660 MW超临界空冷凝汽器增容改造可行性研究

王智刚

（河北国华定洲发电有限责任公司，河北 保定 071003）

研究与应用

660 MW超临界空冷凝汽器增容改造可行性研究

王智刚

（河北国华定洲发电有限责任公司，河北 保定 071003）

由于国内早期直接空冷机组设计经验不足，空冷单元三排管设计冷却面积较小，以及管束翅片结垢等因素影响，导致机组经济性逐年变差。介绍了国内空冷系统运行中存在的问题，提出了提高空冷系统运行效率的技术方案，详细说明了660 MW超临界空冷凝汽器改造的可行性，重点阐述了尖峰冷却系统原理及应用，从而提高汽轮机效率，改善机组经济性和安全性，同时为同类型机组的增容改造提供参考。

汽轮机；空冷凝汽器；增容改造

为改善空冷机组的运行环境，河北某电厂对空冷凝汽器进行了一系列技术改造，如在2010年加装了尖峰喷淋系统［1－2］，由于该系统需要大量使用除盐水，2台机组每年喷淋、冲洗使用除盐水约90 000 t，该区域夏季最高环境温度近40℃，即使投入尖峰喷淋系统机组背压最高也达到35 kPa，夏季高温天气机组难以满发，而且尖峰喷淋系统会在空冷凝汽器迎风面翅片管上逐渐形成结垢［3］，也会导致其性能下降。

针对以上的问题，必须对空冷凝汽器增容改造进行可行性研究，并采取相关措施提高机组冷端的散热能力。

1 空冷凝汽器参数

电厂二期工程安装2×660 MW超临界直接空冷机组，2台机组分别于2009年3月和12月投产，空冷凝汽器布置在主厂房A排外的空冷平台上。从汽轮机低压缸排出的乏汽，通过2根DN6000 mm的水平排汽管道从主厂房引至A排室外，而后V形向上爬升至一定高度后，分别进入2根DN4200 mm干管，再从每根干管分别引出2根DN3000 mm支管至空冷凝汽器顶部的蒸汽分配管，向空冷凝汽器管束分配排汽，轴流风机使空气流过管束外表面带走热量，将排汽冷凝成水，再由凝结水管汇集，排至主厂房内的汽轮机排汽装置。

每台660 MW汽轮机组共配置56个单排管空冷凝汽器单元。布置分为8列，每列有7个单元，每个单元由10片管束组成，每列共有8片逆流管束。每个空冷凝汽器单元下部安装1台D9 750 mm的轴流风机，所有风机均采用变频调速电机。

表1 空冷凝汽器设计参数［4］

2 改造方案选择

根据对国内外已实施项目的调研，总体思路均是对进入空冷凝汽器的乏汽进行分流，减轻凝汽器的热负荷，从而降低汽轮机排汽压力。

2.1 方案1：开式循环尖峰冷却系统方案［5］

开式循环尖峰冷却系统方案，该方案要求从直接空冷系统中分流一部分蒸汽，通过表面式凝汽器换热冷凝为凝结水，凝结水由凝结水泵送回汽轮机回热系统。冷却水采用开式循环水，需设置凝汽器、循环水管道等设施和设备。

该方案特点如下：

a.单独增加凝汽器、循环水管道等设施；

b.循环水由机力通风塔水泵提供，需协调好水量分配、维修等问题；

c.大排汽管道系统发生改变，需重新核算管道的流量分配和管系的结构应力；

d.凝汽器和循环水管道的布置受到地下管线和设备的影响与制约；

e.循环冷却水的水质要求高。

2.2 方案2：加装表面蒸发式尖峰冷却系统（图1）

在原空冷凝汽器主排汽管道上另接出蒸汽分配管蒸汽送至蒸发式凝汽器进行冷凝，凝结水通过凝结水管道送回至排汽装置，蒸发式凝汽器设置有抽真空管线，并入原空冷岛抽真空母管。在蒸汽分配管道上设有膨胀节，膨胀节用以吸收管道的横向和轴向等位移；春、秋、冬季机组运行背压较低时，关闭蒸发式凝汽器动力部分，仅直接空冷运行，达到节能目的。

图1 加装表面蒸发式冷却系统图

方案的特点如下：

a.改造后系统背压降低，保证机组额定出力和系统安全经济运行；

b.水质要求不严格，工业、生活等污水经过处理后可以再次利用；

c.结构简单，生产安装周期短，操作维护方便；蒸汽在管内冷凝，循环水在管外蒸发，管外壁结垢后容易清理；

d.多模块组合，根据负荷调节模块运行数量，可控性好。

通过分析，方案2在耗水水质、指标、设备占地及设备能耗具有优势，而且设备稳定可靠性高，有相当的运行业绩。故采用增加表面蒸发式冷却器方案。

3 改造方案实施

3.1 表面蒸发式尖峰冷却系统［6］总平面布置

由于本工程是改造工程，场地条件受到较大的限制，根据现场勘查并结合施工图设计，对本次改造的新增设备进行了布置。新增蒸发冷却器的布置以排汽管道路径最短为原则，排汽管道及凝结水回水管道在空冷凝汽器平台下方采用管架进行敷设。水池需要高位布置，预留出通行的空间。

