大型火电机组汽轮机冷端系统优化改造技术浅析

大型火电机组汽轮机冷端系统优化改造技术浅析

薛永顺

华电克拉玛依发电有限公司

摘要：冷凝器压力通常被理解为涡轮机产生的压力(或回流压力)，但从技术上讲，这是两种不同的压力。大容量机组冷凝器与汽轮机低压排气缸之间往往有很长的距离，这种过渡时期位于冷凝器的顶端，称为喉镜，长度为3m ~ 4m。当蒸汽通过冷凝器的上喉部时，会发生一定强度的损耗，从而区分冷凝器压力、汽轮机低压缸末端的排气压力和排气孔压力。蒸汽在长度约5米至6米不等的不规则管内循环，由于动能、压力恢复和管内压力损失，导体压力与最终放空压力不同。本文对大型火电机组汽轮机冷端系统优化改造技术进行分析，以供参考。

关键词：火电机组；汽轮机；冷端系统；优化改造

引言

增加导体表面有助于减少背压，而增加导体表面理论上可以通过增加管道根数或延长管道长度来实现。如果采用增加冷凝器热交换管根数的增加面积方法，则在循环水流不变的条件下，每个热交换管的循环水流速度将降低，每个管的热交换能力将受到原流速的影响，即如果采用通过用加长导体替换管道来增加表面的方法，则只要导体喉部的散射角度符合设计要求，导体的背压降低就会更明显。

1汽轮机冷端系统

发电厂冷端系统由汽轮机低压缸端组、循环供水系统、循环水泵、冷却塔、冷凝器等组成。根据冷端系统的换热过程，冷端系统可分为冷凝器设备、冷却塔设备、冷凝水系统和循环水系统。汽轮机冷却水通过循环水泵与冷凝器外壳接触，冷凝水中蒸汽，形成真空环境。冷凝器中的水汽依次被冷凝泵、低压加热器、除湿器和高压加热器排出，最后流经锅炉的水完成封闭回路。

2核电汽轮机选型特点

2.1核岛模块的单一性　　

目前，中国的主要核电站有AP 1000、epr1000和hpr1000。核电厂的设计比常规电厂更安全。随着全年设计经验的积累和细节的逐步优化，数百万级核电站的核心设计相对固定，核电站的设计是模块化的，总体设计相对独特。

2.2核电机组带基本负荷的特性　　

首先，核电厂的设计需要可调整的先进能力，但核电厂通常采用流量控制，这大大降低了与电厂相比负荷较低时的效率；第二，核电厂运行成本低，更换周期长；最后，核电汽轮机入口蒸汽是高压下饱和蒸汽。虽然饱和蒸汽的传热系数可能会增加传热强度，但如果该组经常进行负载转移或大幅度的负载变化，则可能会对汽轮机部件造成较大的热压，并造成疲劳损伤。因此，核电汽轮机主要在基本负荷下运行。总之，对于核电站的设计，在汽轮机选型阶段引入了冷端优化理论，对冷凝器和循环水系统的合理配置的研究对于汽轮机的合理选型和确保核电站做出最大贡献尤为重要。

3凝汽器最佳真空和最佳冷却水量的确定

在大型发电厂，冷凝器的最后一段位于湿蒸汽区，湿蒸汽区的部分蒸汽自动凝结，形成蒸汽阶段的小水滴，成为湿蒸汽。蒸汽可以通过两种方式影响涡轮机的运行。一、潮湿空气可以腐蚀和撞击涡轮的活动叶片，使其不能正常工作；第二，水的损耗很大，导致水的使用大大低于干空气。由于水量过大，水珠可能很快穿过刀片表面，导致刀片被水侵蚀，刀片强度和振动特性变化不佳，产生了粗糙度、坑、破裂等现象。，并影响设备的操作。据统计，叶片事故在涡轮零件中最为普遍。美国电力协会(EPRI)报告说，美国发电厂涡轮机的强制关闭率高达70%，叶片受到严重损坏，国家统计数字表明，叶片损坏主要是由叶片造成的。滤水增加了刀片流动区的流量损失，使传输层效率降低了0.664%。由于丧失湿度会降低涡轮机的效率，因此湿度是涡轮机使用中的一个非常重要的因素。

