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凝结器真空与机组经济性初探于晓东作者单位:临沂发电有限责任公司所在省(市、区):山东省关键词:凝结器真空机组经济性-1-[内容摘要]本文简单介绍了凝结器低真空对汽轮机组运行经济性、安全性的影响。分析介绍了影响凝结器真空的几种因素、最后简单介绍了一种考虑冷却水本身费用的凝结器最有利真空的确定方法,该方法的一项重要改进是考虑了冷却水本身的费用,而不是单纯只考虑输送冷却水的循环水泵的电功率,该方法更加接近实际情况,对电厂运行具有较实际的指导意义。1前言凝结器是火力发电厂的主要辅机之一,它的主要作用是是汽轮机的排汽口造成高度真空(在凝结器内蒸汽比水的体积约大三万多倍),使进入汽轮机的蒸汽在汽轮机内能膨胀到远低低于大气压力,使蒸汽所含的热量尽可能多的转变为机械功,以提高汽轮机的工作效率;另外,是将汽轮机的排汽凝结成水。其运行好坏对机组经济性影响很大,有关资料提供了凝结器中循环热效率与背压之间的关系如图。由图可以看出,背压降低,效率增长,且背压越低,这种增长越猛烈,所以,提高凝结器真空是提高蒸汽动力循环经济性的非常有效的方法,当然,汽轮机的排汽压力并不是在任何场合下任意降低都是有利的,而是需要考虑到制造成本,加工情况,运行费用等诸多因素,并且当压力降低到某一数值后,其效率也会下降,故凝结器存在一个最佳真空值。2低真空对汽轮机组的影响凝结器是电厂的一个重要组成部分,凝结器真空是影响机组经济安全运行的一个重要指标,国内很多机组都存在机组真空度偏低的问题,造成凝结器真空偏低的原因是多方面的,对机组的安全经济运行的影响也是多方面的,这种影响主要有:对经济方面的影响真空降低,使汽轮机热耗增加,对于高压汽轮机,真空每降低1%,可使机组热耗增加1.5-2.5%。真空降低,使凝结水过冷度增加,对于高压汽轮机,凝结水每过冷1℃,会使热耗增加0.15%。为提高真空,开大轴封供汽压力和流量,导致油中进水。对安全方面的影响由于真空降低,使排汽压力,排汽温度升高,降低了汽轮机的经济性,严重时,由于排汽温度过高,还将引起汽轮机低压缸胀差发生异常变化和低压缸变形,改变机组的中心,热效率与背压的关系05101520253035404500.20.40.60.81凝结器压力效率%-2-造成机组振动,可能引起故障停机。由于真空降低,凝结水中含氧量增加,最高超过100%,凝结水系统设备和管道被腐蚀生产的氧化铁进入锅炉,腐蚀锅炉的水冷壁、过热器等设备和管道。为提高真空,开大轴封供汽压力和流量,导致轴封漏汽进入润滑油系统,使油中进水,调节系统失灵,造成机组运行不稳定,给机组的安全运行带来严重隐患。其他方面的影响。在实际中,凝结器真空降低还存在许多缓慢的危害,如凝结水管道被腐蚀,低压加热器被腐蚀,除氧器淋水盘腐蚀等。因此,为耻确保机组的安全,经济运行,必须保持机组在设计真空值附近运行,否则,必须查明原因,采取措施,消除隐患,保证机组在最佳状态下运行。3影响凝结器真空的因素由于凝结器真空是表征凝结器工作我的主要指标,是影响汽轮机经济运行的主要因素之一,真空降低使汽轮机的有效焓降减少,会影响汽轮机的出力和机组设备的安全性。电厂凝结器一般运行经验表明:凝汽器真空每下降1kPa,汽轮机汽耗会增加1.5-2.5%。而且,凝结器真空的降低,会使排汽缸温度升高,引起汽轮机轴承中心偏移,严重时会引起汽轮机振动。此外,当凝结器真空降低时,为保证机组出力不变,必须增加蒸汽流量,而蒸汽流量的增加又将导致轴向推力的增大,使推力轴承过负荷,影响机组安全运行。影响汽轮机真空的因素比较复杂,包括凝结器传热我,凝结器热负荷、清洁系数、冷却水量、冷却水温、冷却水系统的特性等,下面简单分析各种因素对凝结器真空的影响。1、冷却水流量、初温对真空的影响图1,图2给出了当热负荷和清洁系数均为设计值时凝结器真空与冷却水流量、冷却水温度的关系曲线。