凝汽器傳熱及其對機(jī)組效益影響分析

曾衛(wèi)新

摘 要：本文分析了凝汽器傳熱的過程，論證了影響汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器傳熱的各種因素，并結(jié)合中核運(yùn)行二廠的實(shí)際運(yùn)行工況，提出了提高凝汽器真空和機(jī)組效益的對策。

關(guān)鍵詞：凝汽器 真空 傳熱 效益

凝汽器是汽輪發(fā)電機(jī)組的一個(gè)重要組成部分，其作用是將汽輪機(jī)排汽冷卻成凝結(jié)水，形成高度真空，使進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽能膨脹到低于大氣壓力，多做功。其運(yùn)行工況的正常與否，直接影響到整個(gè)機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。所以電廠運(yùn)行人員應(yīng)了解該設(shè)備運(yùn)行特性，做好運(yùn)行監(jiān)視、維護(hù)工程，保持凝汽器良好運(yùn)行工況，保證達(dá)到最有利的真空狀態(tài)。

1.傳熱與真空的關(guān)系

正常運(yùn)行時(shí)凝汽器的排汽壓力與排氣溫度的關(guān)系是飽和蒸汽的壓力和溫度的關(guān)系，也就是說凝汽器的排汽壓力是由相應(yīng)的飽和蒸汽溫度來決定的，而飽和蒸汽的溫度與外界冷卻介質(zhì)的熱交換程度有關(guān)。在凝汽器中，蒸汽受冷卻發(fā)生相變，相變時(shí)凝結(jié)水在整個(gè)換熱面上保持飽和溫度T（冷凝水），蒸汽汽化潛熱被冷卻水吸收。其中：

2.分析

（1）當(dāng)作為凝汽器循環(huán)冷卻水的海水進(jìn)口溫度“T進(jìn)”下降，海水吸收的熱量就增加，蒸汽冷凝溫度“T（冷凝水）”就越低。

（2）當(dāng)受熱面積F增加和傳熱系數(shù)K越大，則冷卻水出口水溫度上升，其吸收熱量就增加，蒸汽冷凝溫度就越低。

（3）當(dāng)海水冷卻水流量增加時(shí)其吸收的熱量就增加，其增加的幅度由上式可看出，按數(shù)量級估算，就不及上面兩種情況，當(dāng)然它同樣也可使蒸汽冷凝溫度降低。

總之，冷凝溫度的下降可使排汽壓力相應(yīng)降低，增大蒸汽在汽機(jī)內(nèi)部的焓降，使得有更多熱能在汽機(jī)中轉(zhuǎn)化成機(jī)械能。

3.影響傳熱系數(shù)的因素

傳熱系數(shù)表證了傳熱過程的強(qiáng)烈程度，傳熱系統(tǒng)數(shù)越大，傳熱過程越強(qiáng)，熱阻越小。

下面對每一個(gè)過程進(jìn)行分析。

（1）蒸汽在管子外壁的凝結(jié)換熱。蒸汽冷卻凝結(jié)時(shí)壁面被一層液膜覆蓋，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。影響凝結(jié)換熱的因素從運(yùn)行角度看主要是不凝結(jié)氣體（即空氣），它對凝結(jié)換熱產(chǎn)生十分有害的影響，即使含量極微。在靠近液膜表面的蒸汽側(cè)，隨著蒸汽的凝結(jié)，蒸汽分壓力減小，不凝性氣體的分壓力增大。

（2）管子內(nèi)外壁的傳熱。清潔鈦管的導(dǎo)熱換熱系數(shù)由其材質(zhì)和結(jié)構(gòu)尺寸決定，其熱阻是很小的，然而冷凝器運(yùn)行一段時(shí)間后，換熱面上會(huì)積起水垢、污泥、油污之類的覆蓋污垢層，有時(shí)還由于換熱面與流體的相互作用發(fā)生腐蝕而引起覆蓋污垢層。所有這些覆蓋物都表現(xiàn)為附加熱阻，換熱性能下降。

