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330MW亞臨界燃煤供熱機(jī)組的綜合節(jié)能改造
發(fā)布日期：2016-04-19 來(lái)源：《上海設(shè)備管理》
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電廠“以大代小”改造工程的1#機(jī)組為330MW亞臨界燃煤供熱機(jī)組，三大主機(jī)均為上海電氣電站集團(tuán)產(chǎn)品。其中：鍋爐為四角切圓燃燒亞臨界控制循環(huán)汽包爐，型號(hào)SG-1125/17.5-M737；汽輪機(jī)為330MW級(jí)引進(jìn)型凝抽式汽輪機(jī)（產(chǎn)品代號(hào)K156），型號(hào)為C330/310-16.7/0.981/538/538，設(shè)計(jì)額定供熱能力120t/h、最大供熱能力350t/h；發(fā)電機(jī)為水氫氫冷汽輪發(fā)電機(jī)，型號(hào)為QFSN-315-2。
機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，經(jīng)濟(jì)性一直不甚理想。為了找出影響經(jīng)濟(jì)性的主要原因，電廠進(jìn)行了多次熱力性能摸底試驗(yàn)，逐步搞清了癥結(jié)所在，并針對(duì)性地采用多種節(jié)能手段進(jìn)行綜合改造。
一、機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的影響因素分析
1、汽輪機(jī)高壓缸效率偏低
按調(diào)速汽門開(kāi)度的5種不同工況所得試驗(yàn)結(jié)果，高壓缸的效率除VWO工況下為83.95%外，其余均在82.29%～82.84%之間。
2、高中壓缸間過(guò)橋漏汽量大
采用變溫度試驗(yàn)方法，經(jīng)計(jì)算得到漏汽量為2.61%（設(shè)計(jì)值為0.93%），相當(dāng)于設(shè)計(jì)值的2.81 倍。
3、熱力系統(tǒng)閥門泄漏嚴(yán)重
從表1數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)嚴(yán)格隔離工況的修正后熱耗為7939.76 kJ/kWh，而系統(tǒng)未隔離工況的修正后熱耗為8017.47 kJ/kWh，可見(jiàn)系統(tǒng)隔離前后機(jī)組的熱耗相差77.72kJ/kWh。
從表1的數(shù)據(jù)中還可以看出：功率相差1.9MW、主蒸汽流量相差20.78t/h（對(duì)應(yīng)凝汽流量相差10.4t/h），汽輪機(jī)排汽壓力卻變化了0.21kPa。按制造廠提供的修正曲線，相同主蒸汽流量下，背壓7.18kPa 時(shí)的功率約為323.946MW， 實(shí)際卻只有320.04MW。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明兩個(gè)問(wèn)題，一是熱力系統(tǒng)閥門泄漏量較大，二是汽輪機(jī)缸效較差。
實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)行人員出于機(jī)組安全的考慮，將所設(shè)置的隔離手動(dòng)閥均開(kāi)啟。但由于手動(dòng)閥前的電動(dòng)/氣動(dòng)閥泄漏，導(dǎo)致機(jī)組的性能受到閥門泄漏的影響，煤耗受此影響下降約1%。其中閥門泄漏較為嚴(yán)重的是2號(hào)高加事故疏水閥泄漏，高旁和高旁減溫水泄漏，低旁泄漏、主蒸汽管疏水氣動(dòng)閥門、熱再蒸汽管疏水氣動(dòng)閥門、高壓缸疏水氣動(dòng)閥門等。
4、汽輪機(jī)低壓缸排汽阻力大
凝汽器內(nèi)部的支撐結(jié)構(gòu)為正交性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單可靠，但是有大量的結(jié)構(gòu)件處于低壓缸排汽流道之中，對(duì)氣流干擾嚴(yán)重，型阻頗大。
5、凝汽器端差偏大
