2×350MW汽轮发电机组凝汽器改造及应用
2020-11-26
来源:步旅网
华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER 49 2×350 MW汽轮发电机组凝汽器改造及应用 宋秀范 (三河发电有限责任公司,河北三河065201) 摘 要:三河发电有限责任公司在2008年和2009年分别把2台350 MW汽轮发电机组的循环冷却水补水改 为城市中水,同时对两台机组的凝汽器进行了改造,以适应新的冷却介质,并确保机组的安全性和热经济性。 关键词:汽轮发电机组;凝汽器;改造 中图分类号:TK264.1 1 文献标识码:A 文章编号:1003—9171(2011)07—0049-06 Improvement and Application of Condenser of 2×350 MW Units Song Xiu—fan (Sanhe Power Generation Co.Ltd.,Sanhe 065201,China) Abstract:In 2008 and 2009,Sanhe Power Generation Co.,Ltd.replenished respectively recycled cooling make—up water to city reclaimed-water for two 350 MW turbo—generator units,while the condenser of two units was modified to adapt to new cooling medium,and to ensure the safety and thermal economy of the unit. Key words:turbo—generator;condenser;improvement 0 概述 水,原有地下水作为备用水源。 由于中水对铜管存在腐蚀,因此,同时对凝 三河发电有限责任公司一期工程2×350 汽器进行相应的改造。 MW汽轮发电机组,是日本三菱重工高砂制作所 凝汽器的作用是将汽轮机排汽凝结成水,并 生产的TC2F-40.5型亚临界、一次中间再热、单 保证在汽轮机排汽口建立起一定真空度的重要 轴、双缸、双排汽、凝汽式汽轮发电机组。2台机 辅助设备。主要改造部分有:凝汽器端管板、支 组分别于1999年12月、2000年4月投入商业运 撑隔板、换热管、抽空气管路,前水室、后水室端 行。原配套凝汽器为上海动力设备有限公司生 盖衬胶。 产的N-19140型单背压、双流程、单壳体、表面式 凝汽器。该凝汽器冷却水系统采用循环供水冷 1 设备简介 却方式,循环冷却水系统配套2台SPV1500型循 三河发电有限责任公司一期工程2×350 环水泵,以满足机组在不同季节和不同负荷对冷 MW机组凝汽式机组循环水系统采用的带冷却塔 却水量的要求。凝汽器抽空气系统配套2台真 的闭式循环供水系统,每台机组的循环水系统包 空泵,机组正常运行时,1台运行,1台备用。 括一座自然通风冷却塔、2台立式循环水泵,1台 国家环境保护总局在《关于三河电厂二期工 凝汽器(见表1),一套循环水管道,改造前水塔补 程环境影响报告书审查意见的复函》中要求:三 水来自齐心庄水源地,改造后的水塔补水来自城 河发电公司应“对现有工程进一步采取节水措 市中水。 施,减少新鲜水消耗量和地下水开采,待燕郊污 水处理厂扩建完成后一期工程应改为城市中水 2凝汽器改造前后结构对比 为水源,停止使用地下水”。