汽轮机凝汽器两侧循环水出口温度偏差大优化探讨

汽轮机凝汽器两侧循环水出口温度偏差
大优化探讨
摘要：对于凝汽式汽轮机，凝汽器压力的大小直接影响整个汽轮机组的经济性。

在凝汽器正常运行条件下，影响凝汽器压力的主要因素是循环冷却水进水温度、循环冷却水水量等。

其中循环冷却水的进水温度主要受到环境温度以及冷却塔冷却效果的影响。

定量分析循环冷却水进水温度对凝汽器压力的影响，一方面对于合理评价冷却塔的改造效果有着重要的意义，另一方面它对于指导运行人员合理优化间接空冷塔的运行方式有着重要的参考价值。

关键词：汽轮机凝汽器；循环水出口；温度偏差大；优化策略
引言
在汽轮机组的结构体系中，凝汽器是极为重要的关键环节，其真空质量与汽轮机组的经济性运行能力直接相关。

据相关研究表明，凝汽器的真空压力每下降1kPa，将导致汽轮机组的汽耗率提高1.5%～2.5%，煤耗率提高3g/kWh至
3.29g/kWh，热耗率提高70kJ/kWh。

从原理上讲，凝汽器的真空质量主要与凝汽器背压、大气压力两项因素有关，其中，凝汽器背压所对应的饱和温度，就是低压缸处的排汽温度。

而低压缸排汽温度又与凝汽器循环水出口温度、凝汽器端差两项因素有关。

所以，若凝汽器循环水出口温度存在异常，势必会影响凝汽器的真空质量，进而对汽轮机组的良性运行构成威胁。

1汽轮机凝汽设备的工作原理
汽轮机机组的热效率受到许多因素的影响，如蒸汽初焓、排汽焓、给水焓和锅炉吸热量等。

为了使机组热效率得到提升，必须要减少排汽焓，使蒸汽初焓提高。

减少排汽焓，需要将排气压力降低，可以把蒸汽排放入密封的容器内，使蒸汽经过冷却后凝结成水，在将容器内的空气抽出，就形成了真空状态。

持续保持对密封容器中空气的抽取，能够让容器一直保持良好的真空状态，而水汽凝结的
水再次放入锅炉中。

汽轮机凝汽设备的工作原理就是使凝结水循环使用，使汽轮
机组热效率得到保持。

2汽轮机凝汽器两侧循环水出口温度偏差大的发生机理
循环水温升参数的影响因素，可以从凝汽器汽侧与凝汽器水侧两个部分来看。

其中，凝汽器汽侧对循环水温升的影响主要来自两侧热负荷不均、两侧空
气含量不均两个方面，凝汽器水侧对循环水温升的影响主要来自冷却管道情结
系数、两侧循环水量不均两个方面。

同时，两侧冷却管道处在同一运行系统中，其性能质量基本相同，所以清洁系数通常也不会存在过大差距。

相比之下，其
他两点因素的偏差波动性处于较高水平。

一方面，若单侧冷却管道发生淤积堵塞、空气积聚等情况，其内部循环水的流动量级将显著降低，使得导致该侧循
环水受到温升作用的时间变长，导致汽轮机凝汽器两侧循环水出口温度发生很
大偏差；另一方面，若汽轮机组凝汽器、低压缸的结构设计不甚合理，将使得
凝汽器两侧的排气流量难以平衡，进而造成两侧热负荷的不均问题。

3汽轮机凝汽器两侧循环水出口温度偏差大的诱发因素
3.1凝汽器的冷却管道发生堵塞
基于汽轮机运行介质的复杂性特点，凝汽器冷却管道很可能会被胶体、填料、金属氧化皮等杂质堵塞住。

此时，杂质堵塞的程度越高，冷却管道可用于循环水
流通的横截面积越小，内部阻力也就越大。

在此背景下，单位时间内冷却管道内
循环式的流通量级、流通速度都会弱于标准水平，使得温升作用加剧，最终导致
汽轮机凝汽器两侧循环水出口温度出现偏差过大的现象。

与此同时，凝汽器故障
一侧循环水进水压力与出水压力也会发生明显波动。

3.2汽轮机凝汽器汽侧热负荷参数的不均问题
1.
低压缸排气流道的工艺设计不甚合理，使得凝汽器的排汽量级无法均衡，继
而导致汽侧热负荷持续处于异常状态；第二，凝汽器冷却管束的排列布局不甚合理，导致蒸汽的流动过程受到阻碍，或破坏流场本身的均衡性，引发凝汽器汽侧
热负荷参数的过度偏差。

