超臨界機(jī)組雙背壓凝汽器抽氣系統(tǒng)改造

1、超臨界機(jī)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(jī)組所配備的凝汽器采用雙背壓型式，設(shè)計(jì)兩側(cè)背壓值相差1.0 kPa。在實(shí)際運(yùn)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(shì)沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雙背壓凝汽器達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的原因主要是抽空氣管道存在問(wèn)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(dá)到設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)組凝汽器及抽氣系

2、統(tǒng)現(xiàn)狀（一）、某公司一臺(tái)超臨界660MW汽輪機(jī)為四缸四排汽機(jī)組，配備型號(hào)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(chǎng)布置采用串聯(lián)方式，設(shè)計(jì)循環(huán)水溫度為20，高、低背壓凝汽器設(shè)計(jì)壓力分別為4.4/5.4kPa,設(shè)計(jì)端差為5.321/4.96。低背壓凝汽器汽側(cè)凝結(jié)水通過(guò)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(guò)冷度。循環(huán)水分兩路，依次進(jìn)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(tái)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(jì)冷卻水采用開(kāi)式循環(huán)冷卻水，

3、工作介質(zhì)補(bǔ)水采用閉式循環(huán)冷卻水。（二）、自機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，一直是單真空泵運(yùn)行，凝汽器真空嚴(yán)密性在0.18KPa/min以下，雙背壓凝汽器運(yùn)行背壓差在0.3KPa左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值1KPa，雙背壓凝汽器的優(yōu)勢(shì)一直沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性降低。序號(hào)負(fù)荷（MW）循環(huán)水進(jìn)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(yùn)行參數(shù)根據(jù)609.54 MW負(fù)荷所采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)，由設(shè)計(jì)凝汽器凝結(jié)水溫度計(jì)算公式，計(jì)算理論背壓差值

4、為：Ts=tw1+t+t（Ts背壓對(duì)應(yīng)下的飽和溫度；tw1冷卻水進(jìn)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(duì)應(yīng)壓力為6.28KPa= tdw1+t/2+t=21.6+（32-21.6）/2+5=31.8，對(duì)應(yīng)壓力為4.7KPa由于雙背壓凝汽器兩側(cè)熱負(fù)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(lái)計(jì)算單側(cè)凝汽器循環(huán)水溫升。由于該凝汽器投入時(shí)間較短，進(jìn)行過(guò)同樣的檢修清理，端差均取為5進(jìn)行計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果可以看出，高、低背壓凝汽器對(duì)應(yīng)壓力為6.28/4.7KPa，理論真空相差1.58KPa。但現(xiàn)場(chǎng)的高、低真空相差95.89-95.

5、52=0.37KPa，實(shí)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(shí)，則空氣對(duì)應(yīng)的分壓力增大，蒸汽對(duì)應(yīng)的分壓力減小，真空降低?？紤]高、低背壓凝汽器真空差值沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)值，判斷為抽空氣系統(tǒng)存在問(wèn)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(dá)不到應(yīng)有的真空值，導(dǎo)致兩側(cè)背壓差達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。二、運(yùn)行情況分析（一）、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)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(gè)問(wèn)題：一是真空泵距離凝汽器較遠(yuǎn)，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?wèn)題可以方便的更改，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(zhǎng)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(dá)不到設(shè)計(jì)抽空氣壓力，使低壓側(cè)抽吸力不夠。該連接系統(tǒng)好比揚(yáng)程不一樣的兩臺(tái)離心泵采用并聯(lián)方式，必然導(dǎo)致?lián)P程高的泵將揚(yáng)程低的泵“憋住”，致使低背壓（低揚(yáng)程）凝汽器內(nèi)部

