了凝結(jié)水過冷度產(chǎn)生的原因及其對機組運行經(jīng)濟性、安全性的影響,從凝汽器的設計、改造、檢修以及運行維護幾個方面,提出了減小凝結(jié)水過冷度的對策,從而提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性。
　　關(guān)鍵詞:凝汽器;過冷度;經(jīng)濟性;安全性
　　
　　1、引言
　　
　　凝汽器是凝汽式汽輪機的主要輔助設備,是汽輪機組系統(tǒng)的重要組成部分,它工作性能的好壞直接影響著整個機組的熱經(jīng)濟性和安全性。而凝汽器運行狀態(tài)的優(yōu)劣集中表現(xiàn)在以下三個方面:是否保持在最佳真空、凝結(jié)水的過冷度是否最小以及凝結(jié)水的品質(zhì)是否合格。其中凝結(jié)水的過冷度越大,說明被冷卻水帶走損失的熱量越多,而這部分熱損失要靠鍋爐多燃燒燃料來彌補,從而導致整個熱力系統(tǒng)熱經(jīng)濟性降低。而且過冷度越大,凝結(jié)水中的含氧量也越多,從而加速了相關(guān)管道、設備的腐蝕速度。因此需從各個方面對凝汽水過冷度加以重視并采取措施使其減到最小,以此來提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性。
　　
　　2、凝結(jié)水過冷度的定義和表示方法
　　
　　2.1 定義
　　凝結(jié)水過冷度表征了凝汽器熱水井中凝結(jié)水的過度冷卻程度,凝汽器熱水井出口凝結(jié)水溫度與凝汽器在排汽壓力下對應的飽和溫度之差即稱為過冷度。
　　2.2 表示方法
　　溫度形式:
　　Δtn=ts-tc
　　式中:Δtn—凝結(jié)水過冷度;
　　ts—凝汽器絕對壓力下的飽和溫度;
　　tc—凝汽器熱井中凝結(jié)水溫度。
　　
　　3、過冷度產(chǎn)生的原因
　　
　　凝汽器運行中產(chǎn)生凝結(jié)水過冷卻現(xiàn)象可能是凝汽器設計中的問題,也可能是運行不當而產(chǎn)生的,一般主要原因有以下幾個。
　　3.1 凝汽器內(nèi)管束排列不好
　　在舊式結(jié)構(gòu)的凝汽器上,凝結(jié)水過冷度可能很大。這些凝汽器通常均為非回熱式的,凝汽器內(nèi)由于冷卻水管束布置過密和排列不當,使汽氣混合物在通往凝汽器的管束中心和下部時存在很大的汽阻,引起凝汽器內(nèi)部絕對壓力從凝汽器入口到抽氣口逐漸降低,使得凝汽器大部分區(qū)域的蒸汽實際凝結(jié)溫度要低于凝汽器入口處的飽和溫度,形成了過冷度。這同時造成了蒸汽負荷大部分集中在上部冷卻管束處,蒸汽所凝結(jié)的水通過密集的管束,又在冷卻水管外側(cè)形成一層水膜,又起到再冷卻凝結(jié)水的作用,加之排汽不能回熱熱水井中凝結(jié)水,進一步加劇了凝結(jié)水的過冷卻。
　　3.2 空氣漏入凝汽器或抽氣器工作不正常
　　機組運行過程中,處于真空狀態(tài)下的汽輪機的排汽缸、凝汽器以及低壓給水加熱系統(tǒng)等部分,若有不嚴密處,則會造成空氣漏入;另一方面,抽氣器工作不正常,不能及時地把凝汽器內(nèi)漏入的空氣抽走。這兩方面使得凝汽器內(nèi)積存的空氣等不凝結(jié)氣體增加,這不僅會在冷卻水管的表面形成傳熱不良的空氣膜,降低傳熱效果,增加傳熱端差;同時還使得凝汽器內(nèi)的汽氣混合物中空氣成分的增高,造成空氣分壓提高、蒸汽分壓降低,而凝結(jié)水是在對應蒸汽分壓的飽和溫度下冷凝,所以此時凝結(jié)水溫度必然低于凝汽器壓力下的飽和溫度,因而產(chǎn)生了凝結(jié)水的過冷卻。