结合业内既往案例来看，这一问题多见于200mw及以下
的汽轮机组；第三，凝汽器单侧管道的堵管率处于较高水平，造成蒸汽流动受阻
或积聚，最终使得单侧管道温度异常升高，造成凝汽器汽侧热负荷的不均衡问题。

3.3凝汽器内的凝水温度过低
当凝汽器内凝结水的温度比入口蒸汽温度低时，就会导致设备凝水过冷，二
者的温差就是过冷度。

一旦凝水温度过低，就会造成吸热量提高，而且对煤炭的
消耗也会增加，过冷度增加1℃，会增加0.1%的煤炭消耗。

过冷度的增加还会提
升凝结水中的氧量，容易造成设备的氧化作用，使设备更容易受到腐蚀而损坏。

4火力发电厂汽轮机常见故障的解决对策
4.1对凝汽器凝汽管道进行合理排布
如果凝汽管道排布不合理，就会导致上下层管道相互影响，从而增大了管
道内的汽阻，造成凝水过冷。

为此，应做好凝汽管道的排布工作。

通常，以中
间集中、两侧疏松的形式排布管道，能够让第一排的气流速度降低，而且蒸汽
和空气的混合物能够快速从抽气口排出。

为了有效提升凝结管的热负荷强度，
管道的两侧分别开通进汽和出汽的气流通道，进气通道直接深入管束内，使热
负荷不被流失。

降低蒸汽和外界空气的混合，保证传热系数维持正常标准，提升
凝汽器的工作效率。

4.2汽轮机凝汽器两侧循环水流量不均的优化
首先，在正常工况下，若发现凝汽器单侧循环水出口温度过高，且伴有进、
出水压力的明显变大，相关人员应考虑水室或冷却管道发生了较严重的堵塞问题。

此时，应将汽轮机组的运行负荷调整至50%以下，并关闭故障一侧的进出水门及
空气门。

其后，开启水室，将水室中剩余的循环水全部放出。

最后，开启凝汽器
的人孔门，对水室、管道实施人工清污处理。

4.3保持凝汽器内正常的凝水温度
为了保证凝汽器的正常凝水温度，在布置凝水管道时应为蒸汽通道保留较大的空间。

当输入蒸汽时，可以直接到达凝汽器的底部，与冷凝水充分接触，提升了冷凝水的温度，从而避免冷凝水进入热井前温度过低。

4.4汽轮机凝汽器汽侧热负荷参数不均的优化
在发现汽轮机凝汽器汽侧热负荷经常处于不均衡状态以后，相关人员可采取加装导流板的方式，对排气流道的结构进行优化。

通过这样的方式，可以实现蒸汽流进入凝汽器冷却管束后流场分布状态的改变，从而提高凝汽器两侧热能的平均化配置，解决凝汽器换热性能低下、循环水出口温度不均的问题。

据相关研究显示，通过这一优化方法，可提升凝汽器真空压力0.3kPa左右。

同时，还可基于仿生学原理，对凝汽器汽侧冷却管束的排布方式进行优化改造，并将管道材质更换为316L不锈钢。

这样一来，既能促进蒸汽的均匀流动，也可避免管道氧化皮的大量生成，达到降低堵管概率、提升凝汽器真空质量的目的。

4.5清除容器内过多氧气
为了获得较高的除氧效果，应保证真空设备 60%以上的负荷。

当汽轮机组刚刚启动或低负荷运行时，除氧效果较差，无法使凝结水在进入热井前回热。

此时，可以加入鼓泡除氧设备，一旦汽轮机组处于刚启动或低负荷状态，就可以打开鼓泡除氧设备，使加入的蒸汽同凝结水混合，提升凝结水的温度，同时还能将不凝结气体排出。

结束语
在汽轮机中，真空系统凝结设备能够为汽轮机的正常运行提供保障。

凝结设备中包含多个部分，每个部分都彼此联系是不可分割的。

为了提高汽轮机的工作效率，就要对凝结设备中的各个部分进行改善，采取有效的措施进行优化，从而使汽轮机凝汽设备提供更有效的服务，保障汽轮机持续高效地运行。

参考文献
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