过冷度产生的原因分析及消除

汽轮发电机组凝结水过冷度产生的原因分析及消除对策

摘要：在详细分析了凝结水过冷度产生原因的基础上，介绍了其对凝汽式汽轮机组运行经济性、安全性的影响。从凝汽设备的检修以及运行维护的角度，提出了降低凝结水过冷度的几种对策，以提高机组运行的经济性和安全性。

关键词：凝汽器；过冷度；经济性；安全性

凝汽器的工作性能直接影响整个凝汽式汽轮机组的热经济性和安全性。而凝汽器运行状态的优劣集中表现在以下3个方面：是否保持在最佳真空、凝结水的过冷度是否最小以及凝结水的品质是否合格。其中凝结水的过冷度越大，说明被冷却水额外带走的热量越多，而这部分热损失要靠锅炉多燃烧燃料来弥补，从而导致系统热经济性的降低。而且过冷度越大，凝结水中的含氧量也越多，从而加速了相关管道、设备的腐蚀速度。因此需从各个方面对凝汽水过冷度加以重视并采取措施使其最小，以提高机组运行的经济性和安全性。

1. 凝结水过冷度的定义和表示方法

1．1 定义

凝结水过冷度表征了凝汽器热井中凝结水的过度冷却程度，可定义为在凝汽器壳体中的绝对静压力下，离开热井时的凝结水温度与凝汽器中蒸汽的饱和温度之差。凝汽器对凝结水应具有良好的回热作用，以使凝结水出口温度尽可能不低于凝汽器压力P 所对应的饱和温度t ，以减小汽轮机回热抽汽，降低热耗。1．2 表示方法l J

(1)温度形式

△t n =t s - t c

(1)式中：△t n为凝结水过冷度；t s为凝汽器绝对压力下的饱和温度；t c为凝汽器热井中凝结水温度。

(2)热单位形式

△τn = t c – t c1

(2)式中：△τn为凝结水过冷度的焓值； t c为凝汽器无过冷度时凝结水焓值；t c1为凝结水有过冷度时凝结水焓值。

2. 过冷度产生的原因分析

凝汽器运行过程中，由于冷却水管外表面蒸汽分压力低于管束之间的蒸汽平均分压力，使蒸汽的凝结温度低于管束之问混合汽流的温度，从而产生过冷；若凝汽器内冷却水管束布置过密和排列不当，使凝结器内存在较大的汽阻，蒸汽从排汽口向下部流动时遇到阻力，引起凝汽器内部绝对压力从凝汽器入口到抽气口逐渐降低，使得凝汽器大部分区域的蒸汽实际凝结温度要低于凝汽器入口处的饱和温度，从而产生过冷；蒸汽被冷却成液滴时，在凝结器冷却水管间流动，受管内循环水冷却，因液滴的温度比冷却水管管壁温度高，凝结水降温从而低于其饱和温度，产生过冷；蒸汽凝结在管外表面形成水膜(包括上排管束淋下来的凝结水)，受管内冷却水冷却，使得水膜平均温度低于水膜外表面的蒸汽凝结温度而产生过冷却。

双辽发电厂300 MW 机组采用回热加热式凝结器，设计时从减小汽阻和过冷度、均匀各部分传热面积上的热负荷出发，在构造上具有合理的冷却水管束布置和最小的蒸汽阻力，热井内装有凝结水真空除氧装置，可较好地消除凝结水过冷现象，使凝结水溶解氧达到较低水平。但在实际运行过程中，由于凝汽设备运行工况的变化，使凝汽器运行中产生凝结水过冷现象，其主要原因如下。(1)空气漏入凝汽器或抽气器工作不正常。机组在运行过程中，处于真空条件下的汽轮机的排汽缸、凝汽器以及低压给水加热系统等部分，若有不严密处，则会造成空气漏入。另一方面，抽气器工作不正常，不能及时将凝汽器内漏入的空气抽走。这2方面使得凝汽器内积存的空气等不凝结气体增加，不仅会在冷却水管的表面形成传热不良的空气膜，使传热系数降低，降低传热效果，增加传热端差；还使得凝汽器内汽气混合物中空气成分增高，造成空气分压提高、蒸汽分压降低，而凝结水是在对应蒸汽分压的饱和温度下冷凝，所以此时凝结水温度必然低于凝汽器压力下的饱和温度，因而产生了凝结水的过冷却。

