科技计划项目申报书

科技计划项目申报书

计划类别：

项目类别：

项目名称：凝汽器补水系统及空冷技术的研究与应用申请单位：

起止年限： 2017年至2018年

申报日期： 2017年11月12日

科技局

二零一六年十月制

一、基本信息

一、项目的意义与目标

（一）意义和必要性

研究的背景和意义：

在现代大型电站凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备的真空度是汽轮机运行的性能考核指标，也最能直接影响到整个汽轮机组的安全性、可靠性、稳定性和经济性。实际运行经验告诉我们，凝汽器的真空水平对汽轮发电机组的经济性有着直接影响，汽轮机真空严密性差会直接导致一是降低汽轮机组的效率，有资料显示，真空每下降1kpa，机组的热耗将在家70kJ/kw，热效率降低1.1%，增加发电煤耗约3-5g/kwh；二是威胁汽轮机的安全运行。

因此提高真空度，维持机组经济最佳真空运行，提高整个汽轮机组的热经济性、保证汽轮机安全运行等方面很有必要。

其次根据新疆自治区节能监查总队对能源发展的规划，在到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时，其中现役60万千瓦及以上机组（除空冷机组外）改造后平均供电煤耗低于300克/千瓦时。优先淘汰改造后仍不符合能效、环保等标准的30万千瓦以下机组，特别是运行满20年的纯凝机组和运行满25年的抽凝热电机组。逐步淘汰改造后平均供电煤

耗不达标的火电机组。

直接空冷机组通常在设计时因考虑空冷散热面积与当地全年最热气温满负荷小时数的经济性关系，空冷机组普遍存在夏季高温时段背压高，煤耗高，带不满负荷的情况。

我厂#1机组于2012年投产，#2机组于2013年投产，环境温度达到30℃以上时机组运行工况变差，机组真空降低，当环境温度高达33度以上时，更是严重制约机组负荷。在7、8、9月份，机组平均发电煤耗在330g/KW.h以上。

为解决空冷的不足，我厂技术人员对凝汽器补水系统及空冷技术进行研究，研究项目成立后可降低机组背压1~3kpa，节约发电煤耗约3-5g/kwh，全年可节煤约3374吨。一吨煤按300元计算，折合人民约101.22万元。

必要姓：

由于直接空冷机组采用空气冷却汽轮机排汽，所以与湿式冷却塔的常规冷却系统相比，空冷系统的冷却性能受环境条件的影响更大，对环境气温和自然风的变化更加敏感。

我厂所在地气象资料统计：25℃及以上的年平均小时数1153小时，气温≥27℃时，5级以上大风也频繁出现，高温突发大风对机组运行造成极大安全隐患（突然大风曾经使机组真空下降10kPa之多）。

根据我厂#1机组运行记录及相关资料分析得出以下初步结论：

1、我厂空冷凝汽器设计之初根据当时条件，采用较高ITD值，空冷凝汽器能基本保证汽轮机经济运行。

2、环境温度在25℃（实际热风循环会增加2～3℃）以上时，空冷凝汽器运行能力开始偏离设计值，原因之一在于空冷式换热器自身的换热机理限制。

3、在夏季7、8、9月份气温较高时，机组出力限制在90%左右，低压缸平均排汽背压在25kPa左右。

4、高温突发大风对机组运行造成极大安全隐患。

5、2015年12月2日，国务院常务会议决定，在2020年前对燃煤机组全面实施超低排放和节能改造，使所有现役电厂每千瓦时平均煤耗低于310克、新建电厂平均煤耗低于300克，对落后产能和不符合相关强制性标准要求的坚决淘汰关停。

综上所述，降低机组运行背压，降低煤耗不仅是机组经济高效运行的要求，

更是夏季机组安全经济运行的要求。更因为国家政策的要求，发电煤耗率的高低成为电厂生死存亡的关键问题，势在必行。

（二）项目主要目标和技术难点

主要目标：

为全面贯彻落实国家能源发展战略行动计划（2014—2020年），加快推动能源生产和消费革命，进一步提升煤电高效清洁发展水平， 2014年国家能源局出台了煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）。

