电厂凝汽系统优化与应用

杜俊国，李志刚，王文峰兖矿集团有限公司南屯电力分公司，山东 邹城 273515

0 引言

在现代电站凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。凝汽设备包括凝汽器﹑凝结水泵﹑抽气器及冷却水塔等。其中凝汽器是最主要的组成部分，其质量的好坏对火力发电站的安全性和经济性有很大的影响。山东兖矿集团有限公司南屯电力分公司两台机组自投产以来，凝汽器结垢严重，冷却效果差，已经成为影响机组真空的重要因素。为了彻底解决上述问题，需要凝汽系统优化改造，提高机组的真空度，使机组能够在各种工况下满负荷运行，取得更大的经济效益。

1 凝汽器改造

1.1 凝汽器现状

凝汽器优化前的主要技术参数：冷凝面积3000m2；冷却水量7350m3/h。

当初在机组选型时是按照抽汽工况进行设计，而实际运行抽汽工况仅3个月，大部分时间是在纯冷凝工况下运行。经核算，现运行的凝汽器设计冷却水温20℃时其背压为6.436kPa，如果按照冷却水温26℃计算，凝汽器背压为8.632kPa，与原凝汽器额定设计背压5.81kPa相差很大，因此原设计的凝汽器在实际运行中是偏离设计背压的。由于凝汽器冷却面积容量不足，机组不能满负荷运行，这将大大降低机组的工作效率。因此对凝汽器进行优化改造是非常必要的。

1.2 凝汽器优化

凝汽器优化的主要目标就是加大凝汽器的冷凝面积，改善凝汽器的热交换环境和条件，从而达到提高凝汽器的真空度，降低凝汽器的背压的目的。在凝汽器连接尺寸不动﹑所有外部接口不变的前提下，保留凝汽器壳体﹑热水井，更换芯子，冷却面积由3000m2增大至3500m2，进行如下改造：

1）更换全部管板，按新型高效排列布置冷却管。

利用凝汽器汽侧流场数值分析软件对管束进行校核和优化，保证蒸汽的流量，流速在管束各区段都达到均匀的程度，从而最大程度地降低汽阻，提高换热效率。新型布管的蒸汽流掠过换热管的流动方向均为较佳换热效果的水平流及向下流，彻底消除了换热效率低的向上流动，从而充分发挥了管束各区段的换热潜力。当蒸汽流为水平流时，消除了凝结水的水膜对传热的影响，其传热量为1，传热效果最好。以前设计布管方式都不同程度上存在蒸汽向下流与向上流问题，影响到传热效果，当蒸汽流为向下流时，形成了部分凝结水膜，对传热产生一定影响，传热量也降低为0.8；当蒸汽流为向上流时，形成的水膜，对传热的影响最严重，其传热效果最差，传热量仅为0.4。采用的新型的布管方式与其它各种布管方式相比，彻底废除了传热效果最差的向上流布管，最大限度地采用了水平流布管，所以其传热效果明显优于其它布管方案。管束排列外疏内密，蒸汽通道呈明显收缩态势，适应了由于蒸汽不断凝结而引起的容积流量不断减小的剧烈变化，保证流速﹑流量的均匀分布，消除了涡流现象，使压力场均匀，减少了压力损失。管束窄长，管束与凝汽器侧壁之间留有宽敞的通道，保证一部分蒸汽直达热井水面，对凝结水进行回热除氧，以降低凝结水中的含氧量，且汽阻小。

2）更换全部中间支撑管板，中间支撑管板与壳体采用易调整安装位置的支撑杆结构，并按HEI标准重新调整跨距。

3）取消全部挡汽板，按新排管方式重新设计。

4）冷却水管全部更换。采用锡黄铜管HSn70-1A；冷却管与管板采用胀接连接。

5）更换水室牵条及附件，并采用新型密封连接。

6）更换水室密封胶条。

凝汽器优化后的主要技术参数：冷凝面积3500m2；冷却水量10855m3/h。

2 冷却塔改造

2.1 冷却塔现状

电厂凝汽器冷却水系统是一个封闭式循环水系统，冷却水经过凝汽器换热管壁进行热交换，然后经过管道远送到冷却水塔，该冷却水塔是逆流式双曲线自然通风冷却塔，冷却水的冷却是通过水和空气接触，由蒸发散热﹑接触散热和辐射散热三个过程共同作用的结果。原有冷却塔传热面积1500m2，在当地气象条件下，该冷却塔不能满足改造后机组循环水冷却要求，需要新增冷却设施。

2.2 冷却塔改造

原有的1500m2自然通风冷却塔保留使用，选用两台水力喷雾推进通风冷却塔，冷却能力3000m3/h/台，分别建在两台冷却塔的偏东侧。这样避免了拆除原冷却塔所带来的巨大损失，大大节省工程设备的投资，同时，也可大幅度地缩短现场施工工期。改造后，可使每台机循环水的冷却能力达到12400m3/h，满足机组冷凝系统的运行需要。

2.2.1 水力喷雾推进通风冷却塔的工作原理

新增的水力喷雾推进通风冷却塔由钢结构塔体﹑喷雾推进雾化装置﹑淋水板﹑收水器等组成。其中，喷雾推进雾化装置是本塔的核心设备，它包含旋转水室﹑旋流雾化喷头﹑风叶等部件。该冷却塔充分利用循环水系统中存在的压力作为动力源，压力水经进水管进入喷雾推进雾化装置的水室，并均匀分配到各喷管，以雾状水喷出，在喷雾推力的作用下，使水室带动喷管及风叶旋转，水室快速旋转产生的离心力使水流离心增压，喷射液体速度加快，反过来又促进喷雾推进雾化装置的转速增大，最后将水流的大部分能量转化为风能，使热水雾流与冷风得到充分热交换，达到循环水降温的目的。

2.2.2 水力喷雾推进通风冷却塔的优点

采用新型的水力喷雾推进通风冷却塔，在“收敛—扩张”型塔体内装设多个“喷雾推进雾化装置”，该装置工作水压低（0.12MPa）﹑风量大（该装置风量300万m3/h，电机驱动强制通风风量只有240万m3/h）﹑雾化效果好，可同时作雾化器和抽风机，使其在不增加动力条件下，对水雾进行强制对流散热，从而取消传统的填料和风机。本冷却塔具有温降大能耗低﹑造价低﹑结构简单﹑维修量少﹑运动可靠﹑冷效稳定的优点。

3 改造后的效益分析

凝汽系统改造完成后，每小时比目前能多发电量1万kW·h。6月～9月份运行时间（122-10）×24×2=5376小时，考虑期间单机检修10天，每年增加发电量5376万kW·h。上网不含税电价0.3145元/kW·h，发电成本如果按照0.207元/kW·h计算，每年增加利润577.92万元，可见经济效益显著。

4 结论

通过对电厂凝汽系统的改造，提高了电厂机组的真空度，使机组能够在各种工况下满负荷运行，为电厂取得了更大的经济效益，同时给国内50mW同类机组进行类似的改造提供了很好的借鉴作用。