　　3.3 凝結(jié)水水位過高
　　運行過程中,由于凝結(jié)水泵真空部分漏入空氣或其它故障,使凝汽器熱井中凝結(jié)水水位過高,淹沒了下部的冷卻水管,這樣冷卻水又帶走一部分凝結(jié)水的熱量,使凝結(jié)水再次被冷卻,過冷度必然增大。
　　3.4 冷卻水漏入凝結(jié)水內(nèi)
　　凝汽器內(nèi)冷卻水管破裂,造成冷卻水漏入凝結(jié)水內(nèi),使凝結(jié)水溫度降低,過冷度增加,此時還伴有凝結(jié)水硬度增大的現(xiàn)象發(fā)生。
　　3.5 凝汽器冷卻水入口溫度和流量的影響
　　現(xiàn)代電站凝汽器通常為回熱式的,具有合理設計的管束結(jié)構(gòu),汽阻極小,在額定的設計工況下運行時,凝結(jié)水過冷度實際可為零。在這種情況下,凝結(jié)水過冷度主要受凝汽設備運行工況因素的影響,其中最重要的因素是凝汽器冷卻水的入口溫度和流量。

凝結(jié)水過冷度產(chǎn)生的原因及減小對策(2)

　　試驗與運行經(jīng)驗表明,在一定的蒸汽負荷下,當冷卻水入口溫度降低或流量增加時,凝汽器壓力降低,真空增加,進入熱井的凝結(jié)水的過冷度將增大。
　　3.6 蒸汽負荷的影響
　　凝汽器蒸汽負荷的大小對凝結(jié)水過冷度也有一定的影響。根據(jù)前蘇聯(lián)ВТИ的試驗結(jié)果,對于汽流向心式凝汽器,隨著蒸汽負荷的提高,過冷度增大;而對于汽流向側(cè)式凝汽器,蒸汽負荷升高時,過冷度減小。對于舊式非回熱式凝汽器,蒸汽負荷減小時,不可避免地會引起過冷度增加。
　　3.7 將溫度較低的補充水直接補入凝汽器的熱水井
　　機組在運行過程中,由于鍋爐排污等原因,導致工質(zhì)在循環(huán)過程中產(chǎn)生了汽水損失,因此為了滿足汽輪機進汽量的需要,必須及時補入到汽水工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)中。補充水補入的位置有除氧器和凝汽器兩種方案,如果采用補入凝汽器方案,冬天時補充水溫度一般低于設計工況時凝汽器中凝結(jié)水溫度可達十幾攝氏度。這樣將溫度較低的補充水直接補入凝汽器的熱水井,并且在補充水流量較大時,勢必會造成凝結(jié)水溫度的降低,致使過冷度增加。
　　
　　4、過冷度對機組運行經(jīng)濟性和安全性的影響
　　
　　4.1 對機組運行經(jīng)濟性的影響
　　凝汽器過冷度會增加冷源損失,引起作功能力的損失,降低系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性。
　　通過對N15一4.9/470型汽輪機實例計算結(jié)果表明,當凝結(jié)水過冷卻度增加2℃時,新蒸汽等效焓降減少0.457kJ/kg,機組效率相對降低0.051%,電廠標準煤耗增加0.198g/kW.h。假設該機組年運行小時數(shù)為7500h,那么,一臺該型號機組每年多耗標煤為147.6t,相當于每年多支出燃料成本3.1萬元?？梢?凝結(jié)水過冷度對機組的經(jīng)濟運行有明顯的影響,是一項不可忽視的指標,因此采取各種措施降低凝結(jié)水過冷度是十分必要和有意義的。
　　4.2 對機組運行安全性的影響
