凝汽器的安全經濟運行

摘 要：凝汽器的運行工況直接影響整個汽輪機組的安全、可靠、穩定和經濟性。凝汽器的真空受凝汽器傳熱狀況、真空系統嚴密性、冷卻水溫度、循環水流量、機組的排汽量及抽氣器的工作狀況等因素影響。分析凝汽器真空度的影響因素，找出預防真空下降的措施并做好運行調整，才能確保凝汽器的安全經濟運行。

關鍵詞：凝汽器；真空；安全經濟運行

當前，發電機組向高參數、大容量的方向發展，這樣就大大提高資源的利用率，減少了能損。提高汽輪機的進汽參數和降低排汽壓力，都可使汽輪機的理想焓降增大，熱效率提高。在蒸汽參數不變的情況下降低排汽終參數，能使蒸汽在汽輪機內做功能力增加。降低排汽壓力最有效的方法是使汽輪機的排汽在凝汽器內凝結，目前大部分火力發電廠均采用表面式凝汽器，凝結器真空系統存在著許多問題，如真空下降1%，機組熱耗將要上升0.6%～1%。因此有必要分析凝汽器真空下降的原因，找出預防真空下降的措施，維持機組經濟真空運行。

1 凝汽器真空的作用

凝汽器的作用是在汽輪機的排汽室建立并維持所需求的真空，使蒸汽在汽輪機中膨脹到較低的壓力，以提高蒸汽的可用焓降，將更多的熱能轉變成機械能；將汽輪機的排汽凝結成水，回收工質和部分熱量；熱力系統中壓力最低的汽、水匯集器，接收機組啟、停時旁路系統排出的蒸汽，凝結水再循環及熱力系統各種疏放水[1]；對凝結水和凝汽器補水進行一級真空除氧。

1.1 真空度

凝汽器的真空度表示凝結器工作特性的重要指標。當容器中的壓力低于大氣壓力時，把低于大氣壓力的部分叫做真空。真空度是真空值和大氣壓力比值的百分數。

凝汽器內真空的形成：在凝汽器內，循環水泵來的具有一定壓力的水，冷卻汽輪機排汽以凝結成水。在1Mpa壓力下，1kg的蒸汽體積比1kg水的體積大兩萬多倍，這樣蒸汽凝結成水后，其體積驟然縮小，原來被蒸汽充滿的空間就形成一定真空。凝汽器的真空形成和維持必須具備三個條件[2]。

（1）凝汽器銅管必須通過一定的冷卻水量。（2）凝結水泵必須不斷地把凝結水抽走，避免影響蒸汽的凝結。（3）抽氣器必須把漏入的空氣和排汽不凝結的氣體抽走。

在機組啟動時，凝汽器的真空是靠抽氣器抽出其中的空氣建立起來的，此時能達到的真空較低。在汽輪機正常運行時，低壓缸的排汽進入凝汽器，凝汽器內的真空主要依靠排汽的凝結形成。排汽進入凝汽器冷凝后的凝結水，匯集在凝汽器下部，由凝結水泵送至除氧器，作為鍋爐的給水。循環水泵供給凝汽器所需的冷卻水，冷卻水進入凝汽器內吸收并帶走汽輪機排汽凝結時所放出的熱量[3]。

1.2 真空在機組運行中的意義

1.2.1 經濟性。凝汽器真空的惡化，對汽輪機的經濟性影響很大，如機組在最佳真空下運行，其經濟性最高，若真空偏離設計值很大，此時機組電功率維持不變，勢必得改變機組進汽量，這樣就使得機組熱耗、汽耗率發生改變，所以保持凝汽器設備的經濟運行很重要。

1.2.2 安全性。當真空下降時，機組排汽溫度增高，使得低壓缸低壓軸承座等部分受熱膨脹，引起機組振動增加，使的端部軸封間隙減少汽封易磨損，嚴重時會造成大軸彎曲；排汽溫度的增加，會導致凝汽器管板脹口松動，破壞凝汽器水側嚴密性，凝結水被污染；汽機背壓提高，末幾級焓降減少，引起軸向推力變化；真空降低時還會使排汽壓力增高，機組的可用焓減小，出力降低；排汽的容積流量減小，對末級葉片工作不利，末級要產生旋流和脫流，同時還會在葉片的某一部位產生較大的激振力，有可能損壞葉片，造成事故。

因此，凝汽器真空度的變化無論從經濟性還是從安全性方面來說都是非常重要的。

2 凝汽器真空下降的原因

凝汽器真空的下降，可分為急劇下降和緩慢下降兩種。真空急劇下降多數為抽氣裝置或循環水系統工作失常，以及汽輪機軸封中斷或者真空嚴密性遭到突然性破壞，這些原因是比較容易發現的。而真空以較小的數值逐漸下降時，原因查找較麻煩。