补给水经水泵升压后进入化学水处理系统，软化后的水升压补给至蒸发冷却器内。

3.2 表面蒸发式冷却热力系统

a.乏汽系统

通过初步核算，每台表面蒸发式凝汽器所需的乏汽约280 t，经计算每台机组需从原空冷凝汽系统2根主排汽管道上分别接出DN2400 mm的蒸汽管道，架空接至每台机的蒸发式凝汽器，通过电动真空蝶阀与之相连，夏季机组运行背压高时，分流部分蒸汽流至蒸发式凝汽器进行冷却，缓解直接空冷散热器的压力，达到降低背压的目的。

b.凝结水系统

由于蒸发式凝汽器布置在汽机房外0 m层，机组排汽装置布置在主厂房－2.0 m左右，两者之间存在足够的势能差，所以乏汽凝结水可通过自流的方式回至主机排汽装置，而不再增设凝结水泵，表面蒸发式凝汽器的凝结水直接进入主机凝结水系统。管道上设置有关断阀，用于隔断表面蒸发式凝汽器与主机排汽装置系统的连接。

冬季，风机、水泵停运，风筒出口采用帆布密封，以防自然抽风凝结蒸汽。补水关闭，隔离阀敞开，以防密封不严密，少量蒸汽进入尖峰冷却系统冷凝冻结。

4 增容改造投资估算

工程投资估算静态价格水平按照2013年12月计算（见表2）。

表2 静态投资估算

5 增容改造经济性分析

5.1 节煤分析

改造后，机组满负荷运行背压降低约7 kPa；夏季时段的机组利用小时数为2 880 h；背压每降低1 kPa，供电标煤煤耗减少约1.25 g／kWh；标煤价格为580元／t；机组年节约用煤费用：7×1.25×2 880×580×66×10－2＝964.65万元／a。

5.2 增加耗电量分析

表面蒸发式冷却装置耗电功率为990 kW；成本电价为0.27元／kWh；年增加电费：2 880×990× 0.27÷10 000＝76.98万元。

5.3 增加水耗分析

改造后水耗增加约238.3 m3／h；运行时间为2 880 h；水价为2元／t；年增加水费：238.3×2 880×2÷10 000＝137.26万元。

5.4 年维修费用

按2%的维修费率计算全年的维修费用。年维修费用：4 736×2%＝94.72万元。

5.5 回收年限（表3）

表3 回收年限

6 结束语

660 MW超临界直接空冷凝汽器增容改造行之有效，技术上较为成熟，安全性能够得到保证，改造效果容易实现。目前该改造工程进入前期初可研阶段，从调研的结果来看，该系统安全性高，运行稳定，经济效益可观，节能减排效果显著，不仅提高了机组的整体经济性，而且极大降低了运行风险。整个改造工程投入合适，回收期较短，是一项十分成功的节能改造项目，表面蒸发式冷却系统在直接空冷凝汽器改造领域具有重大的应用价值。

［1］惠雪松，孙会亮，马少帅.直接空冷机组空冷单元内喷雾增湿系统的结构优化［J］.东北电力技术，2012，33（8）：27－30.

［2］范志强，陈海平，张学镭.直接空冷系统中喷雾冷却技术的应用［J］.东北电力技术，2009，30（5）：19－21.

［3］曹智杰.600 MW直接空冷机组凝汽器冷却管束污垢热阻变工况特性研究［J］.东北电力技术，2010，31（12）：6－9，26.

［4］江苏双良空调设备股份有限公司.二期工程2x660 MW超临界火电机组直接空冷系统管束性能曲线［R］.2009.

［5］汤拥华.漳山电厂二期机组空冷增容改造研究［D］.保定：华北电力大学，2014.6.

［6］杨立军，杜小泽，杨勇平.蒸发冷却节能技术在电站冷却系统中的应用研究［J］.太原理工大学学报，2010，41（5）：581－584.

Feasibility Study on Increase Capacity of 660 MW Supercritical Direct Air Cooling Condense

WANG Zhigang
（Hebei Guohua Dingzhou Power Co.，Ltd.，Baoding，Hebei 071003，China）

Due to lack of designing experience early in China，the designed cooling area of three⁃rows tubes is relatively small.With the scaling of the cooling fin tubes and other factors，economical efficiency of the unit is getting worse.In this paper，the problems in the operation of air⁃cooled system are introduced，the technical scheme to improve the operating efficiency of the air cooling system is presented.The feasibility of the 660 MW supercritical air⁃cooled steam condenser is described in detail.To improve the efficiency of steam turbine and improve economic and safety of the unit，reasonable suggestions for the same type of capacity extension are put for⁃ward.

steam turbine；air⁃cooled condenser；capacity extension

TP621

A

1004－7913（2016）10－0009－03

王智刚（1982），男，硕士，工程师，主要从事汽轮机检修管理工作。

2016－05－21）