　　凝結(jié)水過冷度的存在會威脅機組運行的安全性和可靠性。凝結(jié)水溫度過低,即凝結(jié)水水面上的蒸汽分壓力的降低,氣體分壓力的增高,使得溶解于水中的氣體含量增加,因為溶于凝結(jié)水的氣體量和熱井水面上氣體的分壓力成正比。因此若凝結(jié)水出現(xiàn)過冷度,則其含氧量增加,這將導致凝汽器內(nèi)換熱管、低加及相關(guān)管道閥門腐蝕加劇,以致降低設備的使用壽命,不利于機組的安全運行。這同時也加重了除氧器的工作負擔,使除氧器的除氧效果變差,嚴重時會腐蝕處于高溫工作環(huán)境下的給水管道和鍋爐省煤器管,引起泄漏和爆管。據(jù)統(tǒng)計,2003年某電廠凝汽器冷卻水管腐蝕造成的泄漏,使凝結(jié)水硬度超標,迫使機組降低出力帶負荷查漏次數(shù)多達5次?？梢?凝結(jié)水過冷度的存在對機組運行安全性極為不利。
　　
　　5、減少凝結(jié)水過冷度的對策
　　
　　通過上述對凝結(jié)水過冷度產(chǎn)生原因及其對機組運行經(jīng)濟性和安全性的影響的分析可以看到,凝結(jié)水過冷度的存在威脅著機組運行的安全性和可靠性,同時也會降低機組運行的經(jīng)濟性。因此須從設計、改造、檢修以及運行維護等各個環(huán)節(jié)對其采取有效措施,以期降低凝結(jié)水過冷度,提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性。
　　5.1 設計中所采取的對策
　　(1)在冷卻水管束設計中改進管束的布置,在管束結(jié)構(gòu)中適當留有足夠?qū)挼恼羝ǖ?這除了可以保證汽流均勻進入管束各區(qū)域外,還可保證部分排汽可直接通至凝汽器底部,以加熱凝結(jié)水,減少凝結(jié)水過冷度;同時應使抽氣口位置離開凝結(jié)水遠一些,以減少凝結(jié)水過冷度;
　　(2)從凝汽器入口至抽氣口的路徑應力求直接,且有足夠的流通面積,蒸汽進入管束的流速不超過40m/s～50m/s,蒸汽沿程阻力盡量小,以減少汽阻,降低凝結(jié)水的過冷度;
　　(3)合理選擇凝汽器內(nèi)的淋水裝置,優(yōu)化設計循環(huán)冷卻水量;
　　(4)汽輪機排汽口與凝汽器的連接采用柔性連接,以防止運行中膨脹不暢導致空氣的漏入;
　　(5)對于排入凝汽器的各種疏水、補充水、再循環(huán)水及其它附加流體,接至凝結(jié)器的位置一定要高于凝結(jié)水水位,最好接至凝結(jié)器上部蒸汽空間,并裝折流檔板,防止沖刷冷卻水管,以除掉這些水源中的空氣,減少對凝結(jié)水溶氧及對過冷度的影響;

凝結(jié)水過冷度產(chǎn)生的原因及減小對策(3)

　　(6)利用鍋爐連續(xù)排污對補充水進行加熱,以減少補入凝汽器的補充水對凝結(jié)水的過冷卻。一般凝汽器的補充水箱與除氧器、連續(xù)排污擴容器布置在同一平臺處,因此可在補充水箱內(nèi)加裝一組管式換熱器,由連續(xù)排污擴容器引出一管,將排污水送入換熱器中作為熱源,(下轉(zhuǎn)76頁)(上接75頁)以加熱補充水,然后再排入地溝。
　　5.2 改造中所采取的對策
　　舊式凝汽器通常均為非回熱式的,冷卻管束通道很窄,汽阻很大,可達1.3～2.0 kPa,這本身就可使過冷度達到5℃～10℃。對于這些老式凝汽器,凝結(jié)水過冷度與工況因素幾乎無關(guān),消除這種過冷現(xiàn)象唯一有效的措施是改造凝汽器冷卻管束結(jié)構(gòu)。如:
　　(1)拆除一部分冷卻水管(減少一部分冷卻面積),讓排汽可深入到冷卻面中部,并留有足夠的寬度,但不穿通,使蒸汽能沿著冷卻面作均勻的分配,并使凝結(jié)水加熱到排汽溫度;
　　(2)在冷卻管束中合理布置一些集水、排水元件;
　　(3)限制管束中汽流流速,使其盡可能不超過40m/s～50m/ s。
