电厂汽轮机节能降耗应用研究

摘 要：凝汽器是汽轮机组的一个重要附属设备，其作用是使汽轮机排汽受冷却凝结成水，形成高度真空，使汽机内的蒸汽能膨胀到低于大气压力，多做功。其运行工况的正常与否，直接影响到整个机组的安全和经济运行。操作人员应了解设备运行特性，做好运行监视、维护工作。保持凝汽器良好运行工况，保证达到最有利的真空度也是电厂节能的重要内容。

关键词：凝汽器；节能；运行

1.凝汽器作用

凝汽器主要由壳体、管板、管束、中间管板等部件组成。管板将凝汽器壳体分割为蒸汽凝结区和循环冷却水进出口水室；中间管板用于管束的支持和定位。凝汽器下部还设有收集凝结水的空间，称为热井。凝结水汇集到热井之后，由凝结水泵输送到回热加热系统。由于管束的布置得合理，凝结水下落时不断冲击下排管束的外表面，使管子外表面的层流层不断受到破坏，始终不能增厚，从而改善传热效果。 在凝汽器中，有一部分蒸汽直接从管束底部向上进入管束，这部分蒸汽不断地对自上而下流动的凝结水产生较剧烈的扰动，加热凝结水。这样，一方面可使凝结水脱氧，另一方面还可以减小凝结水的过冷度。

凝汽器的主要功能是在汽轮机的排汽部分建立低背压，使蒸汽能最大限度地做功，然后冷却下来变成凝结水，并予以回收。凝汽器的这种功能由真空抽气系统和循环冷却水系统给予配合和保证，真空抽气系统的正常工作，将漏入凝汽器的气体不断抽出，循环冷却水系统的正常工作，确保了进入凝汽器的蒸汽能够及时地凝结变成凝结水，体积大大缩小，既能将水回收，又保证了排汽部分的高真空。

2.凝汽器运行中应对如下指标进行监控

2.1凝汽器的真空

空气漏入凝汽器中，除了使排汽压力和温度升高，降低汽轮机的经济性外，还会使汽轮机低压缸因蒸汽温度升高而变形，造成机组振动，甚至使机组被迫减负荷或停机；其次，由于空气分压力增大，增加了空气在水中的溶解度，因而使凝结水中的含氧量增加，加剧了低压管道和低压加热器的腐蚀，增加了除氧器的负担，对机组安全运行有不利的影响；此外，空气积聚在水管周围，使传热阻力增加，传热端差增大，真空下降；空气分压力增大还产生使凝结水过冷度加大和抽气器的负担增加等不利影响。

2.2凝汽器端差

凝汽器排汽压力对应的饱和温度与凝汽器循环水出口温度差称为凝汽器端差。凝汽器端差取决于凝汽器单位蒸汽负荷、传热系数和冷却水流量，另外，还必须考虑真空系统漏汽量和冷却水管表面污染程度。而传热系数本身又受很多因素的影响。在负荷和冷却水量一定的条件下，端差增大，往往是凝汽器管束内表面脏污及汽侧积存过量空气所致。端差大将使真空恶化，降低机组的经济性。

2.3凝结水温度

凝结水理论上的温度应等于该压力下的饱和温度，即排汽温度，低于排汽温度即出现过冷却度，现代大型凝汽器的凝结水过冷却度小于或等于1°C，一般最大不应超过2°C.

2.4凝汽器冷却水进、出口温度

冷却水温升增加一般为冷却水水量不足，冷却水温升下降为凝汽器漏入空气和管束结垢影响，在正常条件下，冷却水温升为8—10°C。

2.5凝汽器循环水进、出口压力

凝汽器管板处堵塞会造成凝汽器入口压力升高，当入口压力不变时，出口压力升高，表明收球网堵塞，凝汽器入口压力降低也可能是系统压力降低，水量减少造成。

2.6凝结水流量

凝结水水量不足时，造成凝结水泵汽蚀，出口压力摆动，根据系统不同，可能影响主抽气器和轴封冷却器的运行，严重时可造成除氧器压力异常升高，为防止流量降低设置了凝结水再循环，保持一定的凝结水流量。

2.7凝汽器水位

凝汽器在运行中应维持正常水位，凝汽器水位升高会使凝结水过冷，淹没铜管将使凝汽器冷却面积减少，造成凝汽器真空下降，若水位继续升高，可淹没抽气器抽气口，使凝汽器真空急剧下降，严重时可造成低压缸进水，凝汽器水位过低会造成供水量不足。