由于電廠采用開(kāi)式循環(huán)的冷卻方式，且取水口位于河道凹岸，河流中的泥沙與各種漂浮物被大量吸入，造成凝汽器換熱管內(nèi)壁上沉積大量的淤泥及微生物，嚴(yán)重影響傳熱效果，造成端差偏大。凝汽器的端差與前一年的數(shù)值相比有明顯的升高，說(shuō)明對(duì)凝汽器臟污程度較高。A側(cè)循環(huán)水的溫升明顯高于B側(cè)，說(shuō)明B側(cè)凝汽器的污臟程度更嚴(yán)重。
過(guò)冷度數(shù)值在低負(fù)荷供熱時(shí)增加，也表明了熱力系統(tǒng)閥門存在明顯泄漏，有大量高溫介質(zhì)流入凝汽器，進(jìn)一步影響換熱效果。
6、水環(huán)式真空泵抽吸不凝性氣體的能力較低
水環(huán)式真空泵密封液的冷卻介質(zhì)為閉式水，試驗(yàn)在冬季進(jìn)行，當(dāng)時(shí)閉式水溫度大約21～22℃。正常情況下，密封液的板式冷卻器的端差應(yīng)當(dāng)在1～2℃，那么密封液的溫度應(yīng)為22～24℃，此時(shí)水環(huán)式真空泵的吸入口壓力大約是3.0 kPa(a)，然而低負(fù)荷時(shí)機(jī)組背壓最低也有4.65 kPa(a)。機(jī)組當(dāng)時(shí)的真空嚴(yán)密性為80 Pa/min，進(jìn)入凝汽器的不凝性氣體的量很小。假如密封液的板式冷卻器冷卻能力正常，則不存在因真空泵抽吸能力不足導(dǎo)致機(jī)組背壓升高的可能。所以問(wèn)題在于板式冷卻器冷卻能力不足，使得密封液溫度偏高，致使真空泵抽吸能力不足而影響機(jī)組背壓。
7、鍋爐空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率偏大
上海鍋爐廠空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率的設(shè)計(jì)值為5.5%，從表2可見(jiàn)，空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率明顯超過(guò)設(shè)計(jì)值，表明密封間隙過(guò)大。
8、鍋爐煙氣余熱未被利用
根據(jù)投產(chǎn)以來(lái)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，每年5～10月電除塵器出口的煙溫均超過(guò)130℃，冬季最冷月份時(shí)的煙溫也不會(huì)低于115℃。
機(jī)組采用濕式石灰石－石膏煙氣脫硫工藝，未設(shè)置GGH裝置， 電除塵器出口煙氣溫度約120～130℃，煙氣送入吸收塔，進(jìn)行脫硫處理。這種工藝流程雖省去了GGH，但帶來(lái)幾方面的問(wèn)題：（1）使未經(jīng)處理的煙氣溫度從120～130℃降至約80℃，這部分煙氣余熱未被利用而白白損失；（2）為滿足脫硫工藝對(duì)煙氣溫度（約80℃）的要求，在吸收塔內(nèi)需通過(guò)大量噴水進(jìn)行冷卻，以使煙氣溫度從吸收塔進(jìn)口的約120～130℃降至脫硫需要的工作溫度（約80℃）；這將使吸收塔內(nèi)蒸發(fā)的水量增加約20%，進(jìn)而導(dǎo)致脫硫裝置的耗水量增大；（3）這些水在吸收塔內(nèi)蒸發(fā)成飽和蒸汽隨煙氣一起由煙囪排出，增加了從煙囪排出的煙氣－蒸汽混合物的體積（增加約3%）及相應(yīng)的流動(dòng)阻力，使增壓風(fēng)機(jī)的功耗增大。
9、循環(huán)水泵與鍋爐引風(fēng)機(jī)電耗偏大
主要原因有以下2點(diǎn)：
（1）循環(huán)水泵在基建時(shí)就配置了雙速電動(dòng)機(jī)，雖然投產(chǎn)后按季節(jié)不同、循環(huán)水溫高低，分別采用高速或低速運(yùn)行方式，但由于缺少依據(jù)，往往僅憑經(jīng)驗(yàn)對(duì)循泵方式進(jìn)行調(diào)度，非常粗放，不能充分發(fā)揮節(jié)能潛力。
（2）引風(fēng)機(jī)為靜葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)，其調(diào)節(jié)范圍與效率均不如動(dòng)葉可調(diào)式軸流風(fēng)機(jī)，加之配用2000kW 電動(dòng)機(jī)，富裕容量過(guò)大，故電耗率偏高。
二、改造措施與效果
1、“汽輪機(jī)高壓缸效率偏低”與“高中壓缸間過(guò)橋汽封漏汽量大”的解決方案
