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1000MW機組凝汽器抽真空系統“電改汽”深度節能優化改造實踐

信息來源:     發布時間:2018-06-20



1000MW機組凝汽器抽真空系統“電改汽”深度節能優化改造實踐

白玉峰 孫偉鵬 朱旭升 林楚偉 江永 華能海門電廠

 

摘要:某電廠真空泵是水環式真空泵,真空泵冷卻水源來自用海水,真空泵長期運行會產生葉輪汽蝕、高噪音等安全性和高耗能問題。鑒于此,電廠采用了三級蒸汽噴射器抽真空系統,取代了原有的真空泵抽真空系統,保證凝汽器真空不受真空泵抽汽能力不足的影響,使凝汽器保持最佳真空狀態。三級蒸汽噴射器抽真空系統不需消耗電能,采用輔助蒸汽作為動力蒸汽,來引射凝汽器里的空氣和對應飽和壓力下的水蒸氣,抽出的凝汽器混合氣體中的水蒸氣和動力蒸汽,經過采用凝結水作為冷卻水的列管式換熱器,熱量回收到凝結水中,水蒸氣冷凝成輸水回收到熱井,從而達到整個抽真空系統的零消耗。改造后全年平均供電煤耗下降約0.862g/kWh,節能降耗效果明顯,對同類型電廠具有很好的借鑒意義。

關鍵詞:1000MW機組 多級熱壓機 水環真空泵 蒸汽噴射器 節能降耗



 

1 前言

汽輪機冷端設備中凝汽器的真空,是汽輪機各項參數中對機組出力和煤耗影響很大的參數,是影響機組經濟、安全運行的重要指標;而運行真空低于設計值是普遍存在的問題,嚴重影響機組經濟性。

目前,普遍采用的抽真空系統—水環真空泵雖然具有占地面積小、抽吸能力強等特點,但在實際運行中還是存在著一些亟待提高完善的地方[1]?;芎C諾緋?1機組汽輪機凝汽器抽真空系統存在的問題如下:

(1)現凝汽器抽真空系統設備耗能較高,影響到廠用電率指標。凝汽器水環式真空泵由于原設計選型的原因,正常情況下需運行2臺160KW的真空泵,運行電流250A左右,能耗較高。

(2)夏季工況由于水環式真空泵工作水溫較高,易發生氣蝕。由于夏季循環冷卻水水溫高,水環真空泵的工作液溫度得不到有效的冷卻,不僅對真空泵抽真空效率影響大,無法維持凝汽器最佳真空,而且真空泵長期運行會產生葉輪汽蝕等安全性問題[2],設備維護成本高,嚴重影響了機組的經濟和安全運行。

(3)循環冷卻水水質差,影響換熱效果,水環式真空泵熱交換器冷卻水采用海水,由于海生物大量存在造成冷卻效果差,真空泵工作液存在汽化現象,影響真空泵的工作和凝汽器的真空[3]。

鑒于1號機組凝汽器抽真空系統設備耗能較高,尤其是夏季工況下無法維持凝汽器最佳真空,凝汽器抽真空系統存在改進的要求和空間。

 

2 設備概況

華能海門電廠1號機組原設計配置3x50%容量的凝汽器汽側真空泵,2臺運行1臺備用,真空泵熱交換器冷卻水采用海水,設備參數如表1所示。


                                             表1 真空泵設備參數

        QQ截圖20180703084235.png

         


3 改造方案

3.1 改造方案設計

 

羅茨式真空泵是一種無內壓縮的旋轉變容積式真空泵,它是由羅茨鼓風機演變而來的,近幾年內在國內外得到了較快的發展[4]。

羅茨泵具有以下優點:

(1)在較寬的壓強范圍內有較大的抽速;

(2)啟動快,能立即工作;

(3)振動小,轉子動平衡條件較好;

(4)驅動功率小,機械摩擦損失??;

(5)結構緊湊,占地面積小。

因為羅茨泵具有上述優點,目前在電廠抽真空改造中也得到了一些應用。比如,某電廠300MW機組通過羅茨泵串聯一個小水環真空泵的組合方式,解決了以前單級水環真空泵振動大、能耗高、安全隱患高的問題。另外,某600MW機組采用原水環真空泵建立真空,新增加兩臺羅茨泵維持真空,在不影響原凝汽器系統真空值的情況下起到節能的目的,較前者改造節能效果更好,但抽氣量相對較小,不適合凝氣設備真空漏氣系數大的機組[5]。

