15MW水冷发电机组的空冷改造_李同庆

3.3 t/h
21.3 t/h 工业消防 21.3 t/h 电厂补充水量 蓄水池
3 t/h
化学水车间用水：3.3 t/h
0.8 t/h
2.5 t/h 锅炉补充水
2 t/h 未予见用水：3 t/h
回收水池
5.172 t/h 回收水系统
1 t/h 排入厂区雨水系统 图 ２ 水量平衡图（不包括凝汽器用水量）
上开 ＤＮ２ ０００ ｍｍ 的孔与排汽管道相连接。 ３．２ 空冷凝汽器的布置
由于主厂房周围已没有空地，空冷凝汽器位置选 择在距主厂房 ３０ ｍ 外的 １０ ｍ 高台上，经地勘检验， 该地地质可满足承载空冷岛的重量。由于距离主厂房 较远，管道的阻力损失必须计算，以保证汽轮机的安 全运行。管道口径为 ＤＮ２ ０００ ｍｍ，蒸汽流速 ５２ ｍ／ｓ， 计算阻力为 ５５ Ｐａ，对汽轮机的运行影响甚微。
然而由于客观历史因素的影响，在山西仍有一部 分机组为水冷机组。但随着关停小火电政策的不断深 入，这些水冷机组都面临着关停的局面。关停小机组 对发电企业来说是种损失，设备贬值、人员重新安排， 这都是需要面临的问题，而国家的分布式能源政策的
收稿日期：２０１４－０３－０４ 作者简介：李同庆，１９７６ 年生，男，山西高平人，２００１ 年毕业 于太原理工大学热能工程专业，工程师。
关键词： 水冷机组；空冷机组；电厂改造；节水
中图分类号： ＴＫ６
文献标识码： Ａ
文章编号： ２０９５－０８０２－（２０１４）０４－０１５１－０３
Air-cooling Transformation for 15 MW Water-cooled Generating Unit
LI Tong-qing
(Shanxi Zhenghe Thermal Power Engineering Co.,Ltd., Taiyuan 030021, Shanxi, China)
２０１４ 年第 ４ 期
李同庆：１５ ＭＷ 水冷发电机组的空冷改造
蒸发损失：7.098 t/h 风吹损失：2.73 t/h
２０１４ 年 ４ 月
546 t/h
发电机空气冷却器冷却水：120 t/h 冷油器冷却水：200 t/h
338 t/h 208 t/h
546 t/h
晾水塔
546 t/h 冷却塔补充水：0 t/h 15 t/h 工业设备冷却水：15 t/h
原有机组汽轮机参数如表 １ 所示。 电厂补水量统计及循环水损失计算：根据 《中小 型热电联产工程设计手册》 ［１］有关计算见图 １。
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２０１４ 年第 ４ 期
２０１４ 年 ４ 月
表 １ １５ ＭＷ 汽轮机发电机组参数表
序号
名称
单位
参数或数值
1
型号Fra Baidu bibliotek
—
N15-3.43 型
冲动式、凝汽式水冷汽轮发
因此需对机组的低真空状态进行试验，看能否满 足运行要求。经查阅汽机厂家说明书及相关资料，该 机组真空降至 ６３２ ｍｍ 汞柱 （绝对压力 １７ ｋＰａ） 时， 应查明原因，采取措施，仍不能恢复正常，应做降负 荷处理，后汽缸排汽温度不得超过 ７５ ℃；当真空降 至 ４５２ ｍｍ 汞柱 （绝对压力 ４１ ｋＰａ） 时，需紧急停 机。因此结合厂家资料并通过实际运行试验，汽机在 不超过 ２０ ｋＰａ 时，是可以稳定运行的，也就是说在 汽机高背压状态下可满足空冷岛对排压力 １５ ｋＰａ 左 右的要求，这从理论及实践中都得到了证明。另外在 东北地区的部分电厂通过电厂循环水供热，供热温度 为 ７０ ℃左右，这也将使汽轮机产生低真空运行问题， 但从多年运行来看，有的机组甚至真空降至 ４３ ｋＰａ
机组改造为空冷机组后，将引起真空降低，因此 需对机组低真空运行进行计算、试验使其满足空冷运 行要求。
水冷机组与空冷机组最大的区别在于汽机背压的 高低，通常水冷机组背压为 ８ ｋＰａ 以下，而空冷机组 额定背压为 １５ ｋＰａ，水冷机组的背压提高即低真空运 行时对机组的正常运行会造成一定的影响［２］：ａ） 低真 空运行时，汽机进出口焓降减少，做功减少，汽机效 率降低；ｂ） 低真空运行时，轴向推力增大；ｃ） 在低 真空运行时由于排汽温度升高使汽缸膨胀增大，胀差 不能超过汽机允许范围。
