国产200MW空冷机组低压缸喷水系统水源改造以及增设喷头的应用

国产200MW空冷机组低压缸喷水系统水源改造以及增设喷头的应用
发表时间：2019-05-16T15:19:30.680Z 来源：《电力设备》2018年第33期作者：任伟[导读] 摘要:神华亿利能源有限责任公司电厂空冷系统设计为三排翅片管，由于散热面积设计不足，夏季高温时，存在低真空时空冷岛散热片热负荷严重增大，影响机组带负荷能力，对低压缸喷水水源进行改造并在喷水管路增设喷头，在汽轮机排气源头减小进入空冷岛热负荷有效缓解了空冷散热面积设计不足问题。

(神华亿利能源有限责任公司电厂达拉特旗 014300) 摘要:神华亿利能源有限责任公司电厂空冷系统设计为三排翅片管，由于散热面积设计不足，夏季高温时，存在低真空时空冷岛散热片热负荷严重增大，影响机组带负荷能力，对低压缸喷水水源进行改造并在喷水管路增设喷头，在汽轮机排气源头减小进入空冷岛热负荷有效缓解了空冷散热面积设计不足问题。

本文将对低压缸喷水系统水源改造以及增设喷头的应用进行介绍并且在实际应用中对其效果进行论证。

关键词:空冷低压缸真空 0 引言三排管200MW直接空冷机组夏季低真空问题以成为影响机组安全、稳定、经济运行的重要问题。

通过对神华亿利能源有限责任公司电厂启动过程以及60%以下负荷投入低压缸喷水减温发现，减温效果不明显。

除盐水温度常年运行约20°C左右，凝结水温度约60°C左右。

除盐水温度与凝结水温度对比相对较低，既能对低压缸起到降温作用，使机组背压提高，又能起到一级除氧的作用，有效的降低凝结水溶氧。

以及夏季环境温度高时投入喷水减温系统，可以减小空冷系统热负荷。

所以降低空冷系统热负荷是提高我们企业效益必须要解决的问题。

通过对上述数据进行分析论证，对低压缸喷水水源进行改造并在喷水管路增设喷头可有效降低空冷岛热负荷，使机组真空提高，并能降低凝结水溶氧。

1 神华亿利能电厂空冷系统现存在的问题 1.1换热面积偏小我公司凝汽器采用机械通风直接空冷技术，由SPX公司设计。

每台机组配备20个冷却单元，空冷器管束采用三排管结构，空冷风机全部采用变频控制。

空冷系统设计数据如下：汽轮机排汽设计背压：初步设计按14kPa（THA）考虑。

夏季满发干球温度： 30.30 ℃空冷凝汽器设计夏季满发背压： 34.0Kpa 阻塞背压为： 8.0kPa 在夏季空气干球温度为30.30℃、机组在TRL工况运行、 100%空冷风机、100％额定转速的情况下，机组能够满发。

表一：
但从投产以来实际运行情况来看，空冷系统无法达到设计要求，下表是我公司对1#机组在不同环境温度下采集的一组数据，当时机组真空严密性试验为0.208kPa/min。

表二：
通过对同类电厂调研，对空冷主要技术参数进行比较，结果如下： SPX空冷凝汽机组主要技术数据（135 MW至300MW）表三：
由此可以看出，SPX公司在最近设计的三排管管束散热面积均有不同程度的提高，单位排汽量对应的冷却面积（m2/(t/h)）分别达到：856（忻州电厂）、952（大同电厂）、1147（蒙西电厂）、936（上湾电厂），我厂仅为764。

