提高25 MW汽輪機組凝汽器真空度的方法研究

史小科

（潞安礦業(yè)集團公司五陽熱電廠， 山西 長治 046205）

引言

凝汽器作為汽輪機組的核心設備，其工作時的穩(wěn)定性和可靠性直接關系到了火力發(fā)電的效率[1]。目前，在多數(shù)汽輪機組中，凝汽器工作時通常處于低真空度工作狀態(tài)，導致氣輪機組在工作時燃料利用效率低下，工作效率低，經(jīng)濟性差。

1 射水抽氣器結構對抽真空效果的影響

射水抽氣器[2]是一種用于火力發(fā)電廠汽輪組抽吸凝汽器真空和其它需要抽真空的專用設備，根據(jù)抽氣器的喉部結構的長度，可將其分為長喉型抽氣器和短喉型抽氣器。短喉型抽氣器在工作時，其通流截面上的流體的壓力分布如圖1所示。

圖1 短喉型抽氣器內通流截面上的壓力分布曲線

圖中 ：Pw表示水泵在出口位置的流體壓力，Pm表示水泵水流出后經(jīng)過短喉管時造成的高真空的壓力，Pn表示從凝汽器抽出的氣液混合物在擴散管內的壓力。分析可知，當水流從水泵流出進入到短喉管處時，其最初仍然是呈柱狀的水流結構，當進入到短喉管后迅速的被凝結，使水流和空氣開始混合并形成水汽乳濁液，乳濁液將在短喉管的側壁形成倒流，其在倒流的時候會產(chǎn)生倒流旋渦，然后迅速的被水流沖走，如此反復，形成了較大的環(huán)流損失。而由于其喉部較短，導致氣液混合物在喉管內尚未完全混合就被推入到擴散管內，壓力迅速升高導致水的汽化潛熱迅速的降低，使在擴散管內所吸收的熱量大幅降低，從而導致?lián)Q熱效果的迅速降低。

因此，要顯著提升射水抽氣器換熱效果的關鍵在于當從水泵中射出的高速流體在進入到擴散管之前就能夠達到均勻混合的工況。因此，只有有效提升射水抽氣器喉部的長度，使液流在喉管內能夠完全充分的混合，其壓力能夠迅速的提升到滿足排出抽氣的要求，從而極大節(jié)約功耗。射水抽氣器的喉管長度和凝汽器的流量比的關系如圖2所示。

圖2 凝汽器喉管長度與流量比的關系曲線

由分析可知，當喉管長度為2500mm時，凝汽器的流量比可達3.15，此時25 MW汽輪機工作時的消耗功率從短喉管狀態(tài)時的約2.37 kW/（kg·h），降低到目前狀態(tài)的1.14 kW/（kg·h），極大的提高了抽氣效率，有效的提升了工作時真空度，取得了較好的抽真空效果。

2 水環(huán)泵抽氣管路對抽真空效果的影響

水環(huán)泵工作時的水溫對系統(tǒng)吸氣量的影響可表示為[3]：

式中：Da為工作水在出口側溫度為t時的吸氣量；Pm為水環(huán)泵啟動時的工作壓力；Ps，t為工作水在出口側溫度為t時的飽和壓力；Ps，15為工作水在15℃時的飽和壓力；n為水環(huán)泵在實際工作時的轉速；n'為水環(huán)泵在工作時的額定轉速；Da，15為工作水在出口側溫度為15℃時的吸氣量。

分析可知，當汽輪機在工作時，其工作的水溫越高，水環(huán)泵工作時的抽吸的能力越弱。因此只有將其工作水溫保持在一種恒溫狀態(tài)，才能夠確保凝汽器可靠的抽真空的要求。因為水環(huán)泵在工作時影響其水溫的主要原因是泵從凝汽器中抽出的氣液混合物中含有大量的汽化潛熱，其在進入到水環(huán)泵中后將產(chǎn)生極大的熱量，造成泵體內的水溫的迅速升高，從而導致了其抽真空能力弱。故需要對水環(huán)泵結構進行優(yōu)化，使氣液混合物在進入到水環(huán)泵之前就能得到充分的冷卻。經(jīng)分析，最終確認采用在其抽氣管道的靠近凝汽器的一端設置一個混合式的冷卻設備，整合后其整體結構如圖3所示。

圖3 混合式冷卻設備安裝結構示意圖

在進行設備改造時，應特別注意要增加管路的直徑，確保系統(tǒng)增加冷卻裝置后，在抽氣的過程中其沿管路的沿程阻力損失不得超過管路系統(tǒng)改造前的沿程阻力損失。

經(jīng)對該25 MW汽輪機組實際現(xiàn)場驗證，在增加了冷卻裝置后其工作時的真空度能提升約150 Pa。

3 抽氣設備性能對抽真空效果的影響

抽氣設備主要是用于將凝汽器中的非凝結的氣體及時抽采出來，確保工作時凝汽器能夠達到較好的真空度，提升換熱可靠性，因此抽氣設備工作的可靠性直接影響著凝汽器的抽真空效果，抽氣器與凝汽器工作特性的關系曲線如圖4所示。

由圖4可知凝汽器在抽氣時出口位置的壓力和抽氣器的吸入的壓力之間的關系可表示為[4]：

式中：PC為凝汽器的抽氣壓力；ΔPm為流體在抽氣管道和凝汽器之間流動時的阻力損失。

圖4 抽氣器與凝汽器工作特性關系曲線

由于在實際工作時ΔPm的增加并不能完全抵消汽器的抽氣壓力增加的影響，因此依舊會導致系統(tǒng)的抽氣壓力的增加，時抽氣器工作特性點從位置A處，轉移到位置B處，抽氣器的吸氣量也隨之增加到Da"。因此可知若要提升系統(tǒng)工作時的真空度，就需要確保抽氣器的連續(xù)的吸氣量，在系統(tǒng)中設置兩臺抽氣器能夠顯著提升其工作時抽氣的連續(xù)性和抽氣量，使工作時的真空度顯著提升。

4 結論

1）射水抽氣器喉管長度對凝汽器真空度有直接影響，其喉管長度越長工作時消耗的功率越小，真空度越高；

2）在水環(huán)泵抽氣管路入口處增加冷卻裝置能夠顯著提升凝汽器工作時的真空度，實際驗證表明在增加了冷卻裝置后其工作時的真空度能提升約150 Pa，對真空度提升的效果顯著；

3）在系統(tǒng)中設置兩臺抽氣器，能夠顯著提升其工作時抽氣的連續(xù)性和抽氣量，使真空度顯著提升。