2.1 凝汽器真空度下降的主要特征

（1）真空表指示降低；（2）凝結水過冷度增加；（3）排汽溫度升高；（4）端差增大；（5）在汽機調門開度不變時機組負荷降低；（6）汽輪機組出現振動[4]。

2.2 凝汽器真空度下降原因分析：

主要原因有冷卻水中斷、冷卻水量不足、凝汽器水位過高、軸封送汽調整不當、真空系統不嚴密等。

（1）冷卻水中斷。運行中出現凝汽器真空變為零，循環水泵出口側壓力急劇下降，同時汽輪機排汽溫度急驟升高，表明冷卻水供給中斷，這時應立即緊急停機，關閉循環水進水閥，在凝汽器溫度降至<50°C后方可向凝汽器供循環水。（2）冷卻水量不足。在一定負荷下，循環水進、出口溫差增大，凝汽器真空緩慢降低，大多是冷卻水量不足引起的，尤其在夏季，由于循環水進口溫度升高，有的機組既使增大冷卻水量亦不能維持要求的真空，這種情況下應限制機組負荷，減小汽輪機排汽量，以恢復正常真空。若凝汽器內管板堵塞或循環水出水管部分堵塞應采取措施清洗。（3）凝汽器水位過高。凝汽器水位過高淹沒部分冷卻水管時，由于汽側冷卻面積減少而使真空緩慢下降，嚴重時如水位升高凝結水進入抽氣管，則真空迅速下降，抽氣器排汽管冒水。水位過高的另一個危害是使凝結水過冷度增加。造成水位過高的原因主要有：凝結水泵故障或電機工作不正常，造成不能將凝結水正常抽出，故障部位可從泵出口壓力或電機電流的變化作出判斷；冷卻水管破裂或管子與管板結合不嚴密，循環水漏入凝汽器汽側，從凝結水水質化驗可得出判斷；凝結水管路再循閥開度過大；備用凝結水泵出口逆止閥關不嚴，凝結水從備用泵倒回到凝汽器。（4）軸封送汽調整不當。軸封送汽壓力過低，大量空氣會從汽輪機后汽封吸入引起真空快速下降。氣體不但影響傳熱，使凝結水過冷度增大，還會冷卻汽輪機軸頸，嚴重時使轉子收縮。（5）真空系統不嚴密。真空系統不嚴密，漏入凝汽器汽側的空氣量增多，抽氣器超負荷工作引起真空下降。真空下降時，短時間關閉抽氣器的空氣門（<1分鐘），若抽氣器真空升高而凝汽器真空繼續下降，則表明真空降低是由漏入空氣量增加所致。負荷降低時真空下降，負荷升高時真空又恢復正常，一般真空降低是由與低壓缸連接管道的結合面漏氣引起的。真空系統可能發生漏氣的地方很多，諸如排汽缸與接管法蘭，接管焊口，排汽安全閥，閥門、接頭等[5]。查找缺陷不僅需熟悉系統，而且還需細致和耐心，查明原因后及時正確處理。

3 凝汽器真空度下降的預防措施

凝汽器真空系統龐大且設備分散復雜，需要時刻做好預防真空下降的工作[6]：（1）加強對凝汽器相關運行參數的記錄分析，加強對循環水供水設備的維護。（2）加強對抽氣器、凝結水泵、射水泵等的維護，提高抽氣器工作性能。（3）加強對汽輪機軸封供汽壓力及凝汽器水位的監視及調整。（4）凝汽器低真空保護定值符合要求，保護裝置應投入運行。定期進行真空系統嚴密性試驗，若不合格時，應及時對真空系統進行查漏，堵漏。（5）減輕凝汽器銅管結垢，保持凝汽器管壁和水側的清潔。（6）加強冷卻塔運行維護。

4 結論

凝汽器是凝汽式汽輪機的一個重要組成部分，其運行好壞對機組的安全性和經濟性是十分重要的。只有了解真空降低對機組的影響，對可能引起真空系統故障的因素定時檢查，及時發現問題，及時做出準確分析判斷，并采取措施予以解決，才能確保凝汽器的安全經濟運行。

參考文獻

[1]趙素芬.汽輪機設備[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2]胡念蘇.汽輪機設備及系統[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]山西省電力工業局.汽輪機設備運行[M].北京：中國電力出版社，1997.

[4]沈士一，等.汽輪機原理[M].北京：中國電力出版社，2007.

[5]張卓澄.大型電站凝汽器[M].北京：機械工業出版社，1993.

[6]齊復東.電站凝汽器設備和冷卻系統[M].北京：水利電力出版社，1990.

作者簡介：李正義（1967，01-），男，現就職于大唐洛陽首陽山發電有限責任公司，工程師。