汽輪機(jī)凝汽器最佳運(yùn)行工況技術(shù)分析

楊杰

摘 要：對凝汽器工作的主要影響參數(shù)進(jìn)行分析，包括排汽量的變化的影響、真空的嚴(yán)密性的影響、冷卻水流量的影響、傳熱端差的影響，進(jìn)一步分析凝汽器真空的主要影響因素，確定凝汽器最有利的真空度，進(jìn)而獲得汽輪機(jī)凝汽器最佳運(yùn)行工況。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)凝汽器；真空；最佳運(yùn)行工況

中圖分類號：TK264.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）02-0089-02

凝汽器是汽輪機(jī)組的一個重要附屬設(shè)備，其運(yùn)行的好壞將直接影響汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性。所以，如何保證凝汽器在最佳工況下運(yùn)行已成為設(shè)備使用企業(yè)謀求發(fā)展的課題。

1 影響汽輪機(jī)凝汽器工作的主要參數(shù)

1.1 汽輪機(jī)組真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性

汽輪機(jī)組真空系統(tǒng)由兩大系統(tǒng)組成，分別是抽真空系統(tǒng)、密封蒸汽系統(tǒng)。使用其真空系統(tǒng)可產(chǎn)生做功用的低背壓。而其嚴(yán)密性直接影響到凝汽器內(nèi)的真空度，真空度越低，則意味著系統(tǒng)的中的空氣量增加，導(dǎo)致凝汽器內(nèi)的熱交換效率下降，嚴(yán)密性越差。凝汽器內(nèi)汽水換熱的過程效果，受凝汽器內(nèi)汽側(cè)空氣分壓力影響非常大，空氣在蒸汽放熱時起阻礙作用，改變了凝汽器的空冷區(qū)與主凝結(jié)區(qū)的匹配關(guān)系， 造成汽阻增大、主體傳熱系數(shù)的降低，抽氣器過載，因而需要對真空系統(tǒng)嚴(yán)密性進(jìn)行監(jiān)控，防止真空惡化。

1.2 汽輪機(jī)組凝汽器負(fù)荷的變化

汽輪機(jī)以不同工況的變化發(fā)生著負(fù)荷的改變，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組蒸汽流量發(fā)生變化，隨之汽輪機(jī)末級排汽量發(fā)生變化，凝汽器冷卻的蒸汽負(fù)荷也發(fā)生變化，對凝汽器工作參數(shù)的造成影響。當(dāng)?shù)陀?0%的凝汽器額定負(fù)荷時，將會引起空冷區(qū)的變化，使汽側(cè)放熱系數(shù)明顯變化，漏入的空氣量影響變化劇烈程度，漏氣量越大，變化越劇烈。熱負(fù)荷的變化也會引起冷卻水加熱度的變化，傳熱端差和冷卻水溫升則隨之變化，以上變化反轉(zhuǎn)過來，則影響凝汽器內(nèi)部絕對壓力的變化，真空發(fā)生變化。凝汽器的變化對凝汽器真空產(chǎn)生多方面產(chǎn)生影響。

1.3 汽輪機(jī)組真空度影響因數(shù)

隨著機(jī)組內(nèi)冷卻水量的不斷增加，凝汽器真空度不斷變大，總傳熱系數(shù)也隨之變化。由于冷卻水流量對凝汽器端差影響存在臨界值，冷卻水流量與流速在凝汽器水側(cè)管道內(nèi)是成正比的。管道內(nèi)單位時間內(nèi)流過的水量越小，機(jī)組內(nèi)冷端的真空度下降越快。

反之，管道內(nèi)單位時間內(nèi)流過的水量越大， 機(jī)組內(nèi)冷卻水溫升越快，冷端的端差越大， 使系統(tǒng)總傳熱系數(shù)增加。此外，機(jī)組的真空度還受冷卻水溫升和端差的影響，假定冷卻水流量衡定，冷卻水初溫越高，機(jī)組內(nèi)管道的真空相越低。加上漏入的空氣量的增加，真空下降速度不斷加快。

1.4 汽輪機(jī)組凝汽器內(nèi)引起端差變化的可能因數(shù)

端差是一系列相對值的集合體，是排汽溫度與循環(huán)水出口水溫的相對差值。通過對比凝汽器端差值，可判斷其運(yùn)行狀態(tài)的好壞。引起端差的可能因數(shù)有：入口冷卻水溫度、單位面積蒸汽負(fù)荷、表面潔凈度、空氣量及冷卻水流速。