燕郊污水处理厂于 2.1换热管布置对比 2008年完成了扩建工程,同年,三河发电有限责 改造后的凝汽器将原来的端盖在喷砂处理 任公司开始对一期工程的循环冷却水补水进行 衬胶后进行了重复利用,端管板和中间支撑管板 了技术改造,由地下水改为燕郊污水处理厂中 由于换热管的材质和尺寸改变进行了重新加工, 50 华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER No7 .2011 型式 型号 单背压、双流程、单壳体、表面式 N一25000 2 流程数 凝汽器压力/kPa 4.9 25 000 4l 040 1.82 冷却面积/m 循环冷却水量/(【.h ) 冷却水流速/(111・S ) 凝汽器水阻/kPa 清洁系数 0.85 49 0.90 冷却介质 冷却水进口温度/℃ 淡水 20 中水 2I 9 36 l82 9 997 10 083 33 474 FP316L D22×0 5 2 708 TP3l6L D22×0.7 冷却水温升/℃ 冷却管总量/根 管子有效长度/mm 2 管子长度/mm 9 2l 324 9 997 10 083 20 720 4 ㈣ 2 主凝结区冷却管数量/根 主凝结区冷却管材料 主凝结区冷却管规格/mm 海军铜 ,)28.58×1.24 604 70/30 Cu—Nj ,J28.58×1 24 空气抽出区和顶部外围冷却管数量/根 空气抽出区和顶部外围冷却管材料 空气抽出区和顶部外围冷却管规格/mm 制造厂 上海动力设备有限公司 哈尔滨汽轮机厂辅机工程有限公司 端管板由原来的铜一碳钢复合板改为不锈钢.碳钢 复合板,换热管管口由胀接改为焊接,凝汽器改 造前后换热管的布置方式均采用的是向心抽汽 式,如图1所示,图1中的A、B位置为空气抽出 区,改造前后结构基本没有改变,只是由于换热 管的尺寸减小,换热管的布置密度比改造前相对 增大了 中水的pH比较低,显弱酸性,铜管遇显酸性的介 质容易产生化学腐蚀同时也加快了电腐蚀的速 度,所以改造后凝汽器换热管的材质由原来的铜 管换成了耐酸性强的TP316L不锈钢管,TP316L 不锈钢管的换热系统比铜管低,强度大于铜管, 根据强度和换热要求,换热管的管壁厚度比铜管 小,但是不锈钢硬度比铜大且管壁薄,不锈钢管 不易胀接,因此改造后的凝汽器的换热管管口为 焊接连接方式,这样能保证管口的严密性,能确 保凝结水的水质。 2.3凝汽器外形尺寸和重量对比 改造后的凝汽器没有更换凝汽器的外壳,只 是将接触循环水的部分(端盖)进行了衬胶处理, 汽侧外壳没有变更,因此改造前后的凝汽器外形 尺寸没有发生变化。 凝汽器改造前后,换热管的材质、管壁厚度 和总数量都有所改变,端管板的材质也有部分变 化。由于换热管的材质、壁厚和管子总数的变化 引起的重量差是很大的,改造前的换热铜管总的 图1 换热管的布置方式 重量约为3.14×[(0.028 58/2) 一(0.026 1/ 2)。]×10.083×21 324×8.92约为212 t;改造后 2.2换热管管口连接方式对b匕 因循环水补水由地下水改为城市中水,城市 的换热钢管总的重量约为3.14 X[(0.022/2) 一 华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER 51 (0.021/2) ]×10.077×36 182×7.8约为102 t。 外壳没有更换,改造前后的凝汽器重量变化主要 是换热管的重量发生了变化,也就是说,凝汽器 在改造后总重量比改造前降低了100 t左右。 2.4凝汽器改造前、后设计性能对比 在凝汽器改造前,没有进行性能试验。因 此,只能对改造前、后的设计性能进行对比。 表2为2号机组凝汽器改造前、后设计性能对比 结果。 表2凝汽器改造前、后设计性能对比 相对于改造前 硼名称 由表2看出,在保持凝汽器冷却水流量不变 的条件下,为保证改造后的凝汽器在冷却水设计 温度升高1 c【=时,凝汽器压力维持改造前的设计 水平(4.9 kPa),改造后的凝汽器冷却面积相应 增加30.61%。 3 凝汽器改造后的运行性能与试验数据 3.1 凝汽器总重减轻对机组运行的影响 三河发电有限责任公司一期工程的2台机 组的凝汽器的支撑方式设计为固定支撑方式,即 凝汽器直接坐落在固定支座上,也就是说,这种 支撑方式不会因为凝汽器的重量发生变化而使 凝汽器的几何中心位置发生变化,这样就不会对 低压缸产生额外的作用力,因此不会引起汽轮发 电机的轴系振动发生变化。改造后,机组正常运 行后,也证实了这一点。 