汽輪機冷端系統(tǒng)是火電機組的重要組成部分，如何實現(xiàn)汽輪機冷端系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化，對提高火電機組運行的經(jīng)濟性提高具有十分重要的意義。針對汽輪機冷端系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化分析問題，從汽輪機冷端系統(tǒng)主要設備出發(fā)，重點對循環(huán)水泵提出改造，提高循環(huán)水流量，解決循環(huán)水流量較設計值小的問題，提高機組真空;同時對凝汽器及冷卻塔等冷端設備分別提出優(yōu)化改造，以提高冷端設備的效率及出力，降低循環(huán)水溫度,提高機組真空，保證汽輪發(fā)電機組安全經(jīng)濟運行。

前言

隨著電力市場競爭機制的進一步發(fā)展，降低發(fā)電成本、提高機組運行經(jīng)濟性已成為發(fā)電企業(yè)的當務之急。目前、國內(nèi)外機組運行中的突出問題是冷端系統(tǒng)運行狀況不好，嚴重影響了機組運行的經(jīng)濟性。特別是冷卻塔出力不足、循環(huán)水泵流量小、效率低，凝結水過冷度和含氧量過高，凝汽器漏空氣和冷卻水管結垢等嚴重影響了機組真空。因此，降低機組供電煤耗、冷端系統(tǒng)的節(jié)能診斷和優(yōu)化已成為電廠節(jié)能的關鍵環(huán)節(jié)。

冷端設備性能最重要的指標有兩個：一是凝汽器的真空，另一個指標是循環(huán)水泵電耗。另外從熱力系統(tǒng)角度考慮凝結水過冷度也是一個重要經(jīng)濟性指標。凝汽器本身是個換熱器，評價其性能優(yōu)劣最重要指標是凝汽器端差。要想獲得最佳真空，主要措施是降低循環(huán)水溫度和降低凝汽器端差。對于循環(huán)水泵電耗，主要是考慮循環(huán)水泵經(jīng)濟調(diào)度運行及泵組效率。

本文針對汽輪機冷端優(yōu)化分析問題，從凝汽器、循環(huán)水泵及冷卻塔等冷端設備整體出發(fā)，采用多種方法同步進行。提出了對循環(huán)水泵進行改造，以提高流量及效率，降低電耗;對冷卻塔填料及噴嘴換型改造，增大淋水面積，降低循環(huán)水溫度，以提高冷卻塔工作效率;對凝汽器換熱管進行高壓水沖洗，并在凝汽器補水加裝噴嘴霧化裝置，以改善凝汽器工況，提高機組真空。優(yōu)化改造后，機組經(jīng)濟性明顯提高，為機組節(jié)能減耗奠定了良好的基礎。

一、 汽輪機冷端優(yōu)化的必要性

汽輪機冷端系統(tǒng)是由汽輪機低壓缸的末機組、凝汽器、冷卻塔、循環(huán)水泵、循環(huán)供水系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。由于循環(huán)水水質(zhì)較差，長時間運行，造成了冷端設備故障多發(fā)，設備出力下降，機組真空降低等問題。

1. 循環(huán)水泵組：我廠單臺機組共配置兩臺循環(huán)水泵，一臺雙速泵，一臺高速泵，均采用立式斜流泵結構。2009年6月投入運行至今，由于泵組設計參數(shù)與現(xiàn)場管路不匹配，循環(huán)泵在不同運行方式下循環(huán)水流量均低于設計值，泵組偏離設計工況點較遠運行。由于泵組性能未達到設計要求，導致凝汽器真空偏低，影響電廠的經(jīng)濟運行。多臺循環(huán)水泵在工作中均出現(xiàn)嚴重的振動情況，已威脅到電廠機組運行的可靠性。

2. 冷卻塔填料： 冷卻塔填料在長時間運行中，會大面積出現(xiàn)老化、脫落等現(xiàn)象。機組運行當中，由于循環(huán)水水流下降的作用力，導致填料大面積破碎，掉入循環(huán)水系統(tǒng)，填料碎片將相當數(shù)量的凝汽器換熱管堵塞，致使凝汽器冷卻能力下降，機組真空下降，嚴重影響機組的經(jīng)濟性，更重要的是威脅機組的安全運行。

