热负荷分布均匀、流场平稳、无明显的蒸汽涡流区，空气积聚区存在凝结水基本上无过冷度，从而保证理想的使用效果。③通过对管束进行优化设计和更换不锈钢管，能有效提高整个凝汽器的真空，降低发电热耗，提升发电机效率及发电量，节能降耗意义巨大。④提高机组的经济性、安全性、可靠性及整体技术水平。⑤改造后凝汽器换热面积增加25%，可提高机组真空1~1.5kPa，经济性非常明显。⑥凝汽器整体结构不变，将管板、隔板及管束全部拆除、更换。⑦凝汽器换热管采用TP304不锈钢管，其规格为Ф20mm×0.6mm数量为3 910根。⑧凝汽器管板拟用规格为25mm的Q235板材制作，隔板采用规格为12mm的Q235板材制作。3.3改造后汽轮机组配套凝汽器换热管束由3 200根增加至3 910根，冷却面积增加至1 350m2。能够满足9MW机组运行标准。机组富裕换热面积，可以满足负荷波动需求。机组所对应运行参数见图2。图2改造后机组运行工况及管束布置由运行参数可看出，机组真空提升至74.2kPa，排汽温度降低，端差降低4~5℃。凝汽器换热效果较好，发电功率提升300kW。

4、改造后取得的经济效益改造后，凝汽器换热面积增加近30%，相当于单位时间内循环水量增加30%。循环水量增加至3 718m3/min。冷却倍率由原来60.8增加至80。真空提高1~1.5kPa，排汽室温度降低4~5℃，端差降至6℃以内，凝汽器结垢速度延缓，发电机负荷与同期相比提高300kW。通过对技改前后运行参数进行统计，在余热发电蒸汽量相同情况下，详细参数见表1。表1改造前后运行参数对比由表1可见，改造后余热发电发电量提升幅度较大，特别是凝汽器真空较改造前提高明显，相对应的发电量也提高300kW左右。凝汽器端差较改造前降低6℃左右，发电量由改造前的7.73MW提高到8.02MW，改造后年均直接产生效益972 000元，经济效益显著。具体计算：发电机负荷提升300kW，按年运行时间9个月计算，300kW×24