设备的改造主要是两部分，汽轮机增加排汽装置 和空冷凝汽器。空冷凝汽器的设计、制造技术目前都 比较成熟，安装施工不存在问题，重点是空冷凝汽器 占地面积大，为 ２９ ｍ×２７ ｍ，原主厂房周围空地少，
如何进行合理布置。另外通常空冷机组的排汽装置也 比较大，造价也高，本次改造计划把原来的凝汽器改 造为排汽装置。
15 t/h
冷却水池
说明： a) 循环水系统耗水量为：14.742 t/h，
其中： 蒸发损失：P=1.3%为 7.098 t/h； 风吹损失：P=0.5%为 2.73 t/h； 排污损失：P=0.9%为 4.914 t/h； b) 回收水作为电厂冲洗厂房、冲洗路 面、输煤降尘等杂项用水。
排污 4.914 t/h 溢流 0.258 t/h
3.3 t/h 化学水车间用水：3.3 t/h
0.8 t/h
100.42 t/h 工业消防 100.42 t/h 电厂补充水量 蓄水池
3 t/h
2.5 t/h 锅炉补充水 2 t/h
未予见用水：3 t/h
回收水池
1 t/h 排入厂区雨水系统 图 １ 水量平衡图（包括凝汽器用水量）
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35.38 t/h 回收水系统
４ 运行情况
２０１３ 年 １０ 月机组改造完毕，进行验收试验，机 组运行负荷 １５ ＭＷ 时能稳定运行，背压维持在 １５ ｋＰａ，各项参数基本达到了改造目标。
５ 结语
分布式能源政策的实施推广必将对能源结构产生 重大影响，对很多中小电厂或自备电厂通过合理改 造、利用当地可再生资源、余热等能源使其符合政策 法规，节能、节水、降低污染、减小重复投资、产生 较大的效益，是一种双赢的模式。 参考文献：
蒸发损失：43.44 t/h 风吹损失：18.1 t/h
3 620 t/h
凝汽器冷却水：3 300 t/h 3 300 t/h
发电机空气冷却器冷却水：120 t/h 冷油器冷却水：200 t/h
338 t/h 208 t/h
3 620 t/h
晾水塔
3 620 t/h 冷却塔补充水：79.12 t/h 15 t/h 工业设备冷却水：15 t/h
2
型式
—
电机组
3
额定功率
MW
15
4 额定主蒸汽压力 MPa
3.43
5 额定主蒸汽温度 ℃
435
6 额定背压排汽压力 kPa
8.3
7 凝汽器平均循环水量 t/h
3 300
8
冷却水温度
℃
27
根据计算：电厂使用水冷机组时全厂耗水量约 １００．４２ ｔ／ｈ，按全年运行 ５ ０００ ｈ 计算，全年耗水量 为：５ ０００×１００．４２＝５０．２１×１０４ ｔ。
具体方法为：ａ） 拆除部件。拆除凝汽器内部的冷 却铜管、凝汽器面向空冷岛一端的左右水室盖；凝汽 器内部清理干净；ｂ） 封堵凝汽器部分接口。（ａ）４ 个 ＤＮ７００ ｍｍ 的冷却水接口；（ｂ）前、后水室放水口；ｃ） 接口更改。２ 个 ＤＮ１５０ ｍｍ 的抽空气口改为冷凝水回水 口，接空冷岛的冷凝回水管；ｄ） 凝汽器壳体加强。凝 汽器内部拆除零部件后壳体承压能力下降，需对内部进 行加强，经计算采用 Φ５７ ｍｍ×３．５ ｍｍ 管子加强；ｅ） 凝汽器主排汽出口改造。凝汽器拆除水室盖后，依据凝 汽器水室盖法兰尺寸现场配制 １ 个法兰盖，并在法兰盖
推广，使这些水电机组又有生存下来的条件，例如： 这些小火电机组改用生物质燃料、改用燃气燃料或者 余热利用，一方面可以节约建设的资金；另一方面在 新能源等领域，发电机组又不可能做得过大，如生物 质电厂，燃料的输送距离对电厂的经济运行有很大的 影响，通常电厂规模都在 ３×１０４ ｋＷ 以下。若能对常 规电厂进行适当节能、节水等改造，减轻其对环境的 影响、减少资金的重复投资，让其发挥余热，就是利 国利民的好事。
