凝结水

电力生产中，发电机组厂用电绝大部分消耗在像凝结水泵这样的使用高压交流电机的大容量辅机中。现阶段节能改造中，将凝泵机组由工频运行改为变频运行，通过调节变频器的输出频率改变电机的转速，达到调节出口流量的目的，节能降耗效果十分明显。不过，随着变频技术的推广与应用，凝泵变频技术存在着一些新的隐患与问题，较多凝泵采用变频技术后在某些转速下会有振动增大的现象，由于凝泵泵体轴系较长，凝泵等立式水泵电机上部所反映的振动一般仅为泵轴底部叶轮、口环等处振动的1/5~1/4.因此，当凝泵电机上部振动超标时，其泵轴下部振动将呈倍数关系的放大，振动超标的情况下长期运行将导致轴承、叶轮等部分偏磨等故障，严重时可能造成泵轴弯曲、机组跳闸等恶性事故。对设备的安全稳定运行和经济性能产生很大的影响，同时影响机组深度调峰过程的机组经济性和安全性。 目前常用的降振措施包括动平衡和加支撑，动平衡方式只能一定程度上降低不平衡激振力，共振峰值仍然存在；而加支撑方式常常会导致泵轴、口环、机封等部分结构的偏磨，导致设备的异常，这两者都只是抑制了共振，并没有从源头消除共振问题。因此，研究一种能够方便、快捷实施的振动抑制方案来保证设备运行安全，提高深度调峰过程中凝泵的可靠性和节能效果，显得尤为必要。

托克托发电有限责任公司五期机组为2X660MW超超临界直接空冷机组，每台机组设置1台100%BMCR容量的汽动给水泵。汽动给水泵前置泵与主泵同轴布置，由小汽机驱动。汽动给水泵轴端密封采用浮动环密封结构，汽动给水泵轴端密封水取自凝结水泵出口后母管，其作用一是确保汽泵密封水压力高于汽泵泵体内给水压力，二是汽泵密封水对轴端起到降温作用（凝结水温度≤75℃，汽泵内给水温度180℃）。汽泵密封水压力要求比汽泵入口压力高300kpa，不得低于250kpa（压差分别取自汽泵密封水供水调整门后密封水压力和汽动给水泵入口给水压力之差）。压差低于250kpa后可能导致密封水回水温度高高跳闸汽泵，给水中断，机组跳闸。目前高负荷运行工况时，汽前泵转速高，汽前泵出口压力达到3.0MPa，为维持除氧器水位，凝泵出口压力满足不了汽泵密封水的压力要求，密封水回水温度高，对机组安全运行构成威协；在低负荷运行时，为维持密封水压差，凝结水泵无法变频运行，影响机组经济性。同时汽泵密封水供水允许温度20-60℃，密封水回水温度80℃报警，90℃跳闸。在夏季时，我厂660MW直接空冷机组凝结水温度最高可达到75℃℃左右。因此，若想实现凝结水泵深度变频，确保机组安全稳定运行，现有汽泵密封水系统已无法保证。

本项目理论研究基于大型燃煤发电机组的降耗时空效应理论，打破原设计理念中不同单元间、子系统间能量交换和转换的流程壁垒，将吸热侧的给水、凝结水、空气与放热侧的烟气、回热抽汽等工质按照能量品位匹配原则，从有效利用回热抽汽和锅炉烟气可用能两个方面，重构机组回热系统，提出机炉深度耦合理论。本项目于2018年1月12完成项目科技查新，并于2018年3月26日通过中电工组织的成果验收，验收意见认为：本项目研究内容完整，对机炉深度耦合综合提效技术，在实际工程的应用具有指导意义，达到了国内领先水平。

我国电厂凝结水精处理系统的高速混床承担着净化电厂给水水质的重任，其在“正向水锤”的冲击负荷下，布水装置易损坏，导致高混出水水质恶化、周期制水量下降、酸碱耗上升，从而引起热力设备积盐、结垢和腐蚀等问题，以及在“逆向水锤”发生时树脂倒灌导致停机事故，这对机组运行的安全性和经济性造成了显著影响。项目组依靠西安热工院研究开发基金项目与吉电股份白城发电厂委托项目等的支持，针对以上问题，做了以下四方面研究：分析现有高速混床布水装置偏流的原因，确定传统的多孔板拧水帽式布水装置设计缺陷所导致的损坏问题为主要原因；提出了高速混床计算机流体力学模拟优化方法，确定评价指标和参数，解决高流速、高压力等极端工况下高纯水处理难以在实验室进行动态模拟试验的技术难题；研究提出高速混床新型布水装置的技术方案，并利用仿真模拟方法对设计参数进行优化，开展工业试验，对技术方案进行验证和评价；确定“逆向水锤”发生原因为混床进口突然失压所致，开发了防止精处理混床树脂倒灌的智能化装置。 本项目成功研发了提高精处理混床布水均匀性的技术及产品，并依托承担的多项精处理混床运行优化项目，对该技术不断升级，最终形成了极端条件下高速混床均匀布水的关键技术，并开发了相关的产品。该技术已授权专利5项，申请专利5项，发表核心期刊论文4篇，制定并发布企业标准1项本技术应用后，使我国电厂混床出水水质与单位体积树脂周期制水量均达到国际领先水平，彻底解决了混床树脂倒灌造成停机等严重事故的问题，延长了电厂锅炉与汽机设备的使用寿命。本项目研究成果已在国内35家电厂40台机组158台混床进行了推广应用，该技术推广至今累计节约酸碱用量10000吨以上，减少高盐废水排放150万吨以上，节约除盐水100万吨以上，节水减排效显著。目前全国95%以上的电厂混床采用传统布水装置，而全国的混床保有量达6000台以上，另外我国及“一带一路”国家新建发电厂的混床数量也非常庞大，因此该技术推广应用前景十分广阔。