從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，高中壓缸的各壓力監(jiān)視段的壓力比尚處于正常范圍，故通流部分無(wú)嚴(yán)重問(wèn)題，高壓缸效低及過(guò)橋汽封漏氣量大應(yīng)該是安裝時(shí)汽封間隙過(guò)大所致。據(jù)此，我們采用組合措施來(lái)解決：拔除調(diào)節(jié)級(jí)與高壓缸的全部死汽封，重新鑲嵌，并將調(diào)節(jié)級(jí)汽封間隙調(diào)整到0.90 mm、高壓缸汽封間隙調(diào)整到0.55 mm；將傳統(tǒng)的過(guò)橋汽封與中壓缸隔板汽封改造為布萊登汽封，并將工作間隙做到0.35 mm；將中壓缸圍帶汽封的材料更換為鐵素體，并將間隙調(diào)整到0.55～0.60 mm；將低壓缸前6級(jí)的隔板汽封與第六級(jí)圍帶汽封及所有軸封改造為蜂窩汽封。上述措施實(shí)施后，取得良好效果。見(jiàn)表3。
采用布萊登汽封后，汽輪機(jī)高中壓缸間過(guò)橋漏汽量為1.34%（設(shè)計(jì)值為0.96%），相當(dāng)于設(shè)計(jì)值的1.40 倍，降低了近1/2。
2、解體檢修，治理熱力系統(tǒng)閥門泄漏嚴(yán)重的問(wèn)題
解體高旁時(shí)發(fā)現(xiàn)閥座上鑲嵌的硬質(zhì)合金被嚴(yán)重吹損，重新堆焊后研磨接觸線。機(jī)組運(yùn)行后，高旁閥后溫度由修前的450℃降低到218℃，嚴(yán)密性良好。對(duì)低旁、2號(hào)高加事故疏水調(diào)節(jié)閥也采用同樣的方法進(jìn)行修理，效果良好。修后，低旁閥后溫度降到約70℃，2號(hào)高加事故疏水調(diào)節(jié)閥的閥后溫度基本與凝汽器溫度持平。
此外，電廠利用調(diào)停或檢修機(jī)會(huì)，更換了一批品質(zhì)低劣的高/中溫疏水閥，大幅度地減少了高溫工質(zhì)的泄漏。目前，各個(gè)疏水集管的溫度均低于50℃。
3、對(duì)汽輪機(jī)低壓缸排汽通道進(jìn)行優(yōu)化，降低排汽阻力
電廠經(jīng)過(guò)充分調(diào)研，決定采用西安協(xié)力動(dòng)力科技有限公司的流場(chǎng)優(yōu)化方案。
此方案的最大優(yōu)點(diǎn)是，在不降低凝汽器外殼剛度的前提下，優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)并采用低流阻的結(jié)構(gòu)支撐件，降低了排汽流道的整體阻力，且基本不受排汽流量變化的影響，同時(shí)可減輕凝汽器整體重量。改造后，通過(guò)相近參數(shù)條件下對(duì)比，凝汽器真空提高約0.28～0.32 kPa。
4、清洗凝汽器，降低端差
電廠采取停機(jī)或不停機(jī)帶負(fù)荷清洗凝汽器的方式，及時(shí)清除影響傳熱效果的淤泥，提高凝汽器清潔度，降低端差。一般情況下，每清洗一次，可提高機(jī)組真空0.8～1.2 kPa。同時(shí)，電廠還在積極尋找提高膠球清洗裝置效率的改造方法，力爭(zhēng)不采用帶負(fù)荷清洗凝汽器的方法。因?yàn)檫@種方法既影響機(jī)組安全運(yùn)行，又違背職業(yè)健康的要求。
5、改造密封液冷卻器，降低水環(huán)式真空泵密封液溫度，提升抽吸不凝性氣體的能力
冷卻器內(nèi)部污臟、冷卻水量不足、換熱面積不足等原因，均可導(dǎo)致板式冷卻器冷卻能力不足。經(jīng)檢查，排除了冷卻器內(nèi)部污臟、冷卻水量不足方面的原因，故可以確定主要原因在于換熱面積不足。
解決冷卻面積不足的方法有這幾種，一是在原板式冷卻器上增加換熱單元（即擴(kuò)容），二是再并聯(lián)一組冷卻器，三是既擴(kuò)容又再并聯(lián)一組冷卻器。在考察現(xiàn)場(chǎng)安裝條件后，電廠決定采用第三種方法。改造后，密封液溫度降低了0.9～1.0℃。
6、采用柔性接觸式密封系統(tǒng)減小鍋爐空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率
傳統(tǒng)空預(yù)器密封技術(shù)采用剛性有間隙密封技術(shù)，在動(dòng)靜間保持一個(gè)最小間隙，達(dá)到漏風(fēng)最小。由于空氣預(yù)熱器會(huì)產(chǎn)生蘑菇狀變形，而且這種變形隨負(fù)荷、環(huán)境溫度不斷發(fā)生變化，使得我們?cè)谡{(diào)整時(shí)很難達(dá)到一個(gè)最佳的動(dòng)靜之間的間隙值。
