电厂凝汽器的改造研究

电厂凝汽器的改造研究
【摘要】凝汽器是电厂中的重要设备之一，是电厂热力特性循环中的重要一环，其工作性能的好坏直接影响整个汽轮机组的安全性和经济性。

保持凝汽器良好运行工况，是电厂节能的重要内容。

通过分析凝汽器的性能评价指标，提出增加雾化补水管的改造方案，达到改善凝汽器性能的目的。

【关键词】凝汽器;补水系统;真空
Abstract：Condenser is one of the most important equipments in power plant，it’s normal operation will be save much energy sources.In order to improve the performance of condenser，an effective transformation was proposed，which was adding a supplying water system by analyzing the influence factors of condenser.
Keywordsk：Condenser;Supplying water system;Vacuum
1.引言
随着社会的不断进步，人们的生活与电的联系更加密切，电力工业在国民经济中发挥的作用也愈加重要。

在我国，火电在电力工业中占很大比重，是一个不断将一次能源转化为二次能源的行业，也是消耗一次能源的大户。

2000年我国平均供电煤耗为392g/kWh，比国际先进水平高70g左右，相当于美国、英国20世纪70年代的水平[1]，由此可见我国火电厂存在着巨大的节能潜力。

根据我国目前的能源现状和政策，火电厂节能技术的开发也成为电力工作者的研究重点。

凝汽器作为一个重要的汽轮机组辅机，是影响火力发电机组安全经济运行的一个重要因素，因此如何有效地提高凝汽器的工作效率，是提高汽轮机组工作效率的关键问题[2]。

保持凝汽器良好运行工况，保证达到最有利的真空是电厂节能的重要内容。

因此热力系统的优化设计和热力系统的技术改造，改善运行操作，提高运行效率，降低生产成本，以实现节能的目标势在必行。

2.凝汽器的作用及影响因素
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水密性、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[3]。

1）凝汽器水密性
凝汽器管内的循环水在冷却塔中冷却时，由于蒸发作用，水不断浓缩，含盐量高，而凝结水是经化学除盐，接近纯净的水质，几乎不含杂质。

对于大型电站锅炉，如果凝汽器冷却管泄漏，冷却水进入凝结水中，会引起锅炉水质恶化，造成锅炉炉管爆管与穿孔，迫使机组降负荷运行，甚至停机。

所以对于大型火电站的凝汽器，要求水密性良好，不出现冷却管腐蚀泄漏现象。

2）凝汽器真空度
凝汽器真空度是表征凝汽器工作特性的主要指标，是影响汽轮机经济运行的主要因素，它是蒸汽在凝汽器内凝结时造成的。

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一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：凝汽器真空每下降1kPa，汽轮机汽耗会增加1.5%-2.5%[4]。

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铀向推力增大，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。

据估算，一台600MW的机组，真空每下降1%，引起热耗增加0.05%，少发电约306KW。

有资料显示，凝汽器每漏入50kg/h的空气，凝汽器真空下降1Kpa，机组的热耗增加约6%-8%。

对已投入运行的机组，采取以下措施来提高真空。

a）降低凝汽器的热负荷
b）提高真空系统的严密性
c）降低冷却水温
3）凝结水过冷度
凝结水过冷度增加1℃，会导致电站煤耗增加0.13%，同时，凝结水过冷使凝结水含氧量增加，导致管道设备腐蚀。

由此可见，凝结水过冷度对机组效率的安全运行有重要影响。

对于在役凝汽器，过冷度增加有以下几方面的原因：
a）凝汽器中空气积存量的增加
b）冷却水流量相对增加
c）凝结水水位过高
4）凝结水含氧量
凝结水含氧量过大会导致管道与设备的腐蚀。