全面落实“节约、清洁、安全”的能源战略方针，推行更严格能效环保标准，加快燃煤发电升级与改造，努力实现供电煤耗、污染排放、煤炭占能源消费比重“三降低”和安全运行质量、技术装备水平、电煤占煤炭消费比重“三提高”，打造高效清洁可持续发展的煤电产业“升级版”，为国家能源发展和战略安全夯实基础。

降低汽轮机排汽背压，提高真空，节约煤耗是国家能源发展的趋势。因此我们利用等效焓降法作为一种新的热力系统计算分析方法、在热力系统局部变化进行定量分析：空冷水从凝汽器补入这一过程中，补充水分吸收了一定的热量，增加了这部份蒸汽在机内的作功，同时，还减少了补充水吸热过程中的传热偏差，降低了传热过程中不可逆损失，提高热力功转换效率，回热效果明显提高。凝汽器对补水进行真空除氧，提高整个回热系统的除氧能力。补水在凝汽器中吸收排汽热量，减少了一定份额的余额损失，强化了热交换，降低了排汽温度和端差，改善了机组真空，而且在补水温度比排汽温度降低时，效果就越明显，不仅经济且利于机组接带负荷减少机组振动。以机组额定和设计参数为主，结合实际参数进行修正。最终推出“火力发电厂空冷无动力凝汽器补水方式系统的节能改进”技术。

技术难点：

1、在目前空冷岛凝结水回水量的前提下，对凝汽器内汽轮机排汽和凝结水换热特性的影响需要进行全面评估设计。

2、高温天气下汽轮机低压缸排汽温度在80℃左右，真空在-52kpa下运行，其产品的可靠性对整个系统的稳定运行是一大考验。

3、该机设空冷补水系统为“凝汽器式”补充水系统，空冷水补充到凝汽器内降低排汽温度、提高机组真空，进出水方式均为母管制运行。技术改造后

应对凝结水补水系统进行同步优化，以达到改造目的。

二、现有工作基础与优势

（一）国内外现有技术、知识产权和技术标准现状及预期分析

中国、美国、德国、日本、澳大利亚5个国家能效指标和环保排放开展对标研究，现给出燃煤机组能效国际对标主要结果：中国燃煤机组供电煤耗与日本燃煤机组相当，优于德国、美国、澳大利亚燃煤机组，处于世界领先水平。 2015年中国火电机组供电煤耗315g/kWh，2012年日本火电机组供电煤耗306g/kWh。

目前，国内关于降低机组排汽背压提高真空的研究工作已展开很久，技术思路也比较繁多，也提出了较多的解决思路，取得了一定的成果，现介绍如下：技术一：直接空冷系统增设尖峰冷却装置

鸳鸯湖电厂2×660MW机组#1机组改造实例，鸳鸯湖电厂位于宁夏宁东煤电基地鸳鸯湖矿区，一期2×660MW机组投入运行时间较短，于2010年底投入运行；其空冷系统的主要设备由SPX公司供货。空冷散热器采用单排蛇形铝翅片大直径椭圆管。该项目设计工况为环境温度31℃时空冷系统运行背压32kPa，在空冷系统设计中性能保证全年不满发时间为200小时，但是当环境温度超过30℃(实际夏季气温曾高达41.4℃)时，汽轮机背压升高，发电煤耗增大，汽机背压一般在35 kPa左右，较高时近40 kPa，机组出力在80%--90%之间，并且受大风、沙尘等外界客观因素易导致设备换热性能减弱，汽轮机背压变幅较大，从而导致机组出力受限、煤耗率提高，电厂热经济性降低。

该电厂直接空冷机组拟采用蒸发式凝汽器作为尖峰冷却装置解决其当前存在的诸多问题，为保证项目的可行性，先后进行了多次论证，最终项目采用蒸发式凝汽器作为尖峰冷却装置对直接空冷系统进行改造。

鸳鸯湖项目具体方案：从原直接空冷凝汽系统主排汽管道分流320t/h的蒸汽，采用16台FQN(Z)-15500型号的蒸发式凝汽器进行冷凝，设计达到的要求：夏季（6月～9月）实际运行排汽背压在原基础上降低8 kPa ～14 kPa，预留再扩建条件。2012年5月开始施工，7月安装成功，9月尖峰冷却装置投入运行，效果明显。

技术二：空冷岛增容改造

上都2号机组为600MW亚临界空冷机组，燃用褐煤，锅炉为哈锅厂生产的