4二次循环冷却核电汽轮机冷端优化　　

传统的最低年度总成本方法基于冷端优化的狭义理论，即:在设计冷凝器的热功率时，假定蒸汽轮机的蒸汽量和蒸汽比率已经确定，冷凝器、冷凝器区和水的最佳真空值已经确定技术和经济因素主要考虑到汽轮机功率的微小增加和循环水泵能耗的增加，以便进行全面比较。与运行中的核电站不同，影响电容器真空的参数在涡轮机选择阶段没有定义。因此，最佳间隙应为:变量在一定的变化范围内组合，最佳配置中的导体间隙由技术和经济比较确定。对冷端采用二次循环冷却的核电站不同于沿海连续循环核电站，其循环水冷却系数和进口温度受到冷却塔表面的限制。此外，由于各种型号(四缸蒸汽组和六缸蒸汽组)的额定功率不同，在选择汽轮机类型时，需要考虑到各种型号在经济比较中的投资差异，其中冷却塔的投资是其中之一总之，二次冷却核电汽轮机选型阶段冷端优化组合应整体考虑:机组类型、循环水、循环水泵配置方案、循环水导方案、凝汽器调节材料、凝汽器面积等。

5冷端优化改造技术

5.1凝汽器状态监测及故障诊断技术

凝汽器系统运行过程中状态、出现故障的原因复杂多样，随机，很难用简单的线性关系表达。最近模糊逻辑、神经网络等技术在凝汽器监测与诊断中广泛应用。监测系统建立凝汽器运行状态、故障原因与运行参数之间的数学模型，通过背压、循环水温度、凝汽器端差、凝汽器水位、凝汽器水室压力等参数的变化，监测凝汽器的运行状态，对故障进行诊断，为胶球系统、循环水泵、抽真空系统的运行提供指导。

5.2循环水泵优化运行

凝汽器真空的影响参数主要包括循环水的入口温度、循环水温升、凝汽器端差。凝汽器真空主要是通过循环水流量来进行调节，也就是通过增大循环水量来提高真空，这也同时增加了循环水泵总耗功。对于单台机组，当汽轮机组的微增功和循环水泵总耗功增加的差值达到最大时的真空就是最佳真空。循环水泵的运行在保证机组背压的情况下，对扩大单元制供水系统，如黔东火电厂的#1、#2机组，采用4台循环水泵供水，当两台汽轮机组的微增功率之和与4台循环水泵的总耗功增加值的差值最大时循环水量就是最佳循环水量，此时也为全厂最佳真空。国内很多600MW机组开展电厂最佳循环水量和最佳真空的试验，确定不同季节不同水温循泵的运行方式。采用两机四泵的扩大单元制机组，典型的如哈三电厂、伊敏电厂等，通过循泵运行方式优化，根据该运行曲线指导不同水温下的少循泵耗功。优化试验的流程如下：（1）实验得到两台机组循环水流量以及各种循环水泵组合方式的总耗功；（2）采用弗流格尔公式计算出两台汽轮机组的排汽量；（3）当前工况的凝汽器真空从DCS系统获取，改变循环水泵组合方式后，通过综合清洁率，计算得出两台机组的理论真空值；（4）采用真空通用曲线拟合的公式，输入真空和排汽量求出所对应的微增功；（5）由改变的循环水泵组合总耗功减去当前循环水泵总耗功，从而得到循环水泵总功率变化值；（6）计算全厂的净增加功率，通过以上步骤，可求得各种循环水泵组合工况下的净增加功率，净增加功率值最大的工况就是最优运行方式。

结束语

整体而言，发动机冷端性能是直接影响机器运行经济性的重要因素。电容器越大，活塞的背压越低，发动机的经济性就越好。由于技术经济性的原因，如果机械加工面积增加2，2000m2，活塞负荷预计将从7.2 kpa增加到6.9 kpa(纯冷凝)。聚合的净力可以大约。733千瓦的升幅，而供热负荷每年上升到满负荷。单组在前三年的综合经济效益比凝汽器空间优化前多1 660万美元。3年后，当集团根据电力需求停止峰值运行时，将获得更多的经济效益。

参考文献

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[3]彭桂云,大型电站汽轮机冷端节能技术创新及产业化示范工程.浙江省,华电电力科学研究院有限公司,2018-06-05.