已有研究表明，空冷区凝结水中氨浓度的急剧增加与氧的存在与作用是导致换热管氨腐蚀的根本原因。

目前，国内大型机组要求凝结水含氧量为：超高压≤0.04mg/L，亚临界≤0.03mg/L。

凝汽器应该具备以下特征：
1）具有较高的平均传热系数。

2）凝汽器本体及真空系统应维持高度严密性
3）汽阻及凝结水的过冷度要小
4）水阻要小
5）凝结水的含氧量要小
6）能够不停机清洗和检修3.凝汽器热负荷分析
凝汽器的热负荷可由下列关系式表示：
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
其中，Q—凝汽器热负荷;Dp—低压缸当量排汽量;hp—低压缸排汽焓;hc—凝结水焓;Gw—冷却水流量;cp—冷却水比热;tw1—冷却水进口温度;tw2—冷却水出口温度;δt—传热端差;Δt—冷却水温升;m—冷却倍率;ts—凝汽器压力下饱和温度;K—传热系统;A—冷却面积;PK—凝汽器压力。

由上述关系式可见，对于几何条件一定的在役凝汽器，热负荷增加时，冷却水温升增加，凝汽器端差也增加，最后引起饱和温度上升，则凝汽器真空降低。

4.补水系统改造方案
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。

由式（2-1）知，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。

针对补水系统，本文提出的改造方案为：增加一路补水管从凝汽器喉部引入，沿凝汽器轴线方向上分成两排补水管路布置在两侧，喷嘴均布在补水排管上，喷嘴个数根据实际补水压力和每只喷嘴出力确定。

补水门下游增加U型多级水封，以防止环境中的空气通过不严密处漏入凝汽器，影响凝汽器真空。

由于开停机时与正常运行时所需的补水量差别很大，建议两路补水互相切换，开停机需要补水量大时开启原先无喷头的补水管，正常运行需要补水量小时使用雾化补水管。

要形成雾化喷水，补水的压力要足够高，需要试验确定雾化效果的补水压力;同时要确保喷射后雾化水空间充满度大且压差小，需要通过试验或模拟确定喷嘴个数和出力以及喷嘴相互之间的距离。

喷嘴布置时要考虑满足不同状态下的补水需要，以防止补水量减少时关小补水门会影响雾化效果。

改造之后的凝汽器具有以下两方面的优越性：
1）在提高真空方面：以雾状进入的低温补水在凝汽器喉部与汽轮机排气接触进行热交换，部分排气在此处冷凝成水，从而减少了进入凝汽器管区的蒸汽量，有利于降低凝汽器热负荷，提高真空。

2）在防腐蚀方面：一部分水通过雾化喷嘴进入凝汽器，可以避免补水不均匀引起的局部腐蚀。

原先补水口由于集中于凝汽器中心，补水集中呈线性，对凝汽器管子造成了很大的冲击，并且使一部分腐蚀性气体（如氨等）溶解度在各个区域造成偏差，易造成局部腐蚀。

当然，喷嘴减温虽然效果好，但由于已形成的凝结水在管束上粘附形成水膜，不利于管束传热。

同时凝结水在自上而下滴落的过程中会遇到冷却水管的再冷却，而造成凝结水的过冷度，从而影响整个机组的经济性。

所以并不是喷入的冷却水流量越大，越有利于真空的提高，经济性越好。

冷却水量与排汽量的比例应由试验来确定。

5.结论
提高凝汽器真空度和防腐蚀是研究凝汽器改造的两个重要因素，本文在研究凝汽器性能的基础上，对凝汽器补水系统进行了改造研究，增加了一路雾化补水系统，该装置改装简单，运行无需维护，投资少，经济效益显著，且改造后的补水系统有利于提高凝汽器的真空度，减轻凝汽器换热管腐蚀，从而在一定程度上提高凝汽器的工作性能。

提高凝汽器工作效率还有很多措施，本文只针对补水系统进行了一定的改造，还需要结合实际运行经验进行进一步的研究。

参考文献
[1]高严.环境保护与电力可持续发展[J].中国电力企业管理，2002（8）：182～189.
[2]张卓澄.大型电站凝汽器[M].北京：机械工业出版社，1993，3.
[3]郑凤才，安丰波.国内凝汽器现状分析与改造[J].华东电力，2002（3）：14～17.
[4]周兰欣，张明智，张学镭，凝汽器运行性能的综合评判模型[J].电力情报，2001（1）：45～57.。