火力發電機組真空系統的優化治理

王利平

(甘肅大唐八○三熱電有限責任公司，甘肅 蘭州 732850)

0 引言

凝汽器真空作為發電廠重要的運行參數之一，其變化直接影響汽輪機的安全、經濟、可靠運行。

(1)凝汽器真空每降低1 kPa 則會使汽輪機汽耗增加1.5 %～2.5 %，發電煤耗增加3～4 g。同時真空降低會使汽輪機排汽溫度升高，引起汽輪機中心偏移，嚴重時甚至會引起汽輪機振動超標。

(2)凝汽器真空降低時，為保證機組出力不變，必須增加蒸汽流量，從而導致汽輪機軸向推力增大，影響汽輪機的安全運行。

(3)凝汽器真空系統嚴密性不合格時，漏入凝汽器中的空氣增加會使凝結水溶氧不合格，從而腐蝕汽輪機、鍋爐設備，影響機組運行的安全。

因此在汽輪機運行過程中，必須加強對凝汽器真空系統的監視和維護。

1 凝汽設備工作原理

凝汽設備在汽輪機裝置的熱力循環中起著冷源的作用，用于降低汽輪機排汽壓力和排汽溫度，以提高循環熱效率。凝汽設備以水為冷卻介質，主要由凝汽器、抽氣器、循環水泵、凝結水泵以及它們之間的連接管道組成。

在凝氣器中，進入凝汽設備的汽輪機排氣被通過循環水泵送入凝汽器銅管內的冷卻水冷卻成凝結水，然后由凝結水泵抽走。凝汽器內的凝結空間是汽水兩相共存的，其壓力為蒸汽凝結溫度下的飽和壓力。由于冷卻水溫度一般為20 ～35 ℃，正常運行條件下蒸汽凝結溫度為20 ～40 ℃。而20～40 ℃的飽和溫度對應的飽和壓力為3～5 kPa，遠小于大氣壓力，故需在凝汽器內形成高度真空。由于凝汽器汽側處于負壓狀態，較易漏入空氣而阻礙傳熱，影響凝汽器端差，因此需要用抽氣器不斷將汽側空氣和不凝結氣體抽走。

2 保持凝汽器真空的條件

由凝汽設備的工作原理可知，凝汽器真空的建立是由于蒸汽凝結后所對應的飽和壓力遠遠小于大氣壓力，因此要維持這一真空狀態必須滿足以下3個條件：

(1)向凝汽器銅管內不間斷地輸入冷卻水；

(2)凝結水泵不間斷地將凝結水抽走，避免因水位升高而影響蒸汽凝結；

(3)抽氣器不間斷地將凝汽器內的空氣和不凝結氣體抽走。

3 衡量真空系統嚴密性的標準

真空系統為動態運行系統，必須定期進行真空嚴密性試驗以判斷真空系統嚴密性。按照DL/T 609-1996《300 MW 級汽輪機運行導則》的規定，機組負荷在80 %以上，衡量真空嚴密性的試驗方法為：關閉運行抽汽器空氣門后，前3 min 對真空下降值進行觀察，記錄后5 min 真空下降平均值，以平均值作為評價真空嚴密性是否合格的標準。真空下降平均值≤400 Pa 為合格。

4 影響真空系統嚴密性的因素

一般情況下，凝汽器真空系統包括了凝汽器汽側部分的軸封系統、抽真空系統、部分低壓抽汽系統以及低壓缸排汽部分。此外，凝汽器真空系統還與循環水系統、冷卻塔的冷卻效果有很大的聯系。由此可見，真空系統是一個極其龐大的綜合系統，其中任何一個相關系統的工況變化都會對其嚴密性產生影響。

(1)每臺機組均配套安裝了與凝汽器相匹配的膠球清洗裝置，長期運行后一旦膠球系統不能正常投入運行，會導致凝汽器銅管結垢越來越嚴重，從而影響凝汽器的換熱效果。

(2)機組長期運行后，與凝汽器相連的真空系統設備會出現不同程度的老化，例如，彈簧片彈性的降低，使得軸封間隙增大導致軸封密封不嚴，直接影響凝汽器真空的嚴密性。

(3)冷卻水入口溫度會隨著冷卻塔的性能和運行方式以及環境溫度的變化而變化，從而直接影響凝汽器真空的嚴密性。

(4)軸封供氣和回汽系統存在缺陷，例如，軸封回汽不暢、閥門泄漏、管道焊縫有裂紋、閥門法蘭及具盤根存在不同程度的漏氣，致使真空系統嚴密性不合格。

(5)循環水泵存在缺陷，例如，循環水泵盤根漏入空氣，影響凝汽器真空的嚴密性。

(6)由于低壓缸體積龐大、剛性差、容易變形，在機組啟停過程中會產生相當大的交變應力，隨機組運行時間的增加，其變形量越來越大，從而造成空氣從低壓缸處漏入，影響凝汽器真空的嚴密性。