3.2 冷却介质变化后对凝汽器换热管的影响 凝汽器冷却水补水改为城市中水后,冷却水 的硬度和pH都相对降低了,因此,机组在运行期 间,换热管内壁结垢的机率降低了,减少了因换 热管壁结垢对换热效果的影响,与改造前比较相 应的提高了凝汽器运行中的换热效率。 3.3凝汽器改造后的性能指标 (1)试验目的:凝汽器改造后,为了考核改 造后的凝汽器性能,三河发电有限责任公司委托 西安热工研究院有限公司汽轮机及热力系统技 术部,依据JB/T 3344一l993《凝汽器性能试验规 程》和Standards for steam surface condensers,tenth edition,Heat Exchange Institute(HEI)2006(美国 传热学会标准),于2009年7月8日至9日对三 河发电有限责任公司2号机组凝汽器进行了改 造后性能试验。 (2)试验计算原理及公式 (a)对数平均温差 ~ t2-t ̄ At ( )h( ) 式中t ——凝汽器压力下的饱和蒸汽温 度,cI=; t ——冷却水进口温度,cI=; t,——冷却水出口温度,℃; △f——冷却水温升,oC; ——凝汽器传热端差,℃; LMTD——对数平均温差,oC。 (b)凝汽器试验热负荷 Q=W×c。×(t2一t1) 式中Q——凝汽器热负荷,W; c ——冷却水平均温度下的比热容,J/(kg ・K); ——冷却水流量,kg/s。 (C)凝汽器总体传热系数KT的计算公式 = 式中 ——试验总体传热系数,W/(m ・K); ——凝汽器面积,m 。 (d)美国传热学会(HEI)标准中的总体传热 系数K的计算公式 K=K0/3t8 8c K0=c × 式中 ——基本传热系数,w/(m ・K); 卢 ——冷却水进口温度修正系数,根据冷 却水进口温度查图2; 卢 ——冷却管管材和壁厚修正系数,根据 管材和壁厚查图3; 卢 ——凝汽器清洁系数; c.——系数,根据冷却管外径查表7; ——冷却管管内平均流速,m/s。 52 华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER (e)冷却管外径系数c 冷却管外径系数c.见表3。 表3冷却管外径系数c d2/mm 16一l9 22~25 运行条件下,2号机组凝汽器冷却水流量为 23 046 m /h,凝汽器A侧水阻为24.83 kPa,凝汽 器B侧水阻为21.11 kPa。 c1 2 623 2 582 l 2 747 2 705 d2/ram 35~38 41~45 (c)凝汽器传热性能试验数据和计算结果 2号机组凝汽器传热性能试验数据和计算结 果见表6。 28~32 2 664 48~5l 2 541 由表6看出:2号机组在350 MW工况下,在 (3)主要试验结果 由于2号机组先于1号机组改造,2009年7 月改造后2号机组凝汽器运行了近一年的时间, 因此当时只对2号机组进行了试验,以下是2号 凝汽器冷却水进口温度33.352℃、冷却水流量 40 625 m /h条件下,凝汽器热负荷为1 633 198 , MJ/h、凝汽器传热端差为3.328℃、凝汽器总体 传热系数为2.556 kW/(m ・K)。机组280 MW 机组的主要试验结果。 工况下,在凝汽器冷却水进口温度29.547 oI=、冷 却水流量39 942 m /h条件下,凝汽器热负荷为 l 278 354 MJ/h、凝汽器传热端差为3.055℃、凝 汽器总体传热系数为2.323 kW/(m ・K)。 (d)凝结水过冷度试验数据和计算结果 2号机组凝结水过冷度试验数据和计算结果 见表7。由表7看出:在2号机组不同负荷T况 下,凝结水过冷度为0.188~0.363℃,凝结水过 冷度合格。 (a)真空严密性试验数据和计算结果 在2号机组负荷为350 MW时,进行了真空 严密性试验,真空严密性试验数据及结果见表4。 由表4看出,2号机组的真空下降率为355 Pa/min(标准为400 Pa/min),真空严密性合格。 机组在实际运行时,负荷率在80%以上的情况 下,其真空下降率:1号机组为182 Pa/min,2号 机组为156 Pa/min。 (b)凝汽器冷却水流量及水阻试验数据和 计算结果 4凝汽器改造后应用效果 4.1凝汽器压力 4 2号机组凝汽器冷却水流量及水阻试验数据 和计算结果见表5。由表5看出:在2l、22循环 在机组350 MW工况下的试验结果修正到冷 却水流量41 040 t/h、进水温度21℃、凝汽器热 负荷1 547 500 MJ/h和清洁系数0.900条件下, 凝汽器压力为4.867 kPa,达到并优于设计保证 6 水泵并联运行条件下,2号机组凝汽器冷却水流 量为40 625 m /h,凝汽器A侧水阻为58.44 kPa, 凝汽器B侧水阻为56.74 kPa。在21循环水泵 表4真空严密性试验数据及结果 项目名称 时间/rain 内容 凝汽器A侧压力/kPa 凝汽器B侧压力/kPa A侧真空下降率/(Pa-rain B侧真空下降牢/(Pa・rain 平均真空下降率/(Pa・rain l1.59l 11.523 353 357 355 12.258 l2 22 表5 凝结器冷却水流量及水阻 项目 工况1 工况2 项目 工况1 工况2 试验日期 试验开始时间 试验结束时间 循环水泵运行方式 冷却水流量/(m ・h )凝汽器A侧冷却水进口压力/kPa 2009_07-08 lO:0O 11:00 两泵并联 40 625 187.37 2009 7_o9 02:l5 02:45 21泵 23 046 157.91 凝汽器A侧冷却水出口压力/kPa 凝汽器B侧冷却水出口压力/kPa A侧进出水压力高差/kPa B侧进出水压力高差/kPa 凝汽器A侧水阻/kPa 凝汽器B侧水阻/kPa 128.93 l3O.49 0 0.8O 58.44 56.74 133 08 137.22 0 0.80 24.83 21 11 凝汽器B侧冷却水进口压力/kPa 186.44 157.53 No.7 2011 华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER 53 试验日期 试验开始时间 2009-07-08 10:O0 11:00 350.1 40 625 45.991 2009-07-08 22:30 23:30 284.9 39 942 40.011 7.491 40.293 0.282 2009-07-(3l9 01:30 02:O0 21O.2 2009-07-09 02:15 试验结束时间 机组负荷/MW 冷却水流量/(m ・h ) 热井凝结水温度/℃ 凝汽器压力/kPa 02:45 21O.1 23 046 40.148 7.517 39 942 37.095 6.37l 37.283 O.188 l0.269 46.354 0.363 凝汽器压力下饱和温度/℃ 凝结水过冷度/oC 40.359 0.2l1 值(4.90 kPa)。 在机组350 MW工况下的试验结果修正到冷 值(11.80 kPa)。 4.2凝结水溶解氧浓度 却水流量41 040 t/h、进水温度35℃、凝汽器热 负荷1 547 500 MJ/h和清洁系数0.900条件下, 凝汽器压力为10.105 kPa,达到并优于设计保证 机组在不同负荷工况下,凝结水溶解氧浓度 为15.76 X 10~一20.88×10一,凝结水溶解氧浓 度达到设计水平(40 X 10 )。 54 华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC P0WER 4.3凝结水过冷度 改造每年获得2 000多万的收益。 5.2环境效益 机组在不同负荷工况下,凝结水过冷度为0.188 ~0.363℃,凝结水过冷度达到设计水平(≤0.5℃)。 从凝汽器改造后现场的实际应用情况看:2 (1)凝汽器改造后,循环水改为中水后,减 少了地下水的开采量,有效的保护了水资源。 (2)一期工程设计满负荷运行为5 500 h/a, 年利用小时按满负荷的90%计算,年运行约 5 000 h,年中水用量约为832×104 t、中水水质 台机组凝汽器改造后,由于对凝汽器管子规格及 排列方式进行了优化设计、更换了管板及换热 管、增加冷却面积。