Abstract: The water consumption of traditional water-cooled generating unit is high, and it can save more than 75% of the water after beening transforming into air -cooled generating unit. Based on a successful transformation case of water -cooled unit, a transformation method is proposed to provide transformation way for small water -cooled thermal power units which have been running. Key words: water-cooled unit；air-cooled unit；power plant transformation；water saving
如若改为空冷机组，凝汽器用水部分就可减少， 见图 ２。
电厂耗水量将减少为 ２１．３ ｔ／ｈ，年耗水量为：５ ０００× ２１．３＝１０．６５×１０４ ｔ。耗水量比原来降低 ７８．８％，年节 约 ３９．５６×１０４ ｔ 水。
２ 改造可行性
水冷机组改造为空冷机组涉及两个方面，设备的 改造和汽轮机低真空运行的可行性。
２０１４ 年第 ４ 期 （总第 １０３ 期）
２０１４ 年 ４ 月
技术研究
１５ ＭＷ 水冷发电机组的空冷改造
李同庆
（山西正和热电工程有限公司，山西 太原 ０３００２１）
摘 要： 传统水冷发电机组水耗量大，通过改造为空冷发电机组，可以节约 ７５％以上的水量。通过对一例水冷机组的
改造成功案例，提供一种改造方法，对已运行的小火电水冷机组提供了一种改造途径。
都能运行［２］。 从以上条件分析，水冷机组改为空冷机组基本上
是可行的。
３ 改造方案
３．１ 排汽装置改造 通常空冷机组都设置有排汽装置，排汽装置起着
联络空冷岛的功能，是汽、水汇通连接装置。但考虑到 排汽装置体积都较大，造价高、现有位置安装困难，本 着节省、实用原则，计划将原有凝汽器改造为排汽装置 使用，改造原则：凝汽器原位置不变，将凝汽器壳体内 部所有管子、管板等拆除，只保留凝汽器壳体及集水 箱，并拆去凝汽器面向空冷岛一端的法兰盖板门，由此 端连接空冷岛 ＤＮ２ ０００ ｍｍ 的排汽管道。原有的凝结 水系统不变。采用这些措施可大大降低改造费用、加快 施工进度、最大程度利用原有的凝结水系统。
15 t/h
冷却水池
说明： a) 循环水系统耗水量为：14.742 t/h，
其中： 蒸发损失：P=1.3%为 43.44 t/h； 风吹损失：P=0.5%为 18.1 t/h； 排污损失：P=0.9%为 32.58 t/h； b) 回收水作为电厂冲洗厂房、冲洗路 面、输煤降尘等杂项用水。
排污 32.58 t/h
０ 引言
中国人均占有水资源量 ２ ２００ ｍ３，仅为世界人均 占有量的 １／４，列世界第 １２８ 位，中国水资源不富裕 是众所周知的。而电力工业作为国民经济基础产业和 重要能源行业，同时也是工业用水大户，尤其小型机 组单位耗水量更高，因此减少电厂用水一直是电力行 业面对的课题。
空冷发电机组在中国的应用在 ２０００ 年以前基本是 间接空冷，并且大部分应用于大机组、新建机组，２０００ 年以后随着中国空冷技术的日渐成熟，直接空冷技术开 始应用于小型机组及大型机组，至目前虽然只有十几年 的时间，但在华北地区新建机组已基本都是空冷机组。 空冷机组发展之迅速缘于传统的水冷机组耗水量大，对 于缺水地区的水资源占用过大，影响当地环境的水平 衡，尤其对华北、西北缺水地区环境影响明显。
１ 水冷机组现状
山西河津禹门口电厂原有 １×１５ ＭＷ＋２×０．６ ＭＷ 共 ３ 套燃煤水冷发电机组，根据相关政策及规定，２× ０．６ ＭＷ 已于 ２０１１ 年关停，１×１５ ＭＷ 机组耗水量大、 煤料为常规燃料－煤，也需在十二五期间关停。机组 关停不仅使企业正常供电受到影响，也使人员下岗， 造成一定的社会不利因素，另外该电厂的上级单位龙 门集团的焦化产业有富余煤气可利用，兼顾各种因素 公司决定对原有电厂 １×１５ ＭＷ 发电机组进行改造以 符合产业政策的需要，把水冷机组改造为空冷机组， 燃煤锅炉改造为燃气锅炉。