7、的空氣抽吸量不夠，漏入的空氣沒(méi)有及時(shí)抽出，導(dǎo)致空氣分壓力增大，真空偏低。該種原因?qū)е逻\(yùn)行中高低背壓達(dá)不到設(shè)計(jì)差值的可能性較大。（二）、 2009年08月，針對(duì)凝汽器抽空氣系統(tǒng)進(jìn)行了兩次試驗(yàn)，第一次試驗(yàn)情況如表二：次數(shù)負(fù)荷（MW）循環(huán)水進(jìn)水（）循環(huán)水回水（）試驗(yàn)前真空（kPa）試驗(yàn)后真空（kPa）試驗(yàn)時(shí)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(yàn)數(shù)據(jù)記錄一第一次試驗(yàn)，維持機(jī)組負(fù)荷不變，單循泵及單真空泵運(yùn)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(kāi)兩側(cè)抽空氣門，恢復(fù)正常運(yùn)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(yàn)說(shuō)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(duì)高背壓抽空氣沒(méi)有影響。第二次試驗(yàn)，維持機(jī)組負(fù)荷不變，維持單循環(huán)水泵運(yùn)行方式不變，共開(kāi)啟兩臺(tái)真空泵，維持運(yùn)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(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明，開(kāi)啟兩臺(tái)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(yàn)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(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明，不通過(guò)更改管道布置方式，僅開(kāi)啟真空泵，無(wú)法消除系統(tǒng)缺陷：“高背壓（高揚(yáng)程）“憋住”低背壓抽空氣，雙背壓凝汽器背壓偏差達(dá)不到設(shè)計(jì)值”。次數(shù)負(fù)荷（MW）循環(huán)水進(jìn)水（）循環(huán)水回水（）試驗(yàn)前真空（kPa）試驗(yàn)后真空（kPa）試驗(yàn)時(shí)間（min）備注1386.326.937.595.3095.4852373.8724.8434.995.1895.1855表三 試驗(yàn)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(duì)凝汽器內(nèi)部的抽空氣管路進(jìn)行有別于并聯(lián)方式的改動(dòng)，對(duì)內(nèi)部的抽空

10、氣管路進(jìn)行優(yōu)化布置，減少高低背壓抽空氣的相互影響方可以實(shí)現(xiàn)抽空氣系統(tǒng)的串聯(lián)運(yùn)行方式。另外，不進(jìn)行內(nèi)部抽空氣管路的優(yōu)化，對(duì)外部凝汽器抽空氣系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)的串聯(lián)設(shè)計(jì)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(shí)際值與設(shè)計(jì)值差異，較難適應(yīng)不同條件下對(duì)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(lái)調(diào)節(jié)高背壓凝汽器抽空氣量，減少對(duì)低背壓抽空氣造成的排擠，該種改造方式較簡(jiǎn)單。但需在真空泵的選型時(shí)，予以保證真空泵干空氣的抽吸量大于系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需抽吸干空氣量。查汽輪機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書，該超臨界汽輪機(jī)主機(jī)排汽量1293.29 t/h，按照美國(guó)傳熱協(xié)會(huì)

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(tái)真空泵抽吸，則單臺(tái)泵的抽吸干空氣量應(yīng)大于81.65kg/h。查真空泵設(shè)計(jì)說(shuō)明書，單臺(tái)真空泵設(shè)計(jì)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(tái)真空泵無(wú)法滿足系統(tǒng)的抽吸干空氣量要求，必須在運(yùn)行中開(kāi)啟兩臺(tái)真空泵，方能滿足系統(tǒng)漏入空氣的抽吸要求，維持機(jī)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(dú)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(jì)院設(shè)計(jì)成四臺(tái)真空泵，兩對(duì)一的抽吸方式。再一種就是通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)抽空

12、氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，達(dá)到設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求。該公司擬進(jìn)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(yùn)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(yùn)行和AC泵同時(shí)故障時(shí)，此中間聯(lián)絡(luò)門關(guān)閉；在抽空氣聯(lián)絡(luò)門前開(kāi)口，新接一路母管至A真空泵；將原抽空氣管路通過(guò)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(guò)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(kāi)啟備用泵B真空泵；如果AB真空泵故障時(shí)，開(kāi)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(shí)間。如果BC泵故障，同樣開(kāi)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(shí)中間聯(lián)絡(luò)門不開(kāi)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(jī)制造廠提供的背壓與熱耗的修正曲線。在60%負(fù)荷下，凝汽器真空1Kpa影響3g/kwh煤耗計(jì)算，可降低煤耗為0.5×3=1.5g/kwh?？紤]增開(kāi)一臺(tái)真空泵，影響煤耗按照如下公式計(jì)算：按照60%的負(fù)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(jī)電壓 I 真空泵電機(jī)運(yùn)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(tái)機(jī)組年發(fā)電量30億千瓦時(shí)，標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)680元/噸計(jì)算，年節(jié)約煤量為1.416×10-3×10-3×30×104×104×680=4248×