在机组350 MW工况下的试 验结果修正到设计条件(冷却水流量41 040 t/h、 进水温度21℃、凝汽器热负荷1 547 500 MJ/h和 清洁系数0.900)下,凝汽器压力达到并优于改造 设计保证值。 COD为120 mg/L,使用中水后每年可消减污水处 理厂COD的排放量约489.2 t。 5.3社会效益 此次改造是为了使用城市中水,符合国家产 业政策,改造完成后,每年节约大量宝贵的地下 水资源,造福于子孙。同时利用中水也利于三河 发电公司的可持续发展,实现了公司建设成为绿 5凝汽器改造后的效益 5.1经济效益 在凝汽器改造完成后一期循环水补水由地 下水改为城市中水,年节约地下水900~1 000万 t,按设计年地下水与中水差价2.5元/t计算,年 节约地下水资源费2 250~2 500万元,4~5年就 色环保示范电站的目标。 收稿日期:2011-02.11 作者简介:宋秀范(1963一),女,工程师,汽机点检员,1993年毕 业东北电力学院。 (本文编辑 刘生仁) 宣妊, ;}・§ , ・自 r, 妇・:§ r, ‘窖・9 ,,9;}—:》 ,§ 、§ ,9k・§k,§; ・ r,§ , r・业・§ k 能收回投资10 392万元的成本,5年后既能由于 、 —童 , ;e,—9‘}’9 ,,9 s ∈ 9、 , } 9 ・§ ・ ・妊,§ r・9 , , r’ , r窖 -:gtr、 ∈业(上接第38页) 政府、企业和社会各界的共同努力和协调配合, 在社会上形成大力发展非化石能源的广泛共识 [3]国家电网公司.国家电网公司促进清洁能源发展研究 [R].2010,4. [4]国网能源研究院.关于2020年我国非化石能源占一 次能源消费比重达到15%的初步研究[R].2010,5. 和舆论氛围,形成合力,推动非化石能源大发展, 努力实现15%目标。 参考文献 [1]国家能源局.中国能源发展报告2010[M].北京:经济 科学出版社,2010. [5]李冶.非化石能源技术短板与装备制造业空心化之痛 [J].电气时代,2009(12). [6]史立山.我国可再生能源发展对策[J].中外能源, 2010,15(3). 收稿日期:2011-05.20 作者简介:丛威(1983一),男,经济学博士,主要研究领域为能源 [2]国家能源局.科学发展的2030年——国家能源战略 研究报告(征求意见稿,B版)[R].2009,4. ’ ’ 技术经济和能源市场问题,多年从事能源政策研究工作。 (本文编辑 卢晓华) 妊’§妇 ’§ ’9 ’§ ’§ ’9 ’ ’’9 ’ ’9 ,’ ’ ’9 盥’§妊’ r ,§ ’ :’ 夸 ’ 9’ ’9 ’9 ’ 9’ ’9 r’9 ’9 ’9 ’ ’ ’s’ ’ ’ ’ 瞄 ’ 、§ ’9啦 ・电力科技信息・ 国家电网公司将进一步加强风电并网管理 国家电网公司在京召开加强风电并网管理座谈会,进一步总结风机大规模脱网事故的经验教训,落实加强风电并 网管理的措施。据国家电力调度通信中心统计,今年以来,公司经营区域内发生35起风机脱网事故,累计有3 800多台 风机脱网,给电网安全稳定运行和可靠供电造成严重影响。公司及时开展事故风电场整改工作,制定了风电并网运行 反事故措施,完善r《风电场电气系统典型设计》编制工作。 风机脱网事件频发,是近年来我国风电持续高速发展积累问题的集中爆发。公司将依法依规,实现风电规划、消 纳、设计、建设、检测、运行全过程严格管理。加强风电发展统一规划,实现协调发展;完善并网技术标准体系,规范并网 技术要求;加强风电场建设管理,严格质量监督和检查验收;加强调度运行管理,保障场网安全稳定运行。公司还将推 动风机技术性能提升,加强接入系统前期管理和并网检测管理,加快风电信息平台建设,加强风电消纳市场研究。 风电场业主及风机制造商代表表示,将全力配合加强电网友好型风电场建设和风电机组技术水平提升。国家能源 局、电监会、国务院研究室、中电联等政府部门、行业协会、研究机构,公司总部相关部门、网省公司,发电企业、设备制造 商代表参加会议。 本刊编辑部供稿