經(jīng)過(guò)調(diào)研，電廠發(fā)現(xiàn)柔性接觸式密封系統(tǒng)能控制并減少漏風(fēng)，其密封系統(tǒng)是根據(jù)空氣預(yù)熱器轉(zhuǎn)子受熱變形而設(shè)計(jì)的，它包括徑向密封、軸向密封、旁路密封以及靜密封等。工作原理：將扇形板固定在某一合理位置，柔性接觸式密封系統(tǒng)安裝在徑向轉(zhuǎn)子格倉(cāng)板上，在未進(jìn)入扇形板時(shí)，柔性接觸式密封滑塊高出扇形板5～10 mm 。當(dāng)柔性接觸式密封滑塊運(yùn)動(dòng)到扇形板下面時(shí)，合頁(yè)式彈簧發(fā)生形變。密封滑塊與扇形板柔性接觸，形成嚴(yán)密無(wú)間隙的密封系統(tǒng)。當(dāng)該密封滑塊離開(kāi)扇形板后，合頁(yè)式彈簧將密封滑塊自動(dòng)彈起，以此循環(huán)進(jìn)行。改造后，漏風(fēng)率明顯降低。
7、加裝低溫省煤器，利用鍋爐排煙余熱加熱凝結(jié)水
綜合機(jī)組的系統(tǒng)特點(diǎn)和布置情況，電廠采用的方案是：低溫省煤器分段布置在吸收塔入口和電除塵器進(jìn)口；對(duì)于第一級(jí)煙氣熱量回收裝置出口煙氣溫度高于煙氣的酸露點(diǎn)溫度，避免其下游設(shè)備的腐蝕；第二級(jí)煙氣熱量回收裝置布置在脫硫吸收塔入口。
此方案具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)：首先，不需要對(duì)電除塵器、引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行特殊的防腐處理；其次，盡量多的回收了煙氣余熱；再次，除塵器也由于第一級(jí)換熱器的設(shè)置而使其除塵效率提高；最后，進(jìn)入引風(fēng)機(jī)和增壓風(fēng)機(jī)的體積流量下降，從而降低了廠用電。
8、降低循環(huán)水泵與鍋爐引風(fēng)機(jī)電耗偏大的措施
為更加有效合理地調(diào)度循環(huán)水泵的運(yùn)行，達(dá)到冷端最優(yōu)化的目的，電廠與某電力科技公司合作開(kāi)發(fā)了一套“冷端優(yōu)化系統(tǒng)”。該系統(tǒng)綜合考慮了循環(huán)水溫度、負(fù)荷、標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)、上網(wǎng)電價(jià)、凝汽器清潔程度、真空泵抽吸不凝性氣體能力等諸多因素，通過(guò)建立經(jīng)合理簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型，給出不同循環(huán)水泵方式下的供電煤耗、經(jīng)濟(jì)收益的預(yù)測(cè)結(jié)果，并提出最優(yōu)的運(yùn)行方式。運(yùn)用這套系統(tǒng)，電廠可按最優(yōu)方式調(diào)度循環(huán)水泵，節(jié)電效果顯著。
同時(shí)，電廠還對(duì)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行了變頻改造，并配以合理的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式，取得良好的效果。措施實(shí)施前后電耗率的對(duì)比見(jiàn)表4。
三、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)采取有針對(duì)性的多種節(jié)能手段進(jìn)行綜合改造，電廠的經(jīng)濟(jì)性得到了明顯提高，但還有一定的節(jié)能潛力尚待挖掘，需要繼續(xù)努力。同時(shí)，必須充分調(diào)動(dòng)運(yùn)行人員的主觀能動(dòng)性，從點(diǎn)滴細(xì)微之處入手，進(jìn)一步提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。
作者:張堅(jiān)明 莫杰 上海電力股份有限公司吳涇熱電廠