　　5.3 檢修中所采取的對策
　　(1)對真空系統(tǒng)進行灌水查漏,重點檢查凝汽器喉部、低壓抽汽管路、低壓缸軸封蒸汽進出管道焊口、低壓缸法蘭接合面、熱井焊接處、凝結(jié)水管道法蘭連接處、凝汽器水位計接頭處、疏水擴容器焊接處、與熱井連接的真空系統(tǒng)閥門等部位,并修補泄漏處;
　　(2)檢查凝汽器內(nèi)的淋水裝置;
　　(3)對凝汽器水位調(diào)節(jié)器和軸封壓力調(diào)節(jié)器進行檢修;
　　(4)對抽真空系統(tǒng)進行檢修,保證抽氣設備的正常工作,以便運行時可及時抽出凝汽器內(nèi)不凝結(jié)氣體。
　　5.4 運行中所采取的對策
　　5.4.1 保證真空部分的嚴密性
　　保證真空部分的嚴密性,防止空氣漏入,同時正確配置抽氣器。這不僅是為了維持凝汽器內(nèi)的高真空度,也是防止凝結(jié)水過冷的有效措施之一。投運行軸封壓力調(diào)節(jié)器,并將軸封壓力控制在規(guī)定值內(nèi),以防止空氣從軸封漏入,影響凝汽器真空。
　　5.4.2 對凝結(jié)水水位及水質(zhì)的監(jiān)視與控制
　　為了消除運行中凝結(jié)水水位過高而造成的凝結(jié)水過冷卻現(xiàn)象,一方面除了要求運行人員對凝結(jié)水水位嚴格監(jiān)督外,另一方面可通過裝設凝結(jié)水水位自動調(diào)節(jié)器和報警裝置,使凝結(jié)水水位保持在正常范圍內(nèi)。同時,還可以利用凝結(jié)水泵本身的運行特性,采用凝汽器低水位運行的方式。
　　運行中凝汽器冷卻水管腐蝕泄漏,會引起凝結(jié)水硬度超標,過冷度增大。若水質(zhì)超標不嚴重,可在循環(huán)水入水口處放入木糠堵漏;若水質(zhì)超標嚴重,則采取運行中降負荷半邊凝汽器查漏方法堵漏或停機時堵漏。
　　5.4.3 對冷卻水的流量和入口溫度調(diào)節(jié)和控制
　　冬季冷卻水溫較低時,為了消除或盡量減小凝結(jié)水過冷度并節(jié)約廠用電,應減小冷卻水流量。當循環(huán)冷卻水泵采用母管制連接時,可通過改變運行的水泵臺數(shù)或者關(guān)小壓力管道上的閥門來調(diào)節(jié)冷卻水流量。如果循環(huán)冷卻水泵采用單元制配置,需通過改變水泵工作葉片旋轉(zhuǎn)角度來調(diào)節(jié)出力,或用改變電動機電極對的數(shù)目以改變轉(zhuǎn)速來改變出力,或通過改變循環(huán)冷卻水泵的工作臺數(shù)來調(diào)節(jié)出力。對于具有空氣冷水塔的機組,可通過調(diào)整運行中的多級變速風機的速度和和數(shù)量來控制冷卻水溫度,調(diào)節(jié)冷卻水流速以獲得零過冷度。
　　
　　6 總結(jié)
　　
　　對于凝汽器內(nèi)凝結(jié)水過冷度的問題,本文從各個方面分析了凝結(jié)水過冷度產(chǎn)生的原因,詳細闡述了其對機組運行經(jīng)濟性和安全性的影響,并提出了減少凝結(jié)水過冷度的對策。在凝汽設備的運行監(jiān)測中,凝結(jié)水過冷度是一個不容忽視的性能指標,因此應在設計、改造、檢修以及運行維護等各個環(huán)節(jié)采取措施控制和消除凝結(jié)水過冷度,來提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性。

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