(7)部分低壓加熱器疏水管道泄漏也會影響凝汽器真空的嚴密性。

5 真空系統嚴密性不合格的危害

(1)真空系統嚴密性不合格時，漏入真空系統的空氣較多，若抽氣器或真空泵不能夠將漏入的空氣及時抽走，機組的排汽壓力和排汽溫度就會上升，從而降低汽輪機組的效率，增加供電煤耗，并威脅汽輪機的安全運行。

(2)空氣漏入后，導致凝汽器過冷度過大，系統熱經濟性降低，凝結水溶氧增加，造成低壓設備腐蝕，存在安全隱患。

(3)空氣漏入后，蒸汽與冷卻水的換熱系數降低，導致凝汽器端差升高。

(4)空氣漏入后，凝汽器真空降低，有效焓降減少，循環水帶走的熱量增多，冷源損失增加。

(5)空氣漏入后，凝汽器端差升高，抽氣器的負荷增加，提高了工業用水消耗量或廠用電率，引起資源浪費。

(6)真空降低導致低壓缸排汽的體積流量減少，對末級葉片工作不利。有資料顯示，當機組汽耗量不變時，真空惡化1 %，將引起汽輪機的功率約降低額定容量的1 %。當汽輪機的負荷不變時，真空惡化1 %，相當于電廠的燃煤消耗量約增加1 %～2 %。

6 優化治理的措施

(1)利用汽輪機解體大修機會更換軸封汽封。

(2)對低壓加熱器疏水系統進行排查，及時消除疏水系統缺陷,確保運行的可靠性。

(3)對循環泵進出口門、聯絡門進行檢修，確保足夠的冷卻水供應。

(4)對機組所有真空表進行校對，對凝汽器的信號管線進行打壓試驗，徹底消除漏點。

(5)保持循環水質在合格范圍內。

(6)對運行人員進行技術培訓，提高他們對運行中真空突然降低的事故的處理能力。

(7)在機組大、小修期間對凝汽器進行清洗，清除凝汽器的水垢。

(8)在機組大、小修期間對真空系統進行灌水找漏。

7 優化治理后的經濟性推算

根據發電機組真空每提高1 kPa 機組經濟性可提高3 %的規律計算，對于200 MW 發電機組，每小時可增加發電量6 000 kWh，每天可增加發電量144 000 kWh。按機組每年運行7 500 h 計算，可增加發電量4.5×107kWh。若1 kWh 電按0.27 元計算，每年可多收入1 215 萬元。同理， 300 MW 發電機組每年可多增加收入1 822.5 萬元。

同時，真空系統嚴密性提高后，機組發電煤耗會大幅度降低。按發電機組真空每降低1 kPa 機組煤耗可降低3 ～4 g 計算，1 臺300 MW 機組每年的發電量為3×105×7 500=2.25×109kWh 的電，每年可節約煤6 750 ～9 000 t。以每噸煤500 元計算，每年可節約成本337.5萬～450萬元。由此可見，真空系統優化治理的經濟效益非常可觀。

8 結束語

根據電力生產的特點以及電力生產的基本要求，只有保證電力生產經濟、安全、可靠，才能適應當今競爭日益激烈的市場化經濟。真空作為汽輪發電機組的重要安全性和經濟性指標之一，必須對其加強監視以及控制，嚴格執行并逐條落實各項措施以提高真空系統的嚴密性。

1 張燕俠．熱力發電廠(第二版)[M]．北京：中國電力出版社，2006.

2 沈英林．汽輪機運行與維護技術問答[M]．北京: 化學工業出版社，2009.

3 中國大唐集團公司．單元機組集控運行[M]．北京：中國電力出版社，2010.

4 馬巖昕．300 MW 機組運行中真空低的原因分析及采取的措施[J]．電力安全技術．2012(6).