1000MW超超临界机组闭式水余热利用换热器的应用

1000MW超超临界机组闭式水余热利用换热器的应用

董胜强

大唐东营发电有限公司  山东 东营 257000

摘要：本文通过对常规闭式水系统冷却方案和闭式水余热利用方案进行比较，提出了在凝结水温度较低时，以凝结水代替开式水作为闭式水系统的冷源，吸收闭式水系统的余热，可降低汽轮机热耗2kJ/kWh,对应减少标煤耗0.073g/KWh，达到节能减排的目的。

关键词：凝结水温度；闭式水余热利用；冷源；热耗率

1 前言

某1000MW超超临界二次再热机组为海水直流冷却形式，闭式水系统设置了闭式水冷却器和闭式水余热利用换热器，每年6～9月当循环水温较高时，闭式水系统采用常规冷却方式，投入闭式水冷却器，用开式水作为冷源；其他月份循环水温较低，此时利用凝汽器背压低、凝结水温度低的特性，投入闭式水余热利用换热器，用凝结水作为冷源，把热量回收至凝结水系统，可有效降低热量损失。

2 闭式水量统计

闭式水主要有以下用户：主机润滑油冷却器、氢气冷却器、定冷水冷却器、密封油冷却器、氢气干燥器、EH油冷却器、小机润滑油冷却器、汽前泵冷却器、凝泵电机冷却器、凝泵轴承冷却器、小机凝泵轴承冷却器、汽水取样冷却器、磨煤机润滑油站、送风机油站冷却器、引风机油站冷却器、一次风机油站冷却器、火检风机冷却器、密封风机、空压机、空预器冷却水，冷却水运行总量在1966.5t/h，对于带有备用冷却器的辅机，备用冷却器只在切换或其他极端情况下投运，故不在闭式水量统计范围内。

3 闭式水温升的确定

在1000MW超超临界机组中，一般要求闭式冷却水的设计水温为38℃，温升为7℃，但通过实际运行机组来看，在夏季满负荷运行时，由于一些备用辅机用户冷却水也投入运行，闭式水温升仅有3.7℃，即闭式水回水温度实际为41.7℃。

4 方案设计比较

4.1 常规闭式水系统设计

常规的闭式水系统设计，包含两台100%闭式水冷却器，为取消开式水泵，选择阻力较小的管式换热器。开式水直接来自循环水母管，经过闭式水换热器升温后排至循环水回水母管，进而排进大海。闭式水侧设有两台100%容量闭式水泵，将41.7℃的闭式水回水送入闭式水冷却器冷却到38℃以下后，再分配到各辅机用户；闭式水在各设备吸收热量后汇集到闭式水泵入口，构成闭式循环，此方案为方案一。常规闭式水系统设计如下图：

4.2闭式水余热利用方案

在保留原两台闭式水换热器的基础上增设一台闭式水余热利用换热器，与原换热器并联设计，新增的余热利用换热器以凝结水作为冷源，回收闭式水系统热量，此方案为方案二。余热利用方案设计如下图：

闭式水泵将各用户汇集来的41.7℃的闭式水回水，升压后送至闭式水余热利用换热器冷却到38℃以下后，再分配到各辅机用户，闭式水在各设备吸收热量后汇集到闭式水泵入口，构成闭式循环。冷源侧的凝结水在吸收闭式水余热后温度将会升高。

闭式水余热利用换热器选型参数如下：

由于闭式水与凝结水温度相差不大，考虑到换热效果，换热器端差至少应保持3℃，即只有当凝结水温度低于33℃时，才能保证闭式水温最高不超过38℃。在凝结水温度大于33℃时，应投入闭式水冷却器，通过开式水进行冷却，退出闭式水余热利用换热器，从而避免影响各用户的冷却效果。

经计算，当海水温度达到20℃时，凝结水温约为33℃（对应凝汽器背压为5.2kPa），所以只有当海水温度低于20℃时，即可投入闭式水余热利用换热器。从海水温度统计表中可知，除6～9月外的其他8个月海水平均温度低于20℃。

5 经济指标分析

5.1节煤效益

该机组闭式冷却水系统从各用户吸收的总热量约为11.6MW，该热量通过凝结水回收后，可使11号低压加热器进口温度增加月5.4℃，可减少抽汽量约3.678kg/s，降低热耗2kJ/kWh，对应减少标煤约0.073g/kWh。

本工程利用小时数为5000小时，由于每年中有8个月时间，海水温度均低于20℃，才可以投入闭式水余热利用换热器，等效的利用小时数为3667小时，含税标煤价格800元/t，每年节煤效益约为21.4万元。

采用方案二后，年节煤效益为21.4万元。

5.2厂用电效益

两个方案的闭式水量及闭式水泵扬程基本不变，因此，两个方案的闭式水侧厂用电不变。

方案二采用凝结水冷却，凝结水流量1750t/h，由于凝结水系统多了一级闭式水余热利用换热器，系统阻力增加约5m，在余热利用换热器投入的8个月中增加厂用电105MWh，运行费用增加2.4万元。

当闭式水余热利用换热器投运后，方案二节省了开式循环水，本工程未设置开式水泵，直接取自循环水，循环水泵为定速泵，节省的循环水基本都被送到凝汽器，有利于凝汽器降低背压，提高机组运行能力。

采用方案二后，年运行费用增加2.4万元。

6 结论

根据本工程海域海水温度，除6～9月外的其他8个月中，可以投入闭式水余热利用换热器，设置余热利用换热器后，可降低热耗2kJ/kWh,对应减少标煤约0.073g/kWh，每年节煤效益为21.4万元，同时可减少海域的温排水污染，符合当前节能减排要求。而且，闭式水余热利用换热器为技术成熟的板壳式换热器，两侧工作介质均为低温的除盐水，运行工况良好，设备可靠性高，故障率低。因此，对于1000MW超超临界海水直流冷却机组设置闭式水余热利用换热器具有较高的推广意义。