汽轮机凝结水系统节能优化

汽轮机凝结水系统节能优化

赵战伟

赵战伟

（合肥热电集团有限公司安徽省230011）

摘要：某热电厂常年负荷变化较大，采暖期和制冷期负荷较大，而非采暖非制冷期负荷则非常小，仅有20多吨蒸汽，满足不了现有背压式汽轮机组的最低负荷要求。由于热负荷低，锅炉也处于低负荷运行状态，造成锅炉压火运行、燃烧效率低、运行稳定性差，供热品质得不到有效保证。所以将一期1台3MW抽凝机组改造成后置机接在背压机排汽管道后，利用背压机排汽作为它的进汽，不仅可以解决热负荷低时机组的运行问题，同时锅炉负荷也相应提高，使得锅炉燃烧效率、运行稳定性大幅增加，从而可以有效地保证供热可靠性。本文分析了汽轮机变频调节凝结水系统存在的问题，提出对该系统进行改造优化的内容，详细论述采取的技术路线及改造方案。

关键词：汽轮机；凝结水系统；节能优化

一、原系统存在问题

某热电厂现建设有一台型号为S3-0.50的3MW纯凝式汽轮机，既能确保生产淡季锅炉低负荷时段燃烧稳定，同时又提高了能源的阶梯利用性。现3MW机组凝结水通过凝结水管道分别接至二期三台除氧器上作为除氧器补水。低负荷时段，由锅炉冷渣机和汽轮机轴封加热器回水已满足直接给除氧器的补水，造成3MW机组凝结水需全部排至地沟，造成不必要的浪费。

而早期的汽轮机凝结水系统，凝结水泵采用定速运行的方式，通过调整系统中的凝结水量调节阀门（或除氧器水位调节阀门），满足除氧器水位运行要求。近年来随着变频调节技术的不断完善发展，凝结水泵变频运行得到广泛的应用，并取得了显著的经济效益。

但是受原有系统设备以及运行方式的影响，加入变频调节后，系统的最优运行方式以及最佳经济运行没有得到体现。比如受系统供其他用水的影响，投入变频后，凝结水量调节阀门仍参与调节，系统复杂、管件阀门附件多阻力大，凝结水泵出力不匹配等，因此必须深入研究调频凝结水系统的结构形式，进一步优化系统配置和运行方式，以最小的投入达到最优的节能效果。

对汽轮机凝结水系统进行的运行调查和现场工业试验表明，存在如下几个方面的问题：

1、凝结水泵供辅助用水压力低

凝结水泵出口其他用水，主要包括凝结水系统供给水泵轴封水、低旁减温水、低压轴封减温水、汽机低压缸喷水、低压阀门及其他密封用水等，凝结水泵变频运行后，如果保持除氧器水位调节阀门全开，则上述各供水压力偏低，有些系统长期低压力报警，影响了设备的正常投运。

2、除氧器水位调节阀门不能全开

凝结水泵改用变频调节后，为使凝结水系统压力维持某数值，除氧器水位调节阀门不得不保持某固定开度，或者凝结水泵转速以及除氧器压力调节阀门同时参与调节，以满足其他用水的压力要求。表1列出某1000MW机组的凝结水系统的运行状况。从表1看出，机组满负荷1000MW运行时凝结水泵的运行转速1380r／min，而除氧器调节阀门的开度最大也只有52％，显然系统的压力损失更大。这种现象在其他机组上也存在，只是其他凝结水的用途不同。因此应对系统加以改进，满足其他用水的压力要求。

表1某1000MW机组凝结水系统运行情况

综上所述，需对汽轮机凝结水系统及其凝结水泵进行研究改造，提高其经济性，降低能耗水平，满足机组各项供水要求。同时，在保持凝结水泵的安装尺寸和高可靠性部件不变的前提下，通过重新核算泵的通流部件的尺寸，调整其出力适合机组的运行要求，并解决运行低效问题。这样，一方面提高系统及其凝结泵的经济性、可靠性，另一方面充分利用现有的部件或备品备件，降低改造的工作量和改造投资，使改造更加简便易行。

二、优化研究的主要内容

研究去掉除氧器水位调节阀门的可行性，增加系统旁路，提高变频调节系统的灵敏性，达到在各种变工况下通过三冲量信号（凝结水量、锅炉给水流量、除氧器水位），实现除氧器水位的自动调节，满足机组凝结水量的稳定运行要求。

在凝结水泵上研究设计供其他用水系统的增压叶轮，实现与凝结水泵同轴驱动，不增加任何设备，达到各种变工况下均能满足各项辅助用水要求。

研究汽轮机组凝结水系统的阻力特性，在保证机组满负荷运行余量足够的前提下，合理选择凝结水泵运行速率，降低系统能耗水平。

研究凝结水出口管道开设三通，布置支架，铺设管道至除盐水箱，做为凝结水在其他条件不变的情况下，凝结水得到充分利用。

三、主要技术方案

1、试验选择凝结水泵性能参数

对凝结水系统运行参数进行试验分析，确定满足机组满负荷运行的水泵参数，变频运行后，泵的老化、系统周波突降等因素的余量，通过提高变频的速率来补偿。根据已知变频器额定情况下的速率，调查分析实际运行情况，选择适当的凝结水泵初投产时的运行速率余量，确定凝结水泵初投产的实际转速，核算系统的压力、流量的余量，确保满足机组长期满负荷运行要求，以此调整凝结水泵的通流部件的尺寸。

2、设计供其他用水系统的增压叶轮

根据机组实际参数，在凝结水泵上研究设计供其他用水系统的增压叶轮，实现与凝结水泵同轴驱动，不增加任何设备，确保变频投入后系统各用水满足要求。即在原凝结水泵末端轴上，加装增压叶轮，增压后再至各用水系统，压力的提升范围可以根据用户的要求设计变动，改进前后的两路系统可互为备用，自由切换。

这样系统流程简单、可靠，对现场空间布置改动小，便于实施。系统可以根据用户的需要由DCS远方操作，也可以在就地操作。

3、增加旁路管道

结合电厂的实际情况，在除氧器水位调节阀门处增加旁路管道，运行中实时选择系统的水流路径，降低凝结水系统的运行阻力，实施凝结水泵全变频调节凝结水流量，而当除氧器运行需补水量满足要求时，开启至除盐水箱阀门，多余水量进入除盐水箱。

四、结语

汽轮机凝结水系统投入调频运行，受系统供其他用水的影响，凝结水量调节阀门仍参与调节；以及系统复杂、管件阀门附件多阻力大；凝结水泵的出力不匹配等问题，使得系统的最优运行方式以及最佳经济运行没有得到充分体现。深入研究凝结水泵及其系统投入变频后的各项技术并实施优化改造获得的经济效益是非常明显的。

参考文献：

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[2]于海生，朱凤艳.汽轮机凝结水系统技术改造和操作优化[J].深冷技术，2014，06：69-71.

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