熱力電廠凝結水過冷現象的分析

房錦

摘 ? ?要：汽輪機的排汽溫度達到其凝汽器壓力下的飽和溫度即理論凝結溫度時并不能凝結，要在這個飽和溫度以下的某一溫度（稱為實際開始凝結溫度）才開始凝結，即在這個過程中實際凝結溫度總是低于理論凝結溫度的，兩者的溫度差值就稱為過冷度。熱力電廠中凝結水過冷度代表凝汽器熱水井中凝結水的過度冷卻程度。理論上凝結水過冷度越大造成機組經濟性越差，熱力電廠凝結水過冷度一般控制為0.5～2℃之間，機組運行中關注凝結水過冷度這個指標范圍也能從中反映出機組在運行安全性、經濟性等方面的問題。因此分析凝結水過冷度偏差大的原因，如何采取針對措施有效縮小凝結水過冷度對于熱力電廠汽輪發電機組運行工作具有不可忽視的經濟價值和安全意義。

關鍵詞：熱力;凝結;分析;對策

中圖分類號：TM621 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1004-7344（2019）03-0075-02

1 ?凝結水過冷度偏大現象分析

在熱力發電廠投入使用的過程中，不時會發生機組凝結水過冷度較突出的現象，導致凝結水過冷度偏差的因素很多，可能是冷凝器設計或者操作不當引起的，所以從以下幾個方面進行分析：

1.1 ?凝結器構造上存在缺陷

由于冷凝器冷卻水管束布置過于緊密且不盡合理，使蒸汽混合物在管束中心到冷凝器中有較大的蒸汽阻力，導致冷凝器內部的絕對壓力從冷凝器入口到出口逐漸減少，使得冷凝器實際冷凝的蒸汽溫度低于冷凝器入口處的飽和溫度，導致冷卻過度。結果，大部分蒸汽負荷集中在上部冷卻管束中。冷凝水通過致密管束并在冷卻管外側形成一層水膜，該水膜附著在循環水冷卻管上，使冷凝水的過冷卻加重。

1.2 ?空氣漏入凝汽器或真空泵工作不正常

在該裝置運行期間，處于真空狀態的汽輪機的排氣缸、冷凝器和低壓給水加熱系統如果存在任何不當操作，都會導致漏氣。此外，真空泵的異常工作，不能適時地排出漏氣進入冷凝器。這兩個原因使冷凝器中積聚的空氣和非冷凝氣體增加，不僅會在冷卻水管表面形成不良的傳熱膜，阻擋傳熱效果，增加傳熱端差;同時，它還使冷凝器中蒸汽氣體混合物中的空氣成分增加，導致空氣分壓的增加和蒸汽分壓的相對降低，而蒸汽在其自身的分壓下仍然冷凝。使冷凝水溫度低于排氣壓力下的飽和溫度，導致過度冷卻。

1.3 ?運行中凝汽器水位過高

如果冷凝泵運行不正常或操作員的處理錯誤，會導致冷凝器熱水井中的冷凝水位過高，淹沒了冷卻水管，使冷卻水管中的循環水帶走部分熱量。使冷凝水的過度冷卻突增。

1.4 ?凝汽器冷卻水入口溫度和流量的影響

試驗與運行經驗表明，在一定的蒸汽負荷下，當冷卻水入口溫度降低或流量增加時，凝汽器壓力降低，真空增加，進入熱井的凝結水的過冷度將增大。

1.5 ?溫度較低的補充水直接補入凝汽器的熱水井

在該裝置運行期間，由于鍋爐污水排放等因素，在循環過程中失去了蒸汽水分。因此，為了使汽輪機正常進氣，需要適當地補充到蒸汽水的循環系統中。通常，補充水直接添加到冷凝器中，冬季補充水的溫度通常低于設計條件下的溫度。這樣，低溫補充水直接加入冷凝器的熱水井中，當補充水流量大時，必然會導致冷凝水溫度降低，導致過冷度增加。

1.6 ?凝汽器冷卻水管破裂

在工作狀態下，萬一出現凝汽器冷卻水管破裂問題，造成循環水漏入凝結水，將使凝結水溫度降低，過冷度增加，此時還伴有凝結水硬度增大的現象發生。

2 ?過冷度對機組運行的影響

2.1 ?對機組運行經濟性的影響

冷凝水過冷標志著冷凝器運行經濟性的主要性能。過冷度低意味著循環水散失的熱量少，經濟性高;然而，過冷度高意味著循環水散失的熱量多，冷源損失增加，造成增多發電機組的能耗，使經濟性較低。據了解，過冷度提高1℃，單位時間內的熱耗散率提高0.02%。可以看出，冷凝水的過冷度對單元的經濟運行具有顯著影響，并且是至關重要的運行監控指標。

