干货｜汽轮机冷端系统节能优化研究与应用

汽轮机冷端系统是火电机组的重要组成部分，如何实现汽轮机冷端系统节能优化，对提高火电机组运行的经济性提高具有十分重要的意义。针对汽轮机冷端系统节能优化分析问题，从汽轮机冷端系统主要设备出发，重点对循环水泵提出改造，提高循环水流量，解决循环水流量较设计值小的问题，提高机组真空;同时对凝汽器及冷却塔等冷端设备分别提出优化改造，以提高冷端设备的效率及出力，降低循环水温度,提高机组真空，保证汽轮发电机组安全经济运行。

前言

随着电力市场竞争机制的进一步发展，降低发电成本、提高机组运行经济性已成为发电企业的当务之急。目前、国内外机组运行中的突出问题是冷端系统运行状况不好，严重影响了机组运行的经济性。特别是冷却塔出力不足、循环水泵流量小、效率低，凝结水过冷度和含氧量过高，凝汽器漏空气和冷却水管结垢等严重影响了机组真空。因此，降低机组供电煤耗、冷端系统的节能诊断和优化已成为电厂节能的关键环节。

冷端设备性能最重要的指标有两个：一是凝汽器的真空，另一个指标是循环水泵电耗。另外从热力系统角度考虑凝结水过冷度也是一个重要经济性指标。凝汽器本身是个换热器，评价其性能优劣最重要指标是凝汽器端差。要想获得最佳真空，主要措施是降低循环水温度和降低凝汽器端差。对于循环水泵电耗，主要是考虑循环水泵经济调度运行及泵组效率。

本文针对汽轮机冷端优化分析问题，从凝汽器、循环水泵及冷却塔等冷端设备整体出发，采用多种方法同步进行。提出了对循环水泵进行改造，以提高流量及效率，降低电耗;对冷却塔填料及喷嘴换型改造，增大淋水面积，降低循环水温度，以提高冷却塔工作效率;对凝汽器换热管进行高压水冲洗，并在凝汽器补水加装喷嘴雾化装置，以改善凝汽器工况，提高机组真空。优化改造后，机组经济性明显提高，为机组节能减耗奠定了良好的基础。

一、 汽轮机冷端优化的必要性

汽轮机冷端系统是由汽轮机低压缸的末机组、凝汽器、冷却塔、循环水泵、循环供水系统等系统组成。由于循环水水质较差，长时间运行，造成了冷端设备故障多发，设备出力下降，机组真空降低等问题。

1. 循环水泵组：我厂单台机组共配置两台循环水泵，一台双速泵，一台高速泵，均采用立式斜流泵结构。2009年6月投入运行至今，由于泵组设计参数与现场管路不匹配，循环泵在不同运行方式下循环水流量均低于设计值，泵组偏离设计工况点较远运行。由于泵组性能未达到设计要求，导致凝汽器真空偏低，影响电厂的经济运行。多台循环水泵在工作中均出现严重的振动情况，已威胁到电厂机组运行的可靠性。

2. 冷却塔填料： 冷却塔填料在长时间运行中，会大面积出现老化、脱落等现象。机组运行当中，由于循环水水流下降的作用力，导致填料大面积破碎，掉入循环水系统，填料碎片将相当数量的凝汽器换热管堵塞，致使凝汽器冷却能力下降，机组真空下降，严重影响机组的经济性，更重要的是威胁机组的安全运行。

3. 冷却塔喷嘴：我厂冷却塔喷溅装置为反射III型，淋水分散性、均匀性较差，某些区域淋不到水，淋水填料出现盲区。盲区的通风阻力降低，空气流量大于有水区，大量的空气经盲区“短路”而流失，并使塔内气流流场紊乱，导致冷却效果下降，经济性较差。

4. 凝汽器：机组运行时，低温的化学补水没有补入凝汽器喉部并实现雾化，无法与温度较高的排汽在喉部进行热交换，或者说排汽的潜热没有放热给低温的补水，补水也无法吸收排汽的热量而被加热，使得凝结水过冷度和含氧量增加。若凝结水溶解氧过高，除氧器过负荷运行会导致给水溶解氧的含量也会升高，影响锅炉的水质，引起结垢和腐蚀，还有可能通过蒸汽进入汽轮机，造成汽轮机通流部分结垢，影响汽轮机效率和安全运行。

二、 汽轮机冷端系统节能优化方案

1. 循环水泵优化改造

1.1 改造原则

根据现场实际工况核定水泵运行参数，在泵组基础保持不变、电气及控制方式不变、泵出口方位尺寸不变、保留现有电机等前提下，以解决流量偏小的问题，提高真空度降低煤耗为主要目标，同时解决泵组振动超标、提高泵组稳定性，设计新型泵，进行整机改造。

1.2 改造方案

从使用的角度出发，既要考虑泵的运行工况点在高效区范围内，又要最大限度地降低改造成本，因此在选用效率高、高效运行范围宽、汽蚀性能好的水力模型的同时，又采取以下防振措施：

(1)现加厚外筒接管壁厚至14mm，来提高筒体的强度，在外接管上增加筋板，提高筒体的刚性;

(2)在电机座外壁加上六个半圆柱支撑，使筒体刚性得到加强;

(3)在导轴承与外接管内壁增加支撑板，提高转子的稳定性;

(4)筒体结构改为上止口下锥面压实，增加了稳定性和对中性;

(5)现改进导流板结构形式，增加与外接管的支撑，提高机组的稳定性同时更好地利用了泵输送介质的动能，提高效率约2%;

(6)水泵出水弯管采用多节段导流片，通道圆滑流畅、阻力小，弯管内水流速度梯度减小，降低了涡流损失，减小振动，同时也提高了水泵效率;

(7)叶轮加工完成后进行动静平衡试验(按G6.3级进行静平衡试验、按G2.5级进行严格的动平衡试验)，提高了转子的稳定性;

(8)在导叶体外圆增设与外筒体接触的不锈钢衬板，提高机组的稳定性;

(9)在叶轮室和下外接管之间增加防转动装置，使运行更平稳。

(10)采用中国水利电力科学研究院开发的Ns400斜流泵水力模型、先进的CFD理论技术对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统进行精确的分析、采用Solidworks三维设计软件进行产品设计分析计算方法，确保循环水泵在各种运行工况下均在高效区，循环水泵应可以并列或单泵运行，满足各季节、各工况下整个机组的安全﹑经济运行。并联运行工况下，循环水泵的流量偏差限制在5%以内。