早期的榆社电厂已进行改造（增加30%的散热面积），经过与上述同类电厂比较，神华亿利电厂200MW机组散热面积严重不足。

尤其在夏季高温环境，机组带负荷能力急剧下降，环境温度32℃，机组背压40KPa时，机组负荷只能带到100MW-120MW，严重影响机组的安全经济运行。

2 问题的解决办法
2.1在空冷岛翅片的迎风面加装了喷淋装置，即在空冷风机出口，装设由若干喷头组成的喷雾强化换热系统，除盐水水通过喷头以一定的喷射角向其四周喷射细小颗粒的雾状水滴，与风机出口的空气接触混合，通过传热、传质，形成气、汽、水混合物，水在蒸发的过程中会吸收很大的汽化潜热，可有效的降低进入散热器的空气温度，而部分未蒸发的水雾在通过换热面时还会起到强化换热的效果，加强换热面的冷却效果，加装完毕后通过试验，夏季环境温度升高至33℃以上，投入空冷喷淋系统真空提高约5Kpa。

2.2通过上述加装空冷喷淋装置，真空在夏季得到了明显的提高。

但还无法满足夏季高环境温度空冷机组的带负荷能力。

准备在低压缸排气处对汽轮机做完功的乏汽进行冷却降温，从而降低进入空冷系统的热负荷。

由于低缸喷水水源采用凝结水系统供给，但凝结水温度相对排气温度也基本相同，不能满足降低排气温度的要求，只能在机组启动初期或低负荷过程中才能起到喷水降温的作用。

决定在排气装置补水的除盐水系统引用水源，这样一来既能对低压缸排气进行降温，又对排气装置进行了补水。

此种设计即结构简单，而且设计巧妙，能够充分利用发电厂中低于排汽温度的水源来降低排汽温度提高真空，且经过计算分析，环境温度越高喷水减温效果越好，而在相同环境温度情况下负荷越低、减温水温度越低减温水流量越大真空提高程度越高，反之亦然。

3 具体设计方案
通过机组高负荷、高环境温度下，对汽轮机排汽进行夏季高温汽轮机带高负荷受阻后喷水减温的真空变化情况试验，减温效果明显。

经过计算改造后的机组真空值能够提高1.02kPa，煤耗降低约2～3g/kW.h。

3.1、改造概况
降低低压缸排气温度，降低真空，提高机组经济性。

改造前利用凝结水喷水降温，管道截止低压缸排气口下部，圆弧形Φ38管道打孔喷水；改造后利用除盐水（20℃）喷水降温，更换低缸喷水原有圆弧形Φ38碳钢管道，全部换成不锈钢304管。

改造前凝结水运行参数：压力：1.0-1.5MPa,温度：流量根据水量约40-50t/h，改造后除盐水参数：压力：0.5-0.7MPa,温度：20℃左右，流量根据水量约20--25t/h。

3.2、技术要求
将原有带喷水孔的20#钢管道全部换成不锈钢304无缝钢管；低缸内直管4根（2.8米/根），圆弧2根（3.4米/根），在这6根管道上安装可调球形空心锥形精细雾化喷嘴及喷嘴接座，两喷嘴间距大约150mm，直管上布置15个喷嘴，圆弧管上布置30个喷嘴，大约需要喷嘴数为120个（喷嘴布置见附图）。

要保证焊接质量良好，不得存在砂眼、气孔、裂纹及焊缝过薄等缺陷。

安装喷头需能调节角度，雾化效果好，能合理利用除盐水量设计喷头，使用后缸体内部不得有过量积水。

本项目原系统采用60°C左右的凝结水进行低压缸排气降温，通过试验对比后将汽轮机低压缸喷水减温水源更改为20°C左右的除盐水供给。

因我厂为空冷机组，排气装置分为汽侧和水侧。

原系统补水接至排气装置水侧，经过本次改造在热井补水调门前手动门前增设一补水管路接至低缸喷水气动门后管路，并在管路上增设两台手动截止阀。

将排气装置补水直接截止排气装置汽侧的低压缸喷水减温管路，并在此管路排气装置内部原有喷淋孔进行封堵加装雾化喷头，提高排气与喷淋水的换热效果。

图一：改造后系统图二：选用喷头
图三：带喷水孔的20#钢管更换带有喷头不锈钢管
表四：喷水管道喷头
表五：低缸喷水投入后数据变化表。