2016年以来，随着北方城市环境质量恶化，政府对用煤主要行业实行去产能政策，以减少燃煤消耗。同时，风电、太阳能等新能源以年平均30%以上的速度增长，在整体经济增长放缓的情况下对火力发电企业发电量形成极大的挤压。火力发电机组必须从自身做起，提升机组负荷响应能力，提高面向客户的服务质量和服务能力，才能在电量市场竞争中立于不败之地。 国能陕西宝鸡第二发电有限公司4*300MW机组亚临界纯凝水冷机组投产于2000年前后，2*660MW超临界空冷机组投产于2013年前后，在设备先进性和自控系统先进性等方面存在相对不足，必须立足实际、在立足成本控制的基础上用好新技术，才能实现企业效益最大化。本项目以公司自身技术能力为支撑，辅以必要的费用、人力支持，实现机组负荷响应能力明显提升的目标，在实际应用中取得了较好的应用效果。

目前大型火力发电厂的凝汽器抽真空系统一般装设2-3台较大功率的水环式真空泵组，主要作用，一是在机组启动时快速抽真空；二是，机组投入稳定运行后，维持机组真空。电厂常规真空泵在设计选型时，主要以“快速启机的响应速度和最大的允许漏气量”为选型原则。随着电厂运行维护管理水平的提高和节能降耗工作的推进，凝汽器真空严密性越来越好，因此，目前抽真空系统存在问题一是，常规配置的的水环泵功率大、能耗高；二是，受密封水温影响极限真空差，转子汽蚀损坏严重、运维费用高；采暖季，凝汽器端差大，真空差，凝结水溶氧超标。特别是目前的主力发电机组基本是大容量、超临界、超超临界参数，锅炉为直流炉，对凝结水的含氧量品质要求更高。 本研究总结干式变螺距螺杆泵能耗低、极限真空高的原理，创新提出了，一是干式正弦变螺距螺杆真空泵在凝汽器抽真空系统的应用方法。与设备制造厂开发极限真空不低于1Kpa改型正弦型变螺距真空泵，适合电厂循环水温下极限真空，效率高。二是，建立了电厂凝汽器抽真空系统抽气量计算模型，根据机组实际运行时真空系统严密性状况，选择合适的抽气速率，定制化设计抽真空系统的功率，并采用变频调速设计，更节能。2017年，本研究在秦热电厂2台300MW发电机组凝汽器抽真空系统改造示范应用。经性能验收测试，与原水环抽真空系统对比，系统设备电耗降低80%以上；采暖季，凝汽器端差大幅下降，机组真空度提高了1.8 kPa以上；凝结水溶解氧量显著降低；有效地解决了原抽真空系统存在的能耗高、真空差、凝结水溶氧超标等问题。

凝结水精处理系统包括机械过滤系统（五个阳床）、离于交换系统（五个混床）、体外再生系统、废水排放系统。机组满功率运行时，凝结水最大流量为3600m3/h，需要约30%的经过精处理系统旁路，阳床和混床为氢型运行，为四用一备，给水PH控制在9.4-9.6。 阳床和混床均为体外再生，即需将树脂输送到专用的再生装置中进行再生。阳床和混床再生用试剂为盐酸和氢氧化钠。混床为中抽式再生，再生过滤器有三个：阳树脂再生过滤器、阴树脂再生过滤器、中间层树脂储存过滤器，阳树脂再生过滤器用于对混床的树脂进行反洗分层，并将阴树脂输送到阴树脂再生过滤器，将中间层树脂输送到中间层树脂储存过滤器，对剩下的阳树脂进行再生；阴树脂再生过滤器用来再生混床内的阴树脂，并将再生好的阳树脂与阴树脂进行混合，之后将树脂输送回混床。中间层树脂储存过滤器用于存放每次反洗后的中间层树脂。 运行一处对系统运行参数进行比对分析时发现，机组功率运行期间，两台机组蒸汽发生器排水的电导、氯离子都有不同程度的波动，见下图，是电导的波动。这些波动虽然没有超标，但会影响机组的稳定运行，运行一处对此展开科研研究查找这些波动的根+源，制定措施消除。

凝结水精处理系统是保证发电机组水汽品质合格的关键系统，是发电厂水系统中技术难度最大、设备最复杂的系统之前由于缺乏统一的技术要求，发电厂凝结水精处理系统在设计、设备制造及运行维护存在诸多问题为了提升国内该领域的技术水平西安热工研究院总结多年的研究成果，主持制订了6项发电厂凝结水精处理技术行业标准。