2.8真空系统严密性

2.9凝汽器胶球清洗装置

凝汽器胶球清洗装置是用特制的海绵橡胶球连续通过凝汽器冷却水管，以清洗管内污垢的装置，它可以提高凝汽器的传热效果，防止汽轮机热效率因背压升高而降低，同时可以防止冷却水管因结垢而腐蚀，延长冷却管的使用寿命，此外，与人工清洗，酸洗等方法比较，可以不停机，提高机组可用率。

3.提高凝汽器真空度的途径

3.1降低凝汽器热负荷

目前大部分汽轮机采用表面式凝汽器。由于有热阻存在，冷却水温总是比凝结水温要低，热经济性差。排汽量越大，则蒸汽凝结放出的热量就越多，冷却介质需带走的热量越多。然而冷却水流量、传热面积、循环水温度是受生产成本所限制的，为了减轻凝汽器热负荷，提高机组热效率，可以在凝汽器喉部增设一套装置，具体方法有以下两种：

一种是在凝汽器上部、排汽缸喉部的有限空间里，加装一个表面式加热器，其入口与工业水系统连接，出口送至化学供水系统加热生水。通过这种方式，一来可以吸收排汽的热量，减轻凝汽器的热负荷；二来可以吸收排汽的热量来加热生水，达到节约能源的作用，从而提高机组的热经济性。这种方法的缺陷有两个方面：一是新装生水加热器铜管排列安装在机组凝汽器冷却水铜管上方，存在汽阻问题；二是增加了凝汽器支撑的质量载荷。因此，方案设计与施工应尽量避开缺点，从而获得尽可能好的改造效果。另一种是在凝汽器喉部增加一套雾化式喷头，通过接触式传热，可吸收部分蒸汽凝结热，使部分补充的除盐水在凝汽器内形成一个混合式凝汽器，从而减轻表面式凝汽器的热负荷，提高真空。这套装置的关键是选好喷嘴，确保喷射后的雾化水空间充满度要大、压差要小；其次需合理设置喷嘴间的相互位置。喷嘴减温虽然效果好，但已形成的凝结水在管束上黏附形成水膜，不利于管束传热。同时，凝结水在自上而下滴落的过程中会遇到冷却水管的再冷却，造成凝结水的过冷度，从而影响整个机组的经济性。因此，并不是喷人的冷却水流量越大，越有利于真空的提高，经济性越好。冷却水量与排汽量的比例应由试验来确定。

3.2清洗冷却面

在凝汽器中，污垢热阻有时会成为传热过程的主要热阻，须给予足够的重视。运行中，循环冷却水采用经过严格预处理的厂内水，同时合理安排冷却面清洗周期，一般采用二步法（干洗法和酸洗法）来清洗。冷却面结垢对真空的影响是逐步积累和增强的，因此判断冷却面是否结垢时，应与冷却面洁净时的运行数据作比较。结垢可使凝汽器冷却管内的阻力损失增大。初期的结垢较松，污泥多，可用干洗法：利用汽轮机日开夜停的机会，选用除氧器的热水灌满凝汽器的汽侧，冷却管内用风机吹干，泥垢发生龟裂后，用冷水冲掉。当凝汽器冷却铜管结有硬垢，真空下降已无法维持正常运行时，则需进行酸洗：可选用浓度5%的有机酸（氨基磺酸）作为主洗剂，对铜管进行清洗。

3.3提高真空系统的严密性

定期对喉部以下凝汽器汽侧和真空系统进行灌水检漏，消除喉部、管道接头、水位计连通接头、凝结水泵轴端密封装置等处的漏汽点；检查清理抽气器的喷嘴，保证其抽气效率；根据负荷的变化，合理调整汽轮机轴封蒸汽压力；经常检查负压系统的阀门；加强射汽抽气器的运行调整，法兰处不应有松动现象。

3.4降低冷却水温

在开式循环系统中，冷却水温完全由自然条件决定；而在闭式循环系统中，冷却水温度不仅受大气温度和相对湿度的影响，还取决于循环水设备（主要是冷水塔）的运行状况。冷水塔运行不良，其出口水温将明显升高。要保证水塔正常运行，应落实维护责任制，定期检查水塔内部喷嘴、溅水碟、配水槽、填料等运行状态，发现缺陷及时处理。

3.5控制凝汽器出入口温差

凝汽器出人口温差反映循环水量的大小，一般控制值为8～10oC。冷却水量对凝汽器的性能的影响主要为两个方面：①冷却水量的变化同热负荷变化一样，使冷却水温度升高和端差发生变化，从而影响饱和温度和真空；②冷却水量的变化改变了凝汽器管内流速，使总体传热系数发生变化，同样影响凝汽器真空。

4.结论

维持凝汽器良好运行工况，保证达到最有利的真空是电厂节能的重要方面之一。

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