熱壓機組回熱抽真空系統改造具備滿足高真空、穩定可靠、免維修、能量回收、冷凝液回收、操作簡單等技術特點[6],尤其改造后,在夏季工況下避免了工作水溫度對水環式機械真空泵工作效率的影響,提高機組真空度,對降低供電標煤耗,減少廠用電量有明顯作用,改造的投入產出比效果好。原抽真空系統的3臺真空泵保留,只在系統啟動階段預抽系統真空[7]。采用輔汽聯箱輔汽蒸汽做為熱壓機的工作動力汽源,抽吸凝汽器的乏汽;系統采用凝結水做為熱壓機冷凝裝置的冷卻水,熱量全部回收;抽吸過來的乏汽經冷卻后回收至凝汽器熱井,實現熱量和工質的回收。

根據華能海門電廠1號機組的真空系統及真空泵的運行情況,采用透平蒸汽噴射器為核心部件的多級熱壓式高效回熱抽真空系統[8]。真空系統改造流程圖如圖1所示。



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                                          圖1  真空系統改造流程圖




保留原有抽真空系統的3臺真空泵及其連接管路,作為在系統啟動階段預抽系統真空。

凝汽器主抽氣管路上分別設置2臺前級蒸汽噴射器,對兩側凝汽器進行抽吸,抽吸的不可凝結氣體和相應的水蒸氣分別進入同1臺列管式冷卻器。水蒸氣冷凝成水,經U形管回收凝汽器熱井。不可凝結氣體和少量水蒸氣,由第二級和第三級蒸汽噴射器抽走。

前級噴射器的動力蒸汽通過動力噴嘴以超音速射流,產生真空來抽吸凝汽器里的不凝氣體,動力蒸汽采用輔助蒸汽。三級熱壓機采用串聯關系,核心部件為蒸汽噴射器,動力蒸汽通過動力噴嘴以超音速射流,產生真空來抽吸凝汽器里的不凝氣體。

 

3.2 主要改造內容

(1)蒸汽冷凝裝置

新增3臺蒸汽冷凝裝置作為三級熱壓機的冷卻裝置,冷凝裝置冷卻水采用主機凝結水,在八號低加水側出口合適位置接出冷凝水管道作為熱壓機冷凝裝置的冷卻水,使抽吸氣體的熱量得到回收利用,冷凝裝置疏水經U形管回收凝汽器熱井[9]。

(2)新增熱壓機組

熱壓機組采用三級串聯,第一級熱壓機由兩個蒸汽噴射器組成,對兩側凝汽器進行抽吸;第二級熱壓機由一個蒸汽噴射器組成,抽吸第一級冷凝裝置的不凝結氣體,第三級熱壓機同樣只含一個噴射器,抽吸二級來的不凝結氣體冷卻后將不凝結氣體排到大氣。

(3)動力蒸汽系統

新加動力蒸汽管道分別接引至噴射器動力側吸入口,動力蒸汽的要求是:就地不低于0.3Mpa,飽和蒸汽或微過熱蒸汽(過熱度>10℃即可)。動力蒸汽采用輔汽混以除氧器排汽,主管路上配有動力蒸汽穩壓裝置。輔汽用量小于1t/h,同時可以回收除氧器運行排汽的熱量,同時回收部分除鹽水[10]。

 

3.3 運行方案

在機組啟機階段,機組原抽真空系統3臺水環真空泵,其中兩臺啟動一臺備用,來預抽機組真空到20kPa左右?;檎嬋沾锏?0kPa后,啟動熱壓機組抽真空系統,即水環真空泵的運行方式由原來的2用1備,改為停運備用。 正常運行采用熱壓式回熱抽真空系統運行,系統通過閥門的開關來達到系統的投入和退出??刂菩藕漚尤隓CS系統,也可就地控制。系統三級熱壓機串聯布置,無轉動機械設備,結構簡單,無廠用電,可靠性高,維護量極低。改裝置對凝汽器真空嚴密性適用范圍大,最大可達到500Pa/min。

 

4 經濟效益分析

改造后的試驗數據記錄如表2所示(試驗要求:切換前記錄一次、切換后記錄一次,每種工況要求穩定運行2h)。


表2  #1機組蒸汽噴射器抽真空系統投運數據記錄

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表2的性能試驗數據分析如下:

(1)在500MW工況下,由水環真空泵系統切換至蒸汽噴射器抽真空系統后,真空平均提高了1.1kPa,凝結水溫度升高了4℃,兩臺真空泵電流節約502A。

(2)在730MW工況下,由水環真空泵系統切換至蒸汽噴射器抽真空系統后,真空平均提高了0.4kPa,凝結水溫度升高了2℃,兩臺真空泵電流節約502A。

(3)在983MW工況下,由水環真空泵系統切換至蒸汽噴射器抽真空系統后,真空平均提高了0.55kPa,凝結水溫度升高了1.5℃,兩臺真空泵電流節約502A。

以上數據說明,投運多級熱壓式熱泵回熱抽真空系統,不僅可以替代兩臺水環真空泵運行,節約廠用電,而且可以更好地優化凝汽器真空,耗用的蒸汽抽氣做功后余熱也回收到凝結水中。

