邹县#6机冷端系统优化改造可研报告.doc

附件4： 编号：华电国际电力股份有限公司100万元及以上项目技改项目可行性研究报告项目名称：#6机冷端系统优化改造申请单位：华电国际邹县发电厂申请部门：生产技术部项目负责人：田 丰联系：0537-5482201批准领导：徐宝福申请时间：2014年8月30日 一、本技改项目的立项依据、必要性论证（包括该项目名称、目前现状、存在问题、改造的必要性、立项依据、背景、调查研究结论等问题，以上均要有量的概念）1、凝汽器改造邹县电厂#6机组于2010年进行了增容改造，容量由600MW增加到635MW，当时综合考虑安全经济性，更换了6085根不锈钢换热管（主要是受蒸汽冲刷和酸洗减薄的铜管）目前机组增容后凝汽器冷却能力已显现不足，现在凝汽器夏季冷却能力不足2013年全年平均#6凝汽器端差约为7.44℃（设计为5.4℃），最大时达到12℃左右，机组经济性差选取实际运行的一组数据（负荷为550MW），绘制凝汽器汽水温度对比图，可以看出：t1~t2为凝汽器冷却水进出水温度，运行过程中t1~t2段的斜率明显大于设计值，约为11℃，温升大主要是因为凝汽器冷却水流量低于设计值；ts为凝汽器背压对应的饱和温度，t2~ts的斜率反映了机组的端差，由图也可以看出，实际运行的机组端差也高于设计值，凝汽器端差大主要是机组管束结垢、堵管泄漏、不凝性气体漏入凝汽器、凝汽器热负荷不均匀等因素导致；tc为热井温度，ts~tc斜率反映了凝汽器过冷度的大小，由图也可以看出实际运行凝汽器过冷度也高于设计值，在凝汽器水位正常的情况下，凝汽器过冷度高主要跟凝汽器布管方式落后有关，凝结水没有有效的得到回热。

图1 实际运行工况与设计工况凝汽器汽水温度对比图增容改造前机组设计凝汽器热负荷（THA）约为700MW，增容改造后，汽轮机主机加小汽轮机设计排汽热负荷约为739MW，VWO工况热负荷约为784MW，因此，在相同的循环水流量下，机组循环水温升增加，增加了冷却塔的负荷，影响机组真空；并且在相同的凝汽器面积下，机组单位面积的换热增强，使得凝汽器端差增大，机组经济性下降，且长期运行会带来安全隐患因此需要对机组凝汽器进行增容改造2、循环水泵配套改造需求在机组凝汽器热负荷一定、面积一定的情况下，循环水量降低，将导致机组冷却水温升增加，导致真空下降原设计凝汽器冷却水流量为67700t/h，根据以上的分析，取循环倍率57，管径φ22mm的不锈钢316L管，凝汽器冷却面积43000㎡，在机组背压4.9KPa下，循环水流量约为74000t/h其他设备用冷却水流量按照3000~4000t/h计算，则循环水泵的流量应该达到78000t/h左右，原厂配备的凝汽器循环水泵为一机三泵单元制布置方式，实际运行时采用两泵一备，单台循泵流量24120t/h，循环水流量严重不足，（机组负荷540MW，环境温度18℃时，循环水温升已达11℃，比设计值高约2℃）。

如果循环倍率＞55，则流量还会相应增加，因此需要对泵进行增容改造二、该项目实施内容及方案论证（说明该项目的具体实施内容、工程规模、技术关键和重点解决的技术问题，预计达到的技术经济指标，工程实施条件等问题）1、凝汽器改造方案论证：凝汽器面积计算：通过增加凝汽器面积，用不锈钢管置换原铜管，采用先进的布管方式，降低机组运行端差和过冷度机组按照VWO工况来设计凝汽器面积，设计条件为：进水温度：20℃；凝汽器热负荷：784MW；机组平均背压：4.9KPa，对应饱和水温度为32.54℃，机组凝汽量约为1300t/h（根据增容改造后热平衡图）其他设计条件：流速的选取兼顾冷却性能及凝汽器水阻的变化，标准规定范围取1~3m/s，对于不锈钢管可选取较大值，由于使用城市中水，水质较差，固形物含量高，为了避免污垢沉积，水流速度不应小于2m/s，因此综合考虑选取2m/s的设计流速；循环水温升：对于大型凝汽器一般不超过10℃；循环水倍率：从节约水资源上考虑循环水倍率应尽量小，现代凝汽器一般取50~100，对于水源不足、双流程、闭式循环供水时，选取较小值，设计选用55~60；凝汽器传热端差：一般取3~10℃，对于多流程凝汽器取3~5℃；凝汽器过冷度：小于2℃；凝汽器清洁系数：0.85。

根据HEI公式，确定凝汽器总体传热系数为2932.87w/㎡·℃，根据循环倍率，取循环水温升约为9.428℃，对数平均温差为6.765℃，根据凝汽器热平衡计算公式，可以得到凝汽器面积为39500㎡，考虑10%的堵管余量，为43450㎡，因此本次改造凝汽器面积选取按43000㎡考虑重新设计选型后的凝汽器参数为：表1 凝汽器参数凝 汽 器型号N-43000型冷却面积43000（A+B） m2型式双壳体、 双背压、 单流程（对每一壳体而言）凝汽量1300 t/h（主机+ 小机）；凝汽器热负荷784MW循环倍率55~57冷却水量71500 ~74000t/h冷却水温20 ℃（最高33℃）冷却介质循环水(中水)清洁系数0.85凝汽器设计压力4.4KPa/5.4KPa凝结水温度32.7 ℃循环水温升9.1~9.4℃设计流速2m/s冷却管TP316L不锈钢各参数对凝汽器改造的影响分析：主凝结区及空冷区采用壁厚0.5mm，管束顶部外围迎汽面采用壁厚0.7mm的TP316L不锈钢直管1） 循环倍率的影响对于闭式循环系统，循环倍率可以取的稍低一些，有利于节约水资源在控制流速为2.0m/s，凝汽器设计背压4.9KPa下，选用φ22的不锈钢管，考虑循环倍率m对凝汽器改造的影响，控制计算误差在1%以内，其影响因素见表2。

