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 丰联系电话：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：t1t2为凝汽器冷却水进出水温度，运行过程中t1t2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，t2ts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，tstc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22mm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30004000t/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13m/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50100，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5560；凝汽器传热端差：一般取310，对于多流程凝汽器取35；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5557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9.19.4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22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22的不锈钢管，循环倍率约为5557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22430005700010.9162187066.910.60%23430005200011.4459488067.150.48%24430004780011.9357025466.940.01%25430004390012.4754743366.750.01%可见，管子尺寸从22增加到25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22增加到25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22，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。 综合研究结果，建议凝汽器布管方式采用德国B-D公司山形布管（TEPEE排管技术）。结构见下图，TEPEE排管结构技术是国内外较为领先的技术，其管束排列合理，实测凝汽器排汽管汽阻小，热负荷分布均匀，流场平稳，蒸汽涡流区少，主凝结区无明显空气积聚，基本消除过冷度，除氧效果理想，总结其优点有： “两山峰型”管束排列顺气流方向，气流直而短，蒸汽在管束中流速低，汽阻小。 与管束形状一致的抽空气通道布置，使蒸汽从管束四周进汽，每一管束热负荷均匀，传热系数高。 空冷区结构先进，蒸汽-空气混合物在空冷区沿冷却水管向抽汽口纵向流动，使其与管内冷却水进行强逆流交换，使得混合物中的蒸汽充分凝结，降低汽-气混合物出口温度，改善抽汽设备工作条件。 蒸汽流程在凝汽器内的分配最佳，无涡流区，蒸汽通道中的蒸汽流速直到底部基本维持不变，从而保证了凝汽器具有良好的综合性能，TEPEE布管方式凝汽器热负荷均匀性好，使每根管子都能沿长度方向接受蒸汽凝结，所以TEPEE凝汽器设计端差小，且和实际运行端差的符合性好。 总体换热效率高，在相同凝汽器面积下，背压低于HEI预测值，凝汽器壳体布置4组管束，增大了凝汽器换热通道数，既使每一组管束进汽均匀、传热系数提高，又使凝汽器热井中的凝结水得到充分回热和除氧，凝结水过冷度低。 优化设计的水室采用圆弧型水室，布水好，无死角，提高胶球收球率。图6 TEPEE排管结构示意图（5） 凝汽器蒸汽负荷和循环水进口温度的影响在冷却面积一定，循环水流量一定时，凝汽器端差与蒸汽负荷和循环水进口水温有关系，其经验公式为：以设计点100%凝汽器蒸汽负荷，取t1=20和30，计算不同凝汽器蒸汽负荷对凝汽器背压的影响，见下图：图7 凝汽器蒸汽负荷对机组背压的影响可以看出在凝汽器面积和循环水流量一定的条件下，凝汽器背压随着蒸汽负荷的增加而增加，随冷却水进口温度的增加而增加。另外，#6机凝汽器水室内壁、管板经过16年多时间的运行，管板及水室已出现不同程度的蚀洞，防腐层脱落较为严重，直接影响了凝汽器的使用寿命。2、循泵配套改造方案论证原配备循环水泵技术参数见表5.表5 循环水泵技术参数循 环 水 泵形式1600HTCX4型立式混流泵流量24120 m3/h扬程21.81m27.15m转速375 r/min效率8488制造沈阳水泵厂循 环 水 泵 电 机型号YL2500-16型功率2500 kW电压6000 V电流312 A转速370 r/min绝缘等级B（湘潭电机厂）对于600MW等级汽轮机组，凝汽器冷却水循环水泵一般以一机三泵单元制配置，水泵电机进行高低速改造，这种配置方案既经济又节能，原设计也是这种配置方案，单泵、双泵并联和三泵并联工况泵的特性曲线见下图：图8 原设计循环水泵运行特性曲线重新增容改造后泵的设计如下图：图9 循环水泵增容改造设计选型循泵性能曲线图中为单泵的特性曲线，+线为两台同型号同水位泵并联的特性曲线，+为三泵并联运行工况曲线，Q-为管网阻力曲线。