（3）對流換熱的影響因素。影響換熱的因素包括影響流動(dòng)的因素及影響對流換熱熱量傳遞的因素，后者是由物性參數(shù)決定，前者與流速、特征尺寸及物性參數(shù)有關(guān)，而運(yùn)行中能改變的只有流速，提高流速（海水流量）對換熱十分顯著，但同時(shí)它又增加了流動(dòng)阻力，阻力與流速的二次冪成正比，所以循環(huán)水泵功率也要增大，這就需要綜合考慮。

4.結(jié)合中核運(yùn)行二廠實(shí)際運(yùn)行淺談提高真空的途徑

為了簡單地說明問題，將凝結(jié)水溫度簡化成下面的式子：

T（冷凝水）== T進(jìn)+△T（海水溫升）+δT（端差）

T進(jìn)：海水溫度對真空的影響比較大，冬天的真空就比夏天高許多，但這個(gè)沒法人為改變。

△ T（海水溫升）：海水溫升主要取決于蒸汽的焓降、海水流量，蒸汽的焓降主要由汽機(jī)負(fù)荷和T（冷凝水）決定，運(yùn)行人員應(yīng)保證抽汽的正常運(yùn)行，盡量減少各種到凝汽器的疏水排汽。海水流量對真空也是有影響的，夏天潮位高的時(shí)候真空就好些，潮位下去真空也下降，主要是夏天海水溫度太高的緣故。所以夏天循環(huán)水泵應(yīng)盡量保持高速運(yùn)行，提高海水流量。在冬天，海水流量對真空的影響較小，因?yàn)楹Ｋ疁囟群艿停饹Q定作用。

δT（端差）：δT（端差）是不可避免的，否則就沒有傳熱了，但是過大就說明鈦管傳熱有問題或海水流量不夠了，鈦管傳熱系數(shù)主要是與鈦管的清潔度和不凝氣體的抽出程度相關(guān)。δT（端差）越小，說明凝汽器的效率越高。這點(diǎn)也適用于各級抽汽加熱器，即抽汽溫度與出水溫度越接近，說明這個(gè)抽汽加熱器效率越高。因此，機(jī)組大修期間，

對于中核運(yùn)行二廠，因?yàn)槟鞒檎婵毡糜沙Ｒ?guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)（SRI系統(tǒng)）提供冷卻水，該冷卻水冷卻真空泵水環(huán)中的水。抽真空泵里面并非絕對真空，它的真空度取決于水環(huán)中的水溫，即等于該水溫對應(yīng)的飽和壓力。凝汽器里的真空取決于冷凝水溫度，而不凝氣體的抽出主要靠這兩個(gè)真空之間的壓差。所以，只要抽真空泵的水溫比凝汽器水溫低些，不凝氣體就能抽出。夏天真空泵的水環(huán)水溫一直比凝汽器水溫低幾度，所以夏天改變真空泵的水溫對真空的影響不大，而海水溫度和潮位影響更大一些。冬天就不一樣，由于冬天時(shí)中核運(yùn)行二廠的SRI溫度控制的比較高，抽真空泵的水溫與凝汽器水溫差不多，影響不凝氣體的抽出，從而影響了真空和含氧量，所以冬天SRI溫度對真空影響較大，需要加強(qiáng)關(guān)注和調(diào)節(jié)。

5.結(jié)束語

凝汽器的運(yùn)行情況、狀態(tài)和真空系統(tǒng)的嚴(yán)密程度決定了凝汽器的真空度。減小凝汽器換熱面的蒸汽負(fù)荷、循環(huán)水的進(jìn)口溫度，提高循環(huán)水量、根據(jù)季節(jié)控制好常規(guī)島閉式冷卻水系統(tǒng)的水溫、保持冷卻表面的清潔程度和真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性，均可降低排汽壓力，提高真空度，增加蒸汽在汽機(jī)內(nèi)部有效焓降，從而收到較好的經(jīng)濟(jì)效益。