表2 循环倍率对凝汽器影响循环倍率m循环水温升℃计算面积㎡选用面积㎡循环水量t/h冷却管根数有效长度m水阻Kpa水管总长度m端差℃计算误差559.433951543000715005700010.9166.916218703.110.60%569.263871443000728005800010.7265.896217603.280.66%579.103799642000741005900010.363.576077003.440.70%588.94373164100075400600009.8961.325934003.600.78%598.79367124000076700615009.4158.735787153.750.01%608.64361354000078000625009.2657.915787503.900.12%可见，随着循环倍率的增加，循环水温升降低，机组循环水流量增加，循环水泵的投资将增加，循环水泵的功耗增加；另外，循环倍率增加，选用凝汽器面积减少，冷却管根数增加，管子有效长度减少，减少凝汽器水室后移量，总的需要冷却管的长度逐渐减少，因此可以降低凝汽器改造的投资。

此处凝汽器端差随循环倍率的增加而增加，主要是因为凝汽器背压已经确定，循环水温升降低，循环水出口温度降低，在背压一定的情况下，设计端差增加，因此对设计而言，意味着可以选用较广泛的布管方式循环倍率变化对各因素影响的敏感性分析见下图：凝汽器水阻随着循环倍率的增加而减少，可降低循环水泵功耗，因此循环倍率对循环水泵功耗的影响要综合考虑循环水流量和水阻这两个方面因素图2 循环倍率变化对各因素的影响敏感性分析从长远的角度看，应减少循环水泵的耗功，节约水资源，因此可选用较低的循环倍率以减少循环水用量，保护水资源，根据#6机组现在的凝汽器管束长度为10.4m，水室后移量很小，因此在流速为2.0m/s，凝汽器设计背压4.9KPa下，选用φ22的不锈钢管，循环倍率约为55~57比较合适2） 管径的影响选用循环倍率为55，凝汽器管道流速控制在2.0m/s，背压控制在4.9KPa，计算选用不同管径的不锈钢管子对凝汽器改造的影响，见下表：表3 管径变化对凝汽器影响管径mm选用面积㎡冷却管根数管子有效长度m冷却管总长度m水阻Kpa计算误差φ22430005700010.9162187066.910.60%φ23430005200011.4459488067.150.48%φ24430004780011.9357025466.940.01%φ25430004390012.4754743366.750.01%可见，管子尺寸从φ22增加到φ25时，保持流速和背压不变，冷却管根数逐渐减少，管子有效长度增加，增加水室后移量，增加改造工作量；水管总长度逐渐减少，因此可以减少管子投资费用。

由下图可知，当管子尺寸从φ22增加到φ25时，管径对管子有效长度及管子总长度的影响呈相反趋势，影响程度相近图3 管径对管子有效长度及冷却管总长度的敏感度分析管子尺寸增加时，水阻基本保持不变3） 流速的影响在循环倍率55，背压4.9KPa下，管子尺寸选φ22，选择不同循环水流速对凝汽器改造的影响，其结果见下表表4 流速变化对凝汽器影响流速m/s总换热系数w/㎡•℃选用面积㎡管子根数有效长度m冷却管总长度m凝汽器水阻Kpa1.82782.36450006400010.1765088052.462.02932.87430005700010.9162187066.912.23076.02410005200011.4159332082.032.43212.79400004800012.06578880100.165凝汽器循环水流速一般不超过2.5m/s，对于固形物含量较高的水质及不锈钢管和钛管可以选取较高的流速值，由上表可知，循环水流速从1.8m/s增加到2.4m/s时，流速增加使得总体换热系数增大，有利于提高凝汽器真空，降低凝汽器面积，减少投资，但与此同时增加了凝汽器水阻，增大了循环水泵的功耗。

由表可知流速从1.8m/s增加到2.4m/s，增加33.33%，总体平均传热系数增大15.47%，而水阻增加90.94%，见下图；因此，从长远的角度看，应选用较低的循环水流速，但对于中水，流速应不低于2.0m/s，以免污垢沉积，影响传热效果，因此本次改造设计流速定为2.0m/s图4 流速对换热系数及水阻影响的敏感性分析（4） 布管方式的影响合理的管束布置，对于强化换热作用，降低流动汽阻具有重要意义原布管方式存在的问题：凝汽器原布管方式为向心带状布管方式，比较落后，不能形成明确的进汽通道和排汽通道，整个管束热负荷分布不均匀，总体传热系数低，汽阻大，运行背压不理想，凝结水过冷度偏大，含氧量高冷却管堵管换管频繁，泄漏严重，当堵管超过设计余量时，导致冷却面积不够，换热能力下降图5 凝汽器布管的几种方式凝汽器布管方式有多种，如法国Alstom将军帽式、德国B-D公司山形、ABB公司8个教堂窗口式布管、改进教堂窗式、新型仿生优化管束等 综合研究。