 

4.1 節約廠用電

由試驗數據表可知,兩臺水環式真空泵運行時電流為502A左右,電壓380V,水環式真空泵運行時的功耗為250KW,投運三級噴射器抽真空系統后,水環真空泵停運功耗為0KW。

1#機組年運行小時數按4100小時計算,則全年可節省廠用電:250×4100=102.5萬kw.h。以目前電廠上網電價0.42元/KWh計算,則全年可節電費用43.05萬元。

 

4.2 節煤效益

(1)真空提高帶來的節煤收益

對于1000MW純凝機組真空每提高1kPa節約煤耗1.5g/(kW.h)。由試驗數據表可知, 500MW負荷工況,改用蒸汽噴射器系統后,真空提高1.1kPa?;檎嬋仗岣吆竺漢南陸?.65g/kW.h。730MW負荷工況,改用蒸汽噴射器系統后,真空提高0.4kPa?;檎嬋仗岣吆竺漢南陸?.60g/kW.h。983MW負荷工況,改用蒸汽噴射器系統后,真空提高0.55kPa?;檎嬋仗岣吆竺漢南陸?.825 935g/kW.h。

 

(2) 動力蒸汽消耗對煤耗的影響

對于1000MW純凝機組,500MW負荷下,每消耗1噸0.4MPa的動力蒸汽影響煤耗增加0.12g/kW.h。三級蒸汽噴射器運行時,動力蒸汽的消耗量按照3t/h計算,將會影響機組煤耗增加0.36 g/kW.h。730MW負荷下,每消耗1噸0.4MPa的動力蒸汽影響煤耗增加0.09g/kW.h。三級蒸汽噴射器運行時,動力蒸汽的消耗量按照3t/h計算,將會影響機組煤耗增加0.27 g/kW.h。983MW負荷下,每消耗1噸0.4MPa的動力蒸汽影響煤耗增加0.07g/kW.h。三級蒸汽噴射器運行時,動力蒸汽的消耗量按照2t/h計算,將會影響機組煤耗增加0.21 g/kW.h。

 

(3)熱量回收加熱凝結水的節煤收益

由試驗數據表可知,500MW負荷下,三級蒸汽噴射器運行時,凝結水溫度升高了4℃,凝結水流量為845t/h。凝結水溫度升高可減少八段抽汽約5.8t/h,折合煤耗可降低0.18g/kW.h。730MW負荷下,三級蒸汽噴射器運行時,凝結水溫度升高了2℃,凝結水流量為1450t/h。凝結水溫度升高可減少八段抽汽約5t/h,折合煤耗可降低0.11g/kW.h。983MW負荷下,三級蒸汽噴射器運行時,凝結水溫度升高了1.5℃,凝結水流量為2000t/h。凝結水溫度升高可減少八段抽汽約3.7t/h,折合煤耗可降低0.06g/kW.h。

綜合上面三部分,改造后全年平均煤耗下降約(1.47+0.44+0.675)/3=0.862g/kWh,按照單臺機組年發電量42億度計算 ,則每年節約標煤約3620t,標煤單價以850元/噸計算,則每年可實現節煤收益307.73萬元。

 

(4)節省維護費用

采用多級熱壓式熱泵回熱抽真空系統后,無轉動設備,全部為靜設備,幾乎零維護。原水環式真空泵由于長期備用,也大大降低了維修換件等維護成本。維護費用不好量化,暫不計算收益。

 

5 結論

通過華能海門電廠#1機凝汽器抽真空系統“電改汽”深度節能優化改造,確保了凝汽器保持最高真空狀態,不受真空泵性能的影響,真空嚴密性適用范圍大,保證機組經濟節能運行。解決了真空泵因汽蝕產生的噪音大和葉輪裂紋甚至斷裂等安全問題,從而節省真空泵和冷卻器等設備的維護、部件更換費用。同時降低了廠用電率和機組的供電煤耗。對同類型電廠具有很好的借鑒意義。

 



參考文獻

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[10]李玉英,張匆,龔勝南.蒸汽流真空泵的測試與驗收[J].真空,1997(06):41-45.

 

作者簡介

白玉峰:1995年畢業于上海電力學院熱能動力工程專業,碩士學位,高級工程師,華能海門電廠廠長,從事大型火力發電機組生產管理及其優化工作。

 


 

來源:華能海門電廠 2018-06-15

                                    本文選自廣東省電力行業協會2018年6月《節能專刊》





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