在汽輪機(jī)負(fù)荷不變的條件下， 端差增大，輪機(jī)內(nèi)管道壓力加大，真空度降低，使得排汽壓力升高， 導(dǎo)致可用焓降比例下降，從而引起汽輪機(jī)組的輸出功率下降。排汽溫度過高可能使排汽缸軸承座受熱膨脹，使轉(zhuǎn)軸中心發(fā)生偏移，從而產(chǎn)生振動，對后幾級葉片的運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。端差值與端差指標(biāo)值相差越大，說明凝汽器單位面積蒸汽負(fù)荷下降，銅管表面可能已長銅綠，影響散熱，此時，應(yīng)停機(jī)及時進(jìn)行清理。

2 凝汽器最有利真空的確定方法

由于凝汽器真空提高，使汽輪機(jī)功率增加與循環(huán)水泵多耗功率的差數(shù)的最有利真空。在收集到凝汽器各種工況下的運(yùn)行的數(shù)據(jù)后，就可以確定汽水兩側(cè)在變工況條件下的最佳工作狀態(tài)，具體的方法有以下幾種。

2.1 凝汽器內(nèi)溫升值的確定方法

冷卻水在凝汽器內(nèi)的溫升值為：

其中，hc、hc′為汽輪機(jī)排汽焓和凝結(jié)水的焓；Dc為汽輪機(jī)的排汽量；Dw為冷卻水流量；cp為冷卻水的定壓比熱。

在凝汽式汽輪機(jī)正常的壓力變化范圍內(nèi)，取hc-hc′=2 200×103J/kg；取冷卻水的定壓比熱cp=4 186.8 J/（kg·℃），則冷卻水在凝汽器內(nèi)的溫升可以表示為：

假定汽輪機(jī)排汽量Dc衡定，冷卻水流量Dw變大，則溫升值Δt變小，兩者成反比關(guān)系。冷卻水流量大小可以通過凝汽器循環(huán)水泵特性曲線與冷卻水管路特性曲線之間的交點(diǎn)來確定。當(dāng)冷卻水流量的達(dá)到指標(biāo)值時， 溫升值Δt也即是應(yīng)達(dá)值。

2.2 凝汽器端差值的確定方法

凝汽器端差為：

其中，Ac 為凝汽器的冷卻面積， m2；k為凝汽器總體傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）。

相應(yīng)的凝汽器端差應(yīng)達(dá)值為：

2.3 凝汽器最有利真空值的確定方法

溫升的應(yīng)達(dá)值Δt及凝汽器端差的應(yīng)達(dá)值δtt確定后，可通過以下試子則得到的汽輪機(jī)排汽溫度的應(yīng)達(dá)值為：

凝汽器壓力的應(yīng)達(dá)值為tst 對應(yīng)的飽和壓力pct。

相應(yīng)的凝汽器最有利真空值為：

Ht=pata-pct

其中，pata為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ琍a 。

凝汽器最有利真空值確定后可與實(shí)際測量值進(jìn)行對比，實(shí)現(xiàn)對凝汽器的運(yùn)行狀態(tài)識別。當(dāng)凝汽器真空值小于最有利真空值時， 表明凝汽器真空降低，通過對比冷卻水在凝汽器內(nèi)的溫升及端差的應(yīng)達(dá)值，分析并找出凝汽器真空降低的原因。

3 汽輪機(jī)凝汽器最佳工況圖

凝汽器最佳工況圖有助于汽輪機(jī)凝汽器在最佳運(yùn)行工況下的技術(shù)分析，指導(dǎo)運(yùn)行操作人員在不同的季節(jié)水溫條件下根據(jù)汽輪機(jī)的負(fù)荷高低來確定最合理的泵群組合供水方式，以獲得最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果。凝汽器最佳工況圖可提供人機(jī)對話界面，可對輸入當(dāng)前對其進(jìn)行分析的系統(tǒng)運(yùn)行方式、汽輪機(jī)、凝汽器和循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析評價，當(dāng)前的負(fù)荷及正在運(yùn)行中的汽輪機(jī)凝汽器特性，與對應(yīng)的最佳運(yùn)行工況相比較找出問題解決方案。

4 結(jié) 語

凝汽器的真空度對汽輪機(jī)裝置的效率、功率有重大影響， 是汽輪機(jī)裝置經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵性指標(biāo)。因此，必須加強(qiáng)汽輪機(jī)凝汽器的運(yùn)行管理，嚴(yán)格控制及規(guī)定各個參數(shù)范圍，確保汽輪機(jī)既安全又經(jīng)濟(jì)地在最佳運(yùn)行工況的運(yùn)行。同時，應(yīng)時刻關(guān)注汽輪機(jī)凝汽器的事先預(yù)防和檢查工作，通過嚴(yán)格的質(zhì)量控制，防患于未然，減少因汽輪機(jī)凝汽器故障所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊善讓.汽輪機(jī)凝汽設(shè)備及運(yùn)行管理[M].北京：水利電力出版社，1993.

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