由图1可以看出,在冷却水初温一定的条件下,随着冷却水流量的减少,汽轮机冷却端的真空有较大幅度凝结器真空与冷却水流量关系788082848688909294965060708090100冷却水流量%真空kPa26℃30℃33℃凝结器真空与冷却水初温关系808284868890929496981005101520253035冷却水初温℃真空kPa100%流量70%流量50%流量-3-的降低。例如,在热负荷和清洁系数均为设计值的情况下,当冷却水初温为20℃时,如果冷却水量由设计流量降低到设计流量的60%,将使机组真空降低2.51kPa,而当冷却水初温为33℃时,冷却水由设计流量降低到设计流量的60%,将使机组真空降低4.68kPa。因此冷却水流量是影响凝结器真空的一个重要因素,在夏季高温期表现尤其突出。要防止真空降低,首选必须保证有足够的冷却水量。增加冷却水流量会提高真空,但这也受到一些条件限制,应根据供水方式,冷却水初温和水泵性能确定合适的冷却水流量。冷却水的初温直接影响着冷却水温升和端差,进而影响真空。由图2可以看出,在冷却水流量一定的情况下,随着冷却水初温升高,凝结器的真空相应降低,因此冷却水初温对凝结器真空也有较大的影响,而且在冷却水不足的情况下,其影响尤其大。虽然很多电厂采用直流供水方式,对冷却水初温的调节比较困难,但夏季高温期电万死一生的冷却水初温较高,必须考虑冷却水初温对真空的影响。2、热负荷变化对真空的影响在冷却水初温和流量一定时,凝结器热负荷的增加会导致冷却水温升的增加,使凝结器内压力增加,真空减小。如图所示,当冷却水流量和清洁系数均为设计值,冷却水初温一定时,随着热负荷的不断增加,真空会甩所减小,高温时更为明显,如图所示,当冷却水初温为20℃,热负荷增加到额定热负荷的120%时,凝结器真空与热负荷为100%相比降低了0.91kPa,冷却水初温越高,这种降低就会越明显,由此可见,凝结器热负荷的变化对真空的影响也较大,尤其是在冷却水初温比较高时更是如此。导致凝结器热负荷变化的因素很多,如机组主蒸汽管道自动主汽门前、调节汽门前疏水,低加疏水以及抽汽逆止门等多处疏水均接入凝结器,增加了凝结器额外热负荷,影响了机组真空。必须尽量降低凝结器所随的额外热负荷,具体方法有:1)将低加疏水先经过增设的预热器加热化学补水后再引入凝结器。不但提高了化学补水温度,而且减轻了凝结器的热负荷,从而改善了热力系统的经济性。2)汽轮机本体的高、低压疏水分别引入高、低压疏水扩容器内,高压疏水扩容器的二次蒸汽进入除氧器内作加热除氧之用;而低压疏水扩容器的疏水才进入凝结器。疏水分流,即减少了凝结器的热负荷。3)将其它疏水系统加分流管道及阀门或直接接入电厂疏水扩容器或疏水箱。3、凝结器清洁系数对真空的影响凝结器的清洁系数大小直接反映了凝结器铜管的脏污程度和水侧的传热性能,清洁系数减小,会使凝结器的传热系数变小,加大了冷却水与水管的温差,传热端差增大,真空降低。下面简单分析在保证热负荷为设计值的前提下,冷却水初温为20℃时,在不同冷却水量的情况下清洁系数变化对凝结器真空的影响。凝结器真空与热负荷关系(冷却水初温20℃)8486889092949698100110120130凝结器热负荷%真空kPa100%冷却水量70%冷却水量50%冷却水量-4-清洁系数对凝结器真空的影响是比较大的,清洁系数设计值为0.85,若运行时清洁系数降低为0.75,当冷却水初温为20℃时,保持冷却水量为设计值,则传热端差长升0.78℃,真空降低0.24kPa,若清洁系数进一步降低到0.55,则传热端差升高3.3℃,真空降低1.08kPa。随着冷却水初温的升高,清洁系数对真空的影响逐渐变大。从图中可以看出来。冷却管水侧的脏污是凝结器真空恶化的一个重要原因,运行时,由于蒸汽品质差使铜管外表面产生硅酸盐垢,水质差或水中污垢等引起铜管内表面积垢或脏污,都会导致凝结器清洁系数下降。如果冷却水管及其管板被水中杂物堵塞,还会造成凝结器的冷却水量不足,其表面为冷却水温升的升高,也同样增加了端差,影响真空。防止凝结器脏污,发生脏污时花费最小工作量予以处理,是凝结器运行管理的一个重要任务。