2.2 ?反映機組運行安全性能

當冷凝物的過冷度增加時，冷凝物表面上的蒸汽壓力降低并且空氣壓力增加。參考物理學定律，溶解在冷凝水中的氣體含量與熱水井水面上的氣體分壓成正比。可以看出，溶解在水中的氣體含量升高會導致冷凝水中氧含量增加。目前的高參數大容量的熱發電機組對冷凝水的氧含量有嚴格的要求。氧氣增加會導致冷凝器、軸加、低加交換管和腐蝕加劇及相關管道閥門，影響設備的使用壽命，根據自身操作經驗多年，在冷凝器銅管泄漏運行碰巧也是時不時發生，并且反思工作中的漏洞，往往犧牲了整體的運作效率，增加了機組運作的安全隱患。另外，冷凝水中氧含量的增加也增加了除氧器的工作負擔，這使得除氧器的脫氣效果更差。在嚴重的情況下，它會腐蝕供水管道和鍋爐節能器，過熱器，再熱器和其他高溫和高壓管道，導致泄漏和管道爆炸。可以看出，隨著冷凝水過冷度的增加，出現了一系列問題，不容忽視。冷凝水的過冷度應作為衡量火電機組運行安全性，可靠性和經濟性的重要指標之一。

3 ?減小凝結水過冷度的對策

通過上述凝結水過冷度偏大原因及其對機組運行經濟性和安全性影響的分析可知，保持較低的凝結水過冷度有利于機組運行的安全性和經濟性，若凝結水過冷度異常增大則有必要查明原因并采取措施加以改善。以下將從設計安裝、運行、檢修等方面采取措施以減小凝結水過冷度。

3.1 ?設計安裝中所采取的對策

（1）在冷凝器冷卻水管束的設計中，在管束結構的安裝中留有足夠寬的蒸汽通道，這不僅可以確保蒸汽均勻地流入管束的每個區域，而且還可以確保部分廢蒸汽能夠連接到冷凝器底部，以降低冷凝水的過冷度。

（2）為了避免部件在運行過程中出現空氣泄漏，應采用彈性連接，實現汽輪機出口與冷凝器的連接。

（3）為了排放到冷凝器中的疏水性，補充水和循環水以及其他附加流體等，連接到冷凝器的位置必須高于冷凝水的位置，連接到冷凝器的最佳上部蒸汽空間，以便及時取出空氣中的水和擋板，防止沖洗冷卻水管，從而導致冷凝水的過冷度增加。

（4）為了通過添加到冷凝器中的補充水來減少冷凝物的過冷，鍋爐用于通過連續排放污水來適當地加熱冷凝物。一組管式換熱器安裝在冷凝器輔助水箱中。從連續排污和膨脹容器中抽出管道，并將廢水作為熱源送到熱交換器以加熱補充水。但是，這增加了投資成本和設備的日常維護，因此應根據實際情況實施。

3.2 ?運行中所采取的對策

（1）對運行中機組真空的監視與控制

運行中應努力設法保持機組真空在最佳狀態，加強對機組真空的監視，發現真空異常變化應立即查找原因，積極采取有效針對措施，迅速使之恢復正常;應確保機組運行中抽氣器或真空泵工作正常;機組負荷、工況變化時應加強調整，將軸封壓力控制在規定范圍以內，防止空氣從軸封漏入。這些是防止凝結水過冷的有效措施之一。

（2）對凝汽器水位及水質的監視與控制

為了消除運行中凝汽器水位過高而造成的凝結水過冷卻現象，這就要求運行人員對凝汽器水位嚴格監視，對凝汽器水位自動調節器做好日常運行檢查維護，在變工況的情況下能隨時保持凝汽器水位在正常范圍內。

（3）對循環冷卻水流量的調節和控制

當冬季冷卻水溫度較低時，為了盡量減少冷凝水的過冷度，減少冷源損失，節約能耗，應適當減少循環冷卻水流量。當循環冷卻水泵通過主控制器連接時，可以通過改變運行中循環水泵的數量或關閉小循環水管道上的閥門來調節冷卻水流量。如果循環冷卻水泵采用單元系統配置，則應通過改變循環水泵工作葉片的旋轉角度，或通過改變電動機電極對的數量來改變輸出，以改變輸出，或者通過改變循環冷卻水泵的工作站數量，減少冷源損失和冷凝水的過冷度。

3.3 ?檢修中所采取的對策

真空系統漏水大修，重點集中在冷凝器喉部，低壓抽氣管道，低壓缸體軸封蒸汽進出管接頭，低壓缸法蘭接頭面，熱井，冷凝管道接頭焊接，冷凝器水位計，排水閃蒸罐焊接接頭，真空系統，與冷凝器熱水管閥門部件連接等，對查找到的泄漏處進行正確有效的修補，確保系統無泄露。對真空泵或抽汽器進行拆體檢查，及時修復、更換受到磨損、損壞或產生裂紋的部件。保證運行中抽氣設備的正常工作，以便及時抽出凝汽器內不凝結氣體，保持真空在正常范圍從而有利于凝結水過冷度的控制。

4 ?總 結

關注凝結水過冷度，在熱力發電機廠應該引起足夠的重視。一旦凝結水過冷度異常增大，就要引起相關部門和運行人員的警惕。從機組運行經濟性和安全性角度出發，盡早發現安全隱患才有利于盡快解決問題，維持機組長期高效、安全、穩定運行。關于凝結水過冷度的分析、探討本文所提供的一些粗略建議希望能為相關討論、研究工作拋磚引玉。

*因水平有限，文中難免不當之處，懇請讀者朋友不吝賜教、批評斧正。本人衷心感謝！

收稿日期：2018-12-7