凝汽器化学补水改造分析

H

j j 1 1 2 2 3 3
4 4
装置效率现对提高
i
H 100% H H
可得全年因此节约标煤为： B b b
i P T
从我厂一期机组改造后的运行情况可得，凝汽器化学补水经过雾化后，真空可提高近 90Pa。根据一期机组背压修正曲线查得，凝汽器真空每提高 1kPa，热耗降低 0.7％。根据已 有数据计算得出，补水雾化提高凝汽器真空，减小过冷度，提高低加换热效果等，可带来节 约标煤近 350 吨/年的经济效益，半年即可回收成本。 6 结束语 一期凝汽器化学补水雾化改造实例及运行结果表明， 此次系统优化改造取得显著的效益、 效果，经济性好。随着我国电力事业的发展，电厂将越来越多，机组的容量也将越来越大， 因此补水方式的优化，将会起到更显著的作用。采用凝汽器化学补水雾化装置，吸收汽轮机 循环的汽化潜热，提高循环效率，并且提高了除氧器的温度，可以在很大程度上起到节能降 耗的作用。
E PT
[kW·h]
式中 τ——机组每年运行小时数。 每年节省的燃煤用下式（4）计算：
B
qE 29307.6 b p
[kg]
(4)
式中 q——机组热耗值，kj/kW·h ηb——锅炉效率，％ ηp——管道效率，％ （2）过冷度变化的热经济性收益 化学补水系统改造前， 补水没有与排汽进行热交换而直接以水柱的形式流入热水井， 产 生凝汽器过冷度。由混合点热平衡式可得：
Dn t n t N Db t N tb
Dn
式中
D n



（1）
Db (t N t b ) tn tN
[kg/s]
（2） Dn
tn
——凝结的排汽量，kg/s
t n ——排汽焓，kj/kg
D t bb
t N ——凝结水焓，kj/kg Db——补水量，kg/s
Dn+Db t N t b ——补水焓，kj/kg 根据凝汽器特性曲线，可得出 D n 对应的凝汽器真空变化△p。凝汽器提高真空带来的 经济效益是多发电，节省煤，用下式（3）表示：
和温度，同时补水使得这部分排汽凝结成饱和水，为汽体从水滴中溢出、扩散创造了条件， 从而达到除氧和降低排汽温度的目的，同时又防止出现补水沿着凝汽器内壁流动的现象。 国内还有一部分机组的补水是从除氧器补入， 这样的补水方式更不经济， 因此目前各大 新上国产机组的补水方式均从凝汽器补入， 但原设计有雾化装置的极少。 补水从凝汽器加入 并加装雾化装置的好处有以下几个方面： a.可以提高凝汽器真空。我们知道，补水温度低，一般在 20℃～25℃，而汽轮机的排 汽温度高，一般在 35℃～40℃， 。若使补水以雾化状态补入凝汽器的喉部，则因为补水温度 低，排汽温度高，使之在该处进行无端差的混合换热，低温补水吸收排汽放出的汽化潜热立 即被加热到排汽压力下对应的饱和温度； 排汽因放热而凝结成水。 因为补水量小， 排汽量大， 所以只有部分排汽在喉部凝结。 这样就使进入凝汽器钛管冷却区的汽量减少， 在冷却水量和 冷却水温不变的情况下，可以提高凝汽器的真空度。 b.可以多抽低压汽。与补水进入除氧器相比，补水进入凝汽器后，可以使凝结水泵、低 压加热器及主凝结水管道上增加了一个补水流量。 在低加出口水温即进入除氧器的凝结水温 不变的情况下， 因为流经低加的水量增加， 可以多抽低压汽， 从而可以提高机组的热经济性。 c.可以少抽高压汽。当补水进入凝汽器后，按水流动方向，经凝结水泵、低压加热器， 逐一加热升温， 与所有汽机排汽的凝结水一起进入除氧器进行除氧， 这时水温经低加吸热后 已经升高（与补水直接补入除氧器相比） ，所以补水进入凝汽器可以少抽除氧器这一级高能 位的蒸汽，并提高热经济性。 d.对提高除氧效果有利。