(2)凝汽器冷却水入口温度和流量的影响。凝汽器冷却水的入口温度和流量是影响过冷度十分重要的因素。在冷却水温度较低或部分负荷运行时，电厂往往未相应减小冷却水流量，使冷却水流量相对增加，对于一给定的凝汽器，在不同运行工况下均存在一个极限真空。达到此极限真空后，再增加冷却水流量不但增大循环水泵耗功，引起凝结水过冷。而且，极限真空只是可以达到的真空，并非经济真空。

试验与运行经验表明，在一定的蒸汽负荷及真空严密性条件下，当冷却水入口温度降低或流量增加时，凝汽器压力降低，真空增加，进入热井的凝结水的过冷度将增大。双辽发电厂凝汽器热井进口

处凝结水过冷度与冷却水入口温度及凝汽器真空之间的关系如图l所示。

(3)冷却水漏入凝结水内。运行中，由于管板胀口不严有轻微的漏泄，造成冷却水漏人凝结水内，也有可能是凝汽器内铜管腐蚀或由于铜管振动而损坏，甚至有铜管被叶片击伤，导致冷却水管破裂冷却水便会大量漏入凝结水中，从而使凝结水温度降低，过冷度增加，此时还伴有凝结水硬度增大的现象发生。双辽电厂300 MW 机组投运以来曾多次发生凝汽器铜管泄露事件。

(4)凝结水水位过高。运行过程中，由于：凝结水补水自动调节装器置内漏或其它故障，使凝汽器热井中凝结水水位过高，淹没了下部的3 过冷度对机组运行经济性和安全性的影响

3. 对机组运行的影响

3.1对机组运行经济性的影响

凝汽器过冷度会增加冷源损失，引起作功能力的损失，降低系统的热经济性。借助等效热降方法{3 4j，可对过冷度所引起的作功能力损失进行定量分析，如图2所示。显然，由于过冷度Ar的出现，使1号加热器的耗图2 凝结水过冷度热单热量增加d △，抽汽量也位表示示意图相应增加。依据等效热降原理，新蒸汽的等效热降将减少。

阿AH a △ '71 (3)

如果1号加热器是汇集式的，则过冷度△f 还将影响l号段抽汽在加热器中的放热量q1，这时q1将变为q +△，其过冷度使新蒸汽等效热降下降：仃1 AH ：a Ar 叩1 (4)1 。一‘n装置的效率相对降低：A LJ 6 = ~r ×100 (5) -O 一 At4 IUU "／o ．)，式中：a 为凝结水份额；叩1为1号加热器的抽汽效

率；q。为1号段抽汽在加热器中的放热量，kJ／kg；H为新蒸汽等效热降，kJ／。利用式(3～5)，可计算求得对于双辽发电厂N300 16．72／537／537型机组，若凝结水过冷度△￡=2℃(亦即Ar ：8．374)Et~，新蒸汽的等效热降减少2xH=0．460 kJ／kg，效率相对降低6 =0．038％，电厂标准煤耗增加0．309 g／(kW·h)。

3．2 对机组运行安全性的影响

凝结水过冷度的存在会威胁机组运行的安全性和可靠性。凝结水温度过低，即凝结水水面上的蒸汽分压力的降低和气体分压力的增高，使得溶解于水中的气体含量增加。因为溶于凝结水的气体量和热井水面上气体的分压力成正比，因此若凝结水出现过冷度，则其含氧量增加，这将导致凝汽器内