影響凝汽器端差的因素分析及應(yīng)對(duì)措施

王小波

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽515200）

1 凝汽器端差的定義及作用

凝汽器端差的定義是凝汽器壓力相對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度與循環(huán)冷卻水出口溫度之差。凝汽器端差是衡量凝汽器換熱性能的重要參數(shù)，是反映凝汽器傳熱性能、真空嚴(yán)密性和循環(huán)水系統(tǒng)工作狀況的一個(gè)性能指標(biāo)，所以在凝汽設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)中，凝汽器端差是一個(gè)非常重要的參數(shù)。一般運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，端差每升高1℃，機(jī)組單位煤耗將升高約1g?，F(xiàn)代大型凝汽器在設(shè)計(jì)負(fù)荷下所能達(dá)到的最小傳熱端差為1～5℃，一般常在3～10℃之間選取，本廠凝汽器為雙流程凝汽器，可取偏小值，規(guī)程中規(guī)定凝汽器端差不超過3℃。

以δt表示端差，ts表示凝汽器壓力相對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度，tw表示循環(huán)冷卻水出口溫度，則δt＝ts－tw，ts為單值函數(shù)，Pk＝f（ts）。根據(jù)凝汽器傳熱方程可得如下理論公式：

式中，Δt為冷卻水溫升；K為總換熱系數(shù)；A為凝汽器總換熱面積；Gw為冷卻水流量；cp為冷卻水比熱容。

對(duì)已投運(yùn)的凝汽器而言，通常情況下?lián)Q熱面積A是無法改變的，而冷卻水比熱容cp的變化量很小，可以忽略。由以上公式可知：傳熱端差δt與冷卻水流量Gw成正比，當(dāng)Gw增加時(shí)，δt增大；同時(shí)，冷卻水流量增加，加強(qiáng)了冷卻水管內(nèi)表面的對(duì)流換熱，凝汽器的總換熱系數(shù)K增大，K與端差δt成反比，δt減小；另外，冷卻水流量Gw增大，換熱速率增大，冷卻水溫升Δt減小，由冷卻水溫升Δt與端差δt成正比可知端差也要減小。

2 Gw、K、Δt和δt之間的關(guān)系

利用數(shù)學(xué)模型對(duì)以上公式進(jìn)行計(jì)算可以得出Gw、K及Δt對(duì)δt的影響速率，比較來說Δt與K 對(duì)δt的影響要高于Gw對(duì)δt的影響。隨著冷卻水流量的增加，傳熱端差會(huì)增大，但是由于冷卻水溫升的下降，傳熱端差又會(huì)減小，二者中冷卻水流量增大而導(dǎo)致的傳熱端差增大的速度要小于冷卻水溫升下降而導(dǎo)致的傳熱端差減小的速度。與此同時(shí)，隨著冷卻水流量的增加，凝汽器的總換熱系數(shù)會(huì)不斷增大，傳熱端差會(huì)逐漸減小，由于冷卻水流量增大而導(dǎo)致的傳熱端差增大速率要小于傳熱端差減小速率。

據(jù)此得出如下結(jié)論：δt與Gw有關(guān)，但是受Gw影響不大，也就是說冷卻水流量增大最終將使得凝汽器的傳熱端差減小。

結(jié)合本廠的實(shí)際情況，循環(huán)水泵屬于固定轉(zhuǎn)速、固定葉片泵，不能調(diào)節(jié)冷卻水流量和壓力，假如運(yùn)行中利用關(guān)小凝汽器循環(huán)水出口蝶閥來調(diào)整冷卻水壓力和流量，在出口蝶閥關(guān)小的情況下，冷卻水壓力會(huì)升高，流速會(huì)增大，換熱效果也會(huì)加強(qiáng)，但此時(shí)冷卻水流量會(huì)相應(yīng)減少，由以上公式可知，凝汽器端差會(huì)有所升高，所以本廠在凝汽器運(yùn)行中未使用此方法。

在凝汽器正常運(yùn)行時(shí)，冷卻水溫升Δt一般變化不大，且Δt與δt成正比，而降低溫升最直接的方法是提高冷卻水流量，但由以上的分析得知δt與Gw有關(guān)，但受Gw影響不大，且受機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和設(shè)備設(shè)計(jì)的限制。所以現(xiàn)場(chǎng)用于降低凝汽器傳熱端差δt最有效的手段是提高凝汽器的總換熱系數(shù)K，而K值又受很多因素的影響，如冷卻水流量及流速、鈦管冷卻表面潔凈程度、凝汽器真空度等。下面分析各個(gè)因素的影響以及運(yùn)行中的應(yīng)對(duì)措施。

3 提高K的方法及應(yīng)對(duì)措施

3.1 減小凝汽器熱負(fù)荷

根據(jù)傳熱學(xué)原理，隨著熱負(fù)荷的增加，凝汽器的性能會(huì)逐漸降低，并且端差會(huì)不斷增大，且在循環(huán)水流量和總傳熱系數(shù)不變的條件下，端差同凝汽器負(fù)荷成正比例關(guān)系。隨著凝汽器熱負(fù)荷的不斷變化，凝結(jié)器傳熱端差也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。導(dǎo)致凝汽器熱負(fù)荷產(chǎn)生變化的原因有多種，除了供熱機(jī)組及排汽供熱量的變化外，還有各級(jí)抽汽疏水等介入凝汽器都會(huì)增加額外的熱負(fù)荷，因此在運(yùn)行過程中，我們應(yīng)避免產(chǎn)生額外的熱負(fù)荷，防止因此導(dǎo)致端差增加。