补水进入凝汽器后，经低压加热器的加热，与所有主凝结水一 起进入除氧器之前， 水温已经很高， 只需少量的除氧器抽汽就可以很快加热到除氧器压力下 的饱和状态（沸腾状态） 。根据热除氧原理：要想有很好的稳定的除氧效果，使水达到饱和 状态是的必要条件。 而低温的化学除盐水直接补入除氧器， 并加热到除氧器压力下的饱和状 态，则需要一定的时间，所以补水进入凝汽器对提高除氧效果非常有利。另外，由热除氧原 理知： 水中溶解的气体的量与水温有关系， 水温高溶解的气体的量就少。 补水进入凝汽器后， 经低加加热使进入除氧器中的补水温度提高， 含氧量减少， 这对减轻除氧器振动和水锤冲击 非常有利。 4 补水改造具体方案 改造后的化学补水管从原补水管引出接入凝汽器， 引出点位于补水大小阀之后的补水母 管上， 当凝汽器水位低于运行时的正常值时， 开启补水阀通过改造后的补水管进行补水至正 常水位。机组原化学补水管道系统不变，在凝汽器外面的φ159 补水管上（根据现场情况选 择在凝泵坑入口处上方的补水管处） ，加装一阀门，在该阀门前面φ159 管上用三通引出一 旁路φ133 不锈钢管进入凝汽器（φ133 管引入位置与原φ159 并排，相隔 400mm） ，φ133 进入凝汽器后再分成两路φ108 管组成一未封闭的“口”字型，管道末端用堵板焊死。口字 型尺寸经测量凝汽器内部尺寸确定，横向 5750mm，纵向 8000mm，如图 1 所示。 在“口”字型管路上均匀加装雾化喷嘴 80 个（根据补水压力和补水量设计确定喷嘴出 力和喷嘴个数，喷嘴中心线间距 325mm） ，保证补水量与改前补水量相同。喷嘴水平布置， 机组正常运行时，化学补水经喷嘴以雾状喷出，喷出的水雾呈 90 度锥体形状并以螺旋形旋 转，使凝汽器喉部形成一个雾化区。这样，就可以使补水被加热到排汽压力下的饱和水温而 减小凝结水过冷度，最大限度的凝结排汽量，对提高真空有利。另外，补水雾化后，可以使 补水中含的空气离析溢出而被真空泵抽走，这样对降低凝结水含氧量，提高低加传热效果、 减缓低加氧化腐蚀速度有利。 凝汽器内新增的补水管道靠在凝汽器内的支撑架上，并用 U 型抱箍固定，U 型抱箍与支 撑架焊死。雾化喷嘴的螺纹连接部分采用点焊加固，防止在运行中脱落，砸伤钛管。
i
H 100 % H H
（7）
式中 H——新蒸汽等效焓降 全年因此节约标煤为
B bb i PT
(8)
式中:bb——机组额定负荷时发电标煤耗率。 （3）低加提高传热效果带来的热经济性收益 因为补水在凝汽器内实现雾化， 补水中的空气在凝汽器内得以除掉， 改善了凝结水含空 气量，对提高低加换热效果有利，表现为有利于提高低加的出口水温。因为改造后四台低加 传热系数的提高幅度难以定量计算， 所以只能根据面式换热器的计算经验， 取每台低加出口 水温提高△T。则 j ＝4.1868×△T，新蒸汽等效焓降提高：
图 1 凝汽器补水管路布置图 原补水管路设计为汽机启停机时的快速补水旁路， 因雾化喷嘴是根据机组正常运行时的 补水量设计的，为了满足开机时快速补水的要求，故设计一补水旁路。在补水旁路上加装一 手动截止阀， 机组正常运行时关闭该阀门， 待机组开机或是凝汽器灌水捉漏需要大量补水时 开启该阀门进行快速补水。 5 改造后的理论热经济性分析 （1） 真空变化的热经济性收益 由补水和排汽之间的热平衡式求出补水雾化后增加的排汽凝结量 D n ：
Dn t N Db t b (Dn Db )t n
式中
t n ——为混合后的凝结水焓
'
'
(5)
Dn——排汽量
n t N t n ，由等效热降原理，新蒸汽等效热降增加由下式（6）计算 计算得过冷度
H nn n1
式中