3. 冷卻塔噴嘴：我廠冷卻塔噴濺裝置為反射III型，淋水分散性、均勻性較差，某些區(qū)域淋不到水，淋水填料出現(xiàn)盲區(qū)。盲區(qū)的通風阻力降低，空氣流量大于有水區(qū)，大量的空氣經(jīng)盲區(qū)“短路”而流失，并使塔內(nèi)氣流流場紊亂，導致冷卻效果下降，經(jīng)濟性較差。

4. 凝汽器：機組運行時，低溫的化學補水沒有補入凝汽器喉部并實現(xiàn)霧化，無法與溫度較高的排汽在喉部進行熱交換，或者說排汽的潛熱沒有放熱給低溫的補水，補水也無法吸收排汽的熱量而被加熱，使得凝結水過冷度和含氧量增加。若凝結水溶解氧過高，除氧器過負荷運行會導致給水溶解氧的含量也會升高，影響鍋爐的水質(zhì)，引起結垢和腐蝕，還有可能通過蒸汽進入汽輪機，造成汽輪機通流部分結垢，影響汽輪機效率和安全運行。

二、 汽輪機冷端系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化方案

1. 循環(huán)水泵優(yōu)化改造

1.1 改造原則

根據(jù)現(xiàn)場實際工況核定水泵運行參數(shù)，在泵組基礎保持不變、電氣及控制方式不變、泵出口方位尺寸不變、保留現(xiàn)有電機等前提下，以解決流量偏小的問題，提高真空度降低煤耗為主要目標，同時解決泵組振動超標、提高泵組穩(wěn)定性，設計新型泵，進行整機改造。

1.2 改造方案

從使用的角度出發(fā)，既要考慮泵的運行工況點在高效區(qū)范圍內(nèi)，又要最大限度地降低改造成本，因此在選用效率高、高效運行范圍寬、汽蝕性能好的水力模型的同時，又采取以下防振措施：

(1)現(xiàn)加厚外筒接管壁厚至14mm，來提高筒體的強度，在外接管上增加筋板，提高筒體的剛性;

(2)在電機座外壁加上六個半圓柱支撐，使筒體剛性得到加強;

(3)在導軸承與外接管內(nèi)壁增加支撐板，提高轉子的穩(wěn)定性;

(4)筒體結構改為上止口下錐面壓實，增加了穩(wěn)定性和對中性;

(5)現(xiàn)改進導流板結構形式，增加與外接管的支撐，提高機組的穩(wěn)定性同時更好地利用了泵輸送介質(zhì)的動能，提高效率約2%;

(6)水泵出水彎管采用多節(jié)段導流片，通道圓滑流暢、阻力小，彎管內(nèi)水流速度梯度減小，降低了渦流損失，減小振動，同時也提高了水泵效率;

(7)葉輪加工完成后進行動靜平衡試驗(按G6.3級進行靜平衡試驗、按G2.5級進行嚴格的動平衡試驗)，提高了轉子的穩(wěn)定性;

(8)在導葉體外圓增設與外筒體接觸的不銹鋼襯板，提高機組的穩(wěn)定性;

(9)在葉輪室和下外接管之間增加防轉動裝置，使運行更平穩(wěn)。

(10)采用中國水利電力科學研究院開發(fā)的Ns400斜流泵水力模型、先進的CFD理論技術對包含有流體流動和熱傳導等相關物理現(xiàn)象的系統(tǒng)進行精確的分析、采用Solidworks三維設計軟件進行產(chǎn)品設計分析計算方法，確保循環(huán)水泵在各種運行工況下均在高效區(qū)，循環(huán)水泵應可以并列或單泵運行，滿足各季節(jié)、各工況下整個機組的安全﹑經(jīng)濟運行。并聯(lián)運行工況下，循環(huán)水泵的流量偏差限制在5%以內(nèi)。