为保持凝结器冷却水管内表面的清洁和水流畅通,采用胶球自动清洗是行之有效的方法。大多数电厂存在着由于收球率低而影响清洗效果的问题,其主要原因是管道弯曲,沿程阻力大,收球网漏球以及二次滤网净化不好。为此,可采用如下改进措施:1)改进胶球清洗装置的管道走向,使流道畅通,减小阻力损失;2)选用新型、轻便型翻板二次滤网,加强循环水泵吸水管道口处的一次滤网的运行维护,减轻二次滤网的负担。4、系统严密性对真空的影响从蒸汽凝结侧来看造成凝结器真空低的主要原因是真空系统严密性差,漏入空气量超过设计值及抽气设备抽吸能力不足或发生故障。在循环水系统运行状态及凝结器热负荷保持不变的条件下,若漏入空气量过大,将使凝结器真空下降,端差增大及凝结水过冷度增加。实际工作中,运行人员往往通过真空严密性试验中真空下降速度来判定系统严密性好坏。我国对真空系统严密性的标准规定:功率大于100MW的汽轮机,真空下降速度不大于0.4kPa/min;对于300MW以上的汽轮机,要求真空下降速度不大于0.2kPa/min。真空系统严密性试验测得的真空下降速度除主要受漏入空气量影响外,还受到冷却水初温,凝结器单位冷却面积热负荷,冷却水流量,凝结器管材导热系数以及水侧清洁系数等因素的影响,亦即在真空系统不断发展生一定的前提下,不同的凝结器运行参数及不同的凝结器结构或管材,对应于不同的真空下降速度。有关资料提供了如下的凝结器真空下降速度与漏汽量凝结器真空与清洁系数关系(冷却水初温20℃)909192939495960.50.60.70.80.9清洁系数真空kPa100%冷却水量70%冷却水量50%冷却水量凝结器真空下降与漏气量关系(冷却水初温20℃)00.20.40.60.811.21.44080120160漏气量kg/h真空下降速度kPa/min50%冷却水量70%冷却水量100%冷却水量-5-的关系,由图可知在冷却水初温和流量一定时,随着漏入凝结器空气量的增加,真空下降速度不断增大。当冷却水初温为20℃,流量为设计值时,放气量从30kg/h增加到100kg/h,真空下降速度由0.1kPa增加到0.26kPa/min。另外,冷却水初温和流量也对真空下降速度有一定影响,其中冷却水流量的影响较大。当冷却水初温为20℃,漏气量为100kg/h时,冷却水流量由100%降到50%,真空下降速度由0.26kPam/min增加到.047kPa/min。漏气量过大,不仅会降低真空,影响机组的经济性,还会影响到机组设备的安全性。当漏入空气量超过抽气设备出力时,凝结水过冷度会增加,过冷的凝结水增大了机组热耗。另外,凝结水含氧量会增加,加剧管道腐蚀。所以在机组运行中,应随时掌握凝结的漏气情况,这对机组的安全和经济运行具有十分重要的意义。机组真空系统严密性较差,其常见的原因是低压缸与凝结器连接处不严密及喉部波纹管裂纹等。通过以上的分析,我们可以得出结论:1)冷却水流量和初温直接影响凝结器真空,且影响较大。冷却水初温不易控制,在初温较高时,多数电厂采用增加流量的方法来提高凝结器真空。运行时应根据具体情况来确定合适的冷却水流量。2)热负荷变化对真空的影响也较大,在冷却水初温较高时,其影响更加明显。运行时应尽量降低凝结器的额外热负荷。3)清洁系数和漏气量对真空的影响相对较小,但也不容忽视。冷却水管脏污,会影响水管的传热效果,若水管及其管板被污垢堵塞,还会造成凝结器冷却水量不足,漏气量过大,不仅降低了真空,还会加剧管道腐蚀,影响机组设备的安全性。4凝结器最有利真空的确定前面简要分析了低真空对汽轮机组的影响以及影响凝结器真空的因素。但并不是说对于凝结器来说,真空越高越好,一般机组都存在一个极限真空,所谓极限真空,是当蒸汽在末级叶片中的膨胀达到最大值时,与之相当的真空。当真空超过这个真空时,蒸汽就在末级叶处出口处继续膨胀,造成涡流损失。而且,即便是在这个极限真空下运行也是不利的,因为要造成这样的真空,就必须消耗相当多的电量,因此对每台汽轮机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