'q1 q 1 来自 n(6)αnn——凝结水份额 η1——末级抽汽效率 q1——末级抽汽放热量 装置效率相对提高
凝汽器化学补水改造分析
1 前言 火电厂生产过程的实质是将燃料中的化学能经一系列过程转变为电能。 然而， 在这些转 换过程中，总是存在着数量不等、原因不同的各项热损失，最终导致燃料中的化学能只能部 分转化为电能。在众多损失中，以冷源损失为最大，因此减少冷源损失或把冷源损失加以适 当利用，是一项十分有意义的工作。本文着重介绍我厂一期机组补水改造为过程，简述通过 在凝汽器喉部加装补水雾化装置，来达到充分利用排汽余热，适当减少冷源损失，提高凝汽 器真空，进而提高机组热经济性的目的。 2 凝汽器工作的主要影响因素 凝汽器是一个布满换热管的热交换器，换热管内是循环水，换热管外是低压蒸汽 。凝 汽器在电厂中的主要作用在于在汽轮机出口处建立并维持一定的真空， 使蒸汽在汽轮机内膨 胀到指定的凝汽器压力，增大汽轮机的理想焓降，增大汽轮机功率，提高汽轮机组的循环热 效率，同时将排汽凝结成水并送入锅炉循环利用，减少锅炉耗煤量。凝汽器性能评价的主要 指标是凝汽器真空度、 凝结水过冷度和凝结水含氧量。 目前国内火电厂在役机组普遍存在凝 汽器真空度低、凝结水过冷度大、换热管腐蚀的问题，严重影响了机组的经济运行。 2.1 凝汽器真空度 真空的形成是由于在凝汽器内蒸汽和凝结水汽液两相之间存在着个与蒸汽凝结温度成 正比的平衡压力， 它代表着凝汽器内的绝对压力。 因此在极限情况下， 即冷却水流量很大时。 凝汽器内的极绝对限压力为 0．0023MPa(20℃的冷却水)，此时的凝汽器压力要远低于大气 压，即形成真空。 电站凝汽器一般运行经验表明：凝汽器真空下降，汽轮机汽耗会大幅度增加。而且，凝 汽器真空的降低，会使排汽缸温度升高，引起汽轮机轴承中心偏移，严重时会 引起汽轮机 组振动。此外，当凝汽器真空降低时，为保证机组出力不变，必须增加蒸汽流量，而蒸汽流 量的增加又将导致轴向推力增大，使推力轴承过负，影响汽轮机的安全运行。所以在实际的 热电厂运行中，最好使凝汽器在设计真空值附近运行。 3 改造可行性 目前汽轮机大部分是采用表面式凝汽器。 由于有热阻存在， 冷却水温总是比凝结水温要 低，热经济性差。排汽量越大则蒸汽凝结放出的热量就越多，冷却介质需带走的热量越多。 但是冷却水流量、传热面积、循环水温度是受生产成本所限制的，因此为了减轻凝汽器热负 荷，提高机组热效率，本文的改造研究主要侧重于凝汽器补水系统的改造，即将凝汽器补水 增加一路雾化式喷头补水，这样通过接触式传热，可吸收部分蒸汽凝结热，使这部分补充的 除盐水在凝汽器内形成一个混合式凝汽器，从而减轻表面式凝汽器的热负荷，提高真空。 华能福州电厂 1、2 号机组化学补水补入凝汽器的方式，是采用较为传统的φ159 补水 管直接伸入凝汽器喉部 1.5 米长， 并在凝汽器喉部内的管子上打许多小孔 （约φ5） 的形式。 机组运行时， 化学补水在这些小孔中以水柱的形状喷出， 没有实现雾化。 由于没有实现雾化， 也就无法使温度较高的排汽和低温补水在喉部实现热交换， 或者说排汽的潜热没有足够放热 给低温的补水，补水也无法吸收排汽的热量而被加热，其结果不利于提高机组的热经济性。 根据机组的实际情况， 在多方取证、 分析的前提下， 确定已有专利对补水系统进行雾化改造。 改造后补水仍采用目前的从凝汽器补入的方式， 水以雾化状态从凝汽器喉部补入， 从而形成 一个雾化带。即补水进入凝汽器后，通过一种机械雾化喷嘴，使其达到雾化状态，汽轮机排 汽首先与雾化水进行热交换，由于它们之间是接触式换热，且雾化补水水滴较小，从而强化 了补充水与排汽间的换热。 所以部分排汽放出的汽化潜热能使补水温度立即升高到排汽的饱