点、分别为设计工况下循环水泵三泵并联运行工况点，、为双泵并联运行下的运行点，为单泵运行工况点。泵的设计点按照点来设计，流量为Q/3，假定改造前后循环水管网阻力保持不变（变化很少），扬程取26.9m，且校核、点泵运行具有较高的效率，即泵的设计点流量变动时泵处于一个高效区。泵设计点流量为78000/3=26000t/h，扬程为26.9m，有效功率计算式为：计算得到有效功率为1905.9KW，取泵的效率87%，则得到泵的轴功率约为：2190KW，取传动效率98.5%，则电机输出功率为2224KW，取电机富裕系数1.05，则所配电机功率为2335KW，原设计电动机功率为2500KW，因此不必更换电动机。如果设计过程中循环倍率57，则循环水量增大，如果管网阻力特性改变，阻力增加很多，则需要重新校核轴功率，考虑是否需要更换电动机。一般电厂大型循环水泵设计轴功率随着流量的增加、扬程的降低而降低，因此只要校核点的轴功率，如果泵的设计轴功率随流量增加而增加，则需要校核单泵条件下的轴功率。现场3台循环水泵已有2台电机改高低速，本次改造可通过循环水泵加级或整体更换循环水泵的方式进行。由于循环水水质较差，氯根含量高，对钢材腐蚀严重，循环水泵导流部件均易腐蚀，会严重影响水泵的使用寿命及效率的提高，因此需对泵的叶轮进行防腐处理。对循环水泵导流部件进行喷涂，选用高分子纳塑钢超滑涂料，提高表面光洁度，降低水泵通流部件母体与中水的接触几率，降低腐蚀速度，提高设备使用寿命，降低能耗损失。3、具体实施内容：（1）凝汽器改造，将换热面积由36000增加至43000。主要方案如下：保留原凝汽器外壳，对凝汽器外壳体的侧板、底部进行校核并加固；凝汽器与其它相关设备的接口连接方式不变；凝汽器支撑方式不变；凝汽器和低压缸连接的喉部不动；保留喉部内所有支撑件和设备。采用管束置换法即更换凝汽器内部全部管束，端管板、中间隔板；挡汽板、挡水板；抽汽-气装置；测压装置；内部连接件等。将凝汽器水室改为蜗壳状水室结构，与管板采用焊接连接方式，防腐处理。在凝汽器喉部下部增设导流板，改善喉部端板的脱流现象及排汽流速中间低、四周高的问题，使排汽更均匀的进入凝汽器冷却管束。主凝结区及空冷区采用壁厚0.5，管束顶部外围迎汽面采用壁厚0.7的TP316L不锈钢直管替代原铜管。端管板选用5（TP316L）+35（Q235-B）不锈钢复合板。 改变中间支撑隔板间距。按照先进流场理论进行新凝汽器设计，在管束排布、挡汽板及挡水板设置上充分考虑蒸汽流动，使管束热负荷均匀，提高凝汽器传热系数，保持小的凝汽器端差；同时保证有小量蒸汽直达热井凝结水表面加热凝结水，保持凝汽器良好的除氧效果，和小的凝结水过冷度。不锈钢冷却水管头和端管板间采用胀接+(无添料)亚弧焊接的连接方式，彻底杜绝冷却管端口因腐蚀而发生渗漏，提高凝汽器寿命。采用新型的抽汽-气系统。Tepee高效凝汽器抽气口下移到端管板下部布置（布管方式）。（2）配套进行循环水泵增容对3台循环水泵进行增容改造，在保持现在点击功率不变的情况下，通过更换高效叶轮，提高循泵效率，增大循泵流量，使流量大于25500 m3/h。三、概（预）算方案（含各项费用构成）（包括各类设备、材料、外包、外聘人工等详细的费用支出科目、金额、计算依据，并根据需要附加简要说明）科目名称规格数量单价（万元）总价（万元）计算依据凝汽器改造N-43000型11350606询价，考虑旧铜管抵价循环水泵高效叶轮360180询价合计786说明： 凝汽器改造费用， 按照使用常州法力诺316L不锈钢换热管核算，考虑将旧铜管抵价。旧铜管重量：每根铜管重6.4kg左右，按照37500根铜管计算，旧铜管总重240吨左右，按照近期市场价格（3.1万元/吨），共价值744万元左右。凝汽器改造询价不考虑旧铜管抵价时为1350万元，抵价后为606万元。因旧铜管价格变化幅度较大，实际费用为1350万元-旧铜管实际抵扣价格。四、预期达到的技术经济指标、效益分析（应注明具体的技术经济指标改进值并附有投资回收期分析）：1、安全效益凝汽器长期运行不发生管束泄漏，降低凝结水中铜离子含量，提高凝结水水质，改善加热器的换热效果，降低设备腐蚀结垢机率，减少机组非停次数。避免凝汽器泄漏引起的水冷壁结垢，从而避免结垢引起的锅炉效率降低，延长锅炉的酸洗周期。避免凝汽器管泄漏造成的水冷壁腐蚀、结垢甚至爆管。2、预期达到的技术经济指标：改造后年平均可至少提高真空0.6kPa，端差降低2以上，按600MW机组真空每提高1kPa煤耗降低约2g/kWh计算，平均降低煤耗1.2g/kWh。按照#6机组2013年实际发电量34.75亿千瓦时，标煤单价按820元/吨，每年的直接经济效益为341.94万元考虑旧铜管回收则总投资786万元；投资回收期：2.3年五、评价结论：六、工作安排、进度：计划在2015年#6机组大修中实施。七、实施部门、人员及时间：施工外包，施工时间60天。项目负责人姓名田丰工作单位、部门邹县发电厂生产技术部性别男年龄37职称（务）主管专业汽机申请日期2014年7月1日终止年限2015年所在部门领导审查意见方案必要可行。（签字） 年 月 日生技部门领导审查意见方案必要可行。（签字） 年 月 日申请单位领导审查意见方案必要可行。（签字、盖章） 年 月 日公司审批意见 年 月 日