運(yùn)行中為了減小凝汽器熱負(fù)荷，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)機(jī)組通向凝汽器的疏放水門進(jìn)行監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)有內(nèi)漏情況及時(shí)處理；

（2）盡量減少機(jī)組熱負(fù)荷通向凝汽器，特別是高低加危疏管道，其所攜帶的熱負(fù)荷很高，要盡量減少高低加危疏調(diào)門的開關(guān)次數(shù)。

3.2 改變冷卻水流量及流速

凝汽器內(nèi)部換熱過程主要以對(duì)流換熱為主，而對(duì)流換熱與冷卻水流速有很大的關(guān)系，一般情況下，流速越大，換熱越強(qiáng)，但主要還是決定于冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

結(jié)合本廠實(shí)際，循環(huán)水泵屬于軸流式固定轉(zhuǎn)速、固定葉片泵，不能調(diào)節(jié)冷卻水流量和壓力，運(yùn)行中只能以凝汽器循環(huán)水出口蝶閥的開度調(diào)整來改變冷卻水進(jìn)口壓力和流量，出口蝶閥關(guān)小，換熱會(huì)加強(qiáng)，但此時(shí)循環(huán)水泵的功耗會(huì)增加，且之前分析過Gw對(duì)δt的影響不大，可以忽略不計(jì)，故未采用調(diào)節(jié)凝汽器循環(huán)水出口蝶閥的方法來提高K值。

3.3 提高凝汽器真空度

（1）一方面，蒸汽冷卻凝結(jié)時(shí)鈦管表面被一層液膜覆蓋，凝結(jié)放出的熱量必須穿過液膜才能傳到冷卻面，這時(shí)液膜層就成為換熱的主要熱阻；另一方面，真空系統(tǒng)漏入空氣或真空泵工作失常，將導(dǎo)致凝汽器內(nèi)的不凝結(jié)氣體增多，不能及時(shí)排出。

（2）凝汽器循環(huán)水室上部鈦管積存空氣，將影響鈦管換熱效果，使對(duì)蒸汽冷凝失效。

（3）凝汽器水位過高，淹蓋鈦管，排汽溫度升高，將使得鈦管冷凝蒸汽的效率下降，導(dǎo)致凝汽器真空下降，K值變小，δt值變大。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)值凝汽器真空每下降1kPa，機(jī)組汽耗會(huì)增加1.5%～2.5%。

所以，運(yùn)行中應(yīng)調(diào)節(jié)凝汽器水位在穩(wěn)定范圍內(nèi)，同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行真空系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗(yàn)定期工作，一旦發(fā)現(xiàn)真空系統(tǒng)不嚴(yán)，要及時(shí)查找漏點(diǎn)并消除；若為真空泵工作失常，應(yīng)及時(shí)要求檢修處理。另外，要定期對(duì)凝汽器循環(huán)水室進(jìn)行排空氣，以使凝汽器循環(huán)水室上部鈦管充滿冷卻水。在其他因素不變的情況下僅考慮真空泵的抽吸能力，真空泵抽吸能力越大，凝汽器內(nèi)不凝結(jié)氣體越少，傳熱越強(qiáng)，端差越低，真空亦越高。

3.4 提高鈦管表面潔凈度

清潔系數(shù)減小，凝汽器鈦管越臟污，凝汽器的傳熱系數(shù)就越小，傳熱端差也就會(huì)增大。由于本廠凝汽器采用海水冷卻，里面含有大量的生活垃圾和微生物，不僅會(huì)使凝汽器鈦管或循環(huán)水管道堵塞，減少冷卻水流量，還會(huì)使鈦管結(jié)垢，降低換熱強(qiáng)度；另外，由于機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，鈦管受到凝結(jié)水長(zhǎng)期浸泡和蒸汽沖刷，鈦管汽側(cè)表面也會(huì)形成鹽垢，從而使熱阻增加，傳熱強(qiáng)度下降。

運(yùn)行中預(yù)防和改善凝汽器鈦管臟污的主要方法有：

（1）加強(qiáng)汽水品質(zhì)監(jiān)督：設(shè)有汽水品質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)，并定期手工測(cè)試各項(xiàng)汽水指標(biāo)，嚴(yán)格按照規(guī)程執(zhí)行凝結(jié)水水質(zhì)的處理流程，若確定凝汽器外漏，立刻進(jìn)行排補(bǔ)或隔離查漏。

（2）提高冷卻水品質(zhì)：1）在循環(huán)水前池定期添加藥物去除海洋生物，另外在循環(huán)水系統(tǒng)停運(yùn)前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加藥保養(yǎng)；2）裝設(shè)一、二次旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行，清理排出循環(huán)水中的生活垃圾，當(dāng)循環(huán)水母管壓力達(dá)0.13MPa時(shí)，說明二次濾網(wǎng)網(wǎng)孔堵塞情況較為嚴(yán)重，須采用二次濾網(wǎng)大反沖洗以提高二次濾網(wǎng)清潔度；3）采用膠球清洗裝置定期投放膠球，對(duì)凝汽器循環(huán)水室進(jìn)行清洗，或采用高壓水定期清洗凝汽器冷卻水室，但此方法需要至少隔離半側(cè)凝汽器，會(huì)限制機(jī)組負(fù)荷，影響經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語

在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持“以設(shè)備治理為基礎(chǔ)，通過運(yùn)行方式的調(diào)整來克服季節(jié)因素帶來的不利影響”的原則，堅(jiān)持以科學(xué)理論分析為依據(jù)，緊密結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，合理組織、統(tǒng)籌安排。要對(duì)設(shè)備系統(tǒng)全面分析、深入研究、逐步排查，找出影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，在確保安全的前提下爭(zhēng)取最大的經(jīng)濟(jì)效益。