空冷机组背压优化改造方案可行性分析

空冷机组背压优化改造方案可行性分析
中泰化学阜康工业园热电厂位于新疆昌吉回族自治州阜康市中泰化学阜康工业园内，热电厂现运行两台150MW供热机组，配套两台540t/h超高压煤粉炉，主要为中泰化学阜康工业园区2套40万吨/年聚氯乙烯树脂生产装置供应自备电、工业蒸汽等产品。

热电厂采用直接空冷方式进行乏汽凝结，每台机组共配置空冷风机16台。

自热电厂投用以来，机组一直以较高的负荷运行，每年的运行时间在8000小时以上，年利用小时数在7000小时以上，但在夏季，因为环境温度较高，导致机组背压太高不得不减负荷运行，为了解决空冷机组夏季背压问题及提高机组循环热效率，必须进行机组背压优化的技术改造，文章即对利用雾化水降低排汽装置背压的优化方案进行了分析论述。

标签：直接空冷；背压优化；雾化降温；节能分析
1 概述
空冷机组背压优化改造的经济性对空冷技术的发展具有重要的意义。

空冷机组在夏季运行时，由于环境温度较高，机組运行时的背压较高，导致机组运行时的能耗较高，严重时机组不能按照设计出力带负荷，同时机组背压较高将会给机组的安全运行造成严重的影响。

为了降低空冷机组在夏季运行时的能耗水平，目前国内解决的手段多是在空冷岛上布置喷淋装置，通过喷淋装置向空冷岛空冷风机出口处喷入雾化后的除盐水降低空气温度来达到冷却空冷翅片管束的目的，降低机组背压。

此种解决手段无法对喷入空气中的除盐水进行回收，造成水资源的大量浪费。

2 改造方案
根据火电机组热力系统的结构特性及制造厂提供的热力系统能量和质量平衡原理，计划利用现有管道，从除盐水管道引一路水源，将原有一路热井补水管线改造为减温水通道（管道配置有调节阀及其前后手动截止阀），通过变频泵加压后，进入雾化喷嘴系统喷入排汽装置喉部位置，形成雾化水降低排汽装置的背压。

3 效益分析
3.1 节能分析
3.1.1 在夏季铭牌（TRL）工况下，单台机组抽汽量30t/h运行（除盐水温度20℃）
机组在铭牌工况下排汽量约为366.15t/h，因运行时机组工业抽汽量为30t/h，故得出机组的排汽量m1≈336.15t/h，背压p1=33kPa，排汽温度t1=71.5℃，查阅焓熵图得出排汽焓值h1=301.5kj/kg；喷入除盐水量m2=30t/h，压力p2=1.6MPa，
温度t2=20℃，查阅焓熵图得出除盐水焓值h2=85.42kj/kg；根据质量守恒和能量守恒原理：
m1×h1+m2×h2=（m1+m2）×h3
336.15×301.5+30×85.42=（336+30）×h3
h3≈283.9（kj/kg）
由于汽轮机排汽中喷入除盐水冷却后，排汽为未饱和蒸汽，含有湿度，根据未饱和蒸汽特性，查阅焓熵图得出混合后汽水混合物温度约为t3=67℃。

得出h3和t3后，查阅焓熵图得出混合后汽水混合物的压力约为p2=28kPa。

通过理论计算，经过喷水降温改造后，机组背压降低了Δp=33-28=5kPa。

（若计算系统15吨的耗水量，喷水量按45吨计算，h3≈276.1（kj/kg），p2=26.5kPa，Δp=33-26.5=6.5kPa）
3.1.2 在夏季铭牌（TRL）工况下运行（除盐水温度25℃）
计算方法同上。

经过计算，除盐水温在25℃时，经过喷水降温改造后，机组背压降低了4kPa。

（若计算系统15吨的耗水量，喷水量按45吨计算，机组背压可降低6kPa）
3.1.3 在夏季铭牌（额定抽汽）工况下运行（除盐水温度20℃）
排汽量m1=175.6t/h，抽气量m2=150t/h，喷入除盐水量m2=150t/h，压力=1.6MPa，温度t2=25℃，排汽压力14.3kPa，排汽温度52.5℃，查阅焓熵图得出除盐水焓值h2=85.42kj/kg。

m1×h1+m2×h2=（m1+m2）×h3
175.6×301.5+150×85.42=（175.6+150）×h3
h3≈202（kj/kg）
由于汽轮机排汽中喷入除盐水冷却后，排汽为未饱和蒸汽，含有湿度，根据未饱和蒸汽特性，查阅焓熵图得出混合后汽水混合物温度约为t3=49.6℃。

得出h3和t3后，查阅焓熵图得出混合后汽水混合物的压力约为p2=11.5kPa。

通过理论计算，经过喷水降温改造后，机组背压降低了Δp=14.3-11.5=2.8kPa。

（若计算系统15吨的耗水量，喷水量按165吨计算，h3≈278.5（kj/kg），p2=11kPa，Δp=14.3-11=3.3kPa）
3.1.4 在夏季铭牌（额定抽汽）工况下运行（除盐水温度25℃）
计算方法同上。

经过计算，除盐水温在25℃时，经过喷水降温改造后，机组背压降低了2.3kPa（若计算系统15吨的耗水量，喷水量按45吨计算，机组背
压可降低2.8kPa）。

3.1.5 各种工况下节能分析统计表（如表1）
3.2 节水分析
改造完成后，在夏季运行时完全可以停用现在使用的空冷岛喷淋降低能耗的方式，据统计去年夏季运行时采用的空冷岛喷淋降低能耗的方式每天约消耗接近800吨除盐水，整个夏季约节水7万吨。

4 结束语
采用空冷机组降背压优化改造方案后，在同等条件下使机组背压降低2.8-6kPa。

供电煤耗平均下降6-13g/kWh，每年约能节约除盐水近7万吨，具有可观的经济效益。

参考文献
[1]CZK150/128-13.24/1.27/535/535汽轮机本体安装维护说明书[Z].东方汽轮机厂，2005.
[2]赵义学.电厂汽轮机设备及系统[M].北京：中国电力出版社，1998.
[3]程明一，阎洪环，石齐光.热力发电厂[M].北京：中国电力出版社，1998.
[4]侯文纲.工程流体力学[M].北京：中国电力出版社，1987.
作者简介：马宏军（1973，9-），男，籍贯：新疆，工程师，主要从事发电厂设备检修管理工作。