凝结水过冷度产生的原因及减小对策

凝结水过冷度产生的原因及减小对策

了凝结水过冷度产生的原因及其对机组运行经济性、安全性的影响,从凝汽器的设计、改造、检修以及运行维护几个方面,提出了减小凝结水过冷度的对策,从而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

1、引言

凝汽器是凝汽式汽轮机的主要辅助设备,是汽轮机组系统的重要组成部分,它工作性能的好坏直接影响着整个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三个方面: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,说明被冷却水带走损失的热量越多,而这部分热损失要靠锅炉多燃烧燃料来弥补,从而导致整个热力系统热经济性降低。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减到最小,以此来提高机组运行的经济性和安全性。

2、凝结水过冷度的定义和表示方法

2.1 定义

凝结水过冷度表征了凝汽器热水井中凝结水的过度冷却程度,凝汽器热水井出口凝结水温度与凝汽器在排汽压力下对应的饱和温度之差即称为过冷度。

2.2 表示方法

温度形式:

Δtn=ts-tc

式中:Δtn—凝结水过冷度;

ts—凝汽器绝对压力下的饱和温度;

tc—凝汽器热井中凝结水温度。

3、过冷度产生的原因

凝汽器运行中产生凝结水过冷却现象可能是凝汽器设计中的问题,也可能是运行不当而产生的,一般主要原因有以下几个。

3.1 凝汽器内管束排列不好

在旧式结构的凝汽器上,凝结水过冷度可能很大。这些凝汽器通常均为非回热式的,凝汽器内由于冷却水管束布置过密和排列不当,使汽气混合物在通往凝汽器的管束中心和下部时存在很大的汽阻,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,形成了过冷度。这同时造成了蒸汽负荷大部分集中在上部冷却管束处,蒸汽所凝结的水通过密集的

管束,又在冷却水管外侧形成一层水膜,又起到再冷却凝结水的作用,加之排汽不能回热热水井中凝结水,进一步加剧了凝结水的过冷却。

3.2 空气漏入凝汽器或抽气器工作不正常

机组运行过程中,处于真空状态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,不能及时地把凝汽器内漏入的空气抽走。这两方面使得凝汽器内积存的空气等不凝结气体增加,这不仅会在冷却水管的表面形成传热不良的空气膜,降低传热效果,增加传热端差;同时还使得凝汽器内的汽气混合物中空气成分的增高,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。

3.3 凝结水水位过高

运行过程中,由于凝结水泵真空部分漏入空气或其它故障,使凝汽器热井中凝结水水位过高,淹没了下部的冷却水管,这样冷却水又带走一部分凝结水的热量,使凝结水再次被冷却,过冷度必然增大。

3.4 冷却水漏入凝结水内

凝汽器内冷却水管破裂,造成冷却水漏入凝结水内,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。

3.5 凝汽器冷却水入口温度和流量的影响

现代电站凝汽器通常为回热式的,具有合理设计的管束结构,汽阻极小,在额定的设计工况下运行时,凝结水过冷度实际可为零。在这种情况下,凝结水过冷度主要受凝汽设备运行工况因素的影响,其中最重要的因素是凝汽器冷却水的入口温度和流量。

凝结水过冷度产生的原因及减小对策(2)

试验与运行经验表明,在一定的蒸汽负荷下,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。

3.6 蒸汽负荷的影响

凝汽器蒸汽负荷的大小对凝结水过冷度也有一定的影响。根据前苏联ВТИ的试验结果,对于汽流向心式凝汽器,随着蒸汽负荷的提高,过冷

度增大;而对于汽流向侧式凝汽器,蒸汽负荷升高时,过冷度减小。对于旧式非回热式凝汽器,蒸汽负荷减小时,不可避免地会引起过冷度增加。

3.7 将温度较低的补充水直接补入凝汽器的热水井

机组在运行过程中,由于锅炉排污等原因,导致工质在循环过程中产生了汽水损失,因此为了满足汽轮机进汽量的需要,必须及时补入到汽水

工质循环系统中。补充水补入的位置有除氧器和凝汽器两种方案,如果采用补入凝汽器方案,冬天时补充水温度一般低于设计工况时凝汽器中凝结水温度可达十几摄氏度。这样将温度较低的补充水直接补入凝汽器的热水井,并且在补充水流量较大时,势必会造成凝结水温度的降低,致使过冷度增加。

4、过冷度对机组运行经济性和安全性的影响

4.1 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。

通过对N15一4.9/470型汽轮机实例计算结果表明,当凝结水过冷却度增加2℃时,新蒸汽等效焓降减少0.457kJ/kg,机组效率相对降低

0.051%,电厂标准煤耗增加0.198g/kW.h。假设该机组年运行小时数为7500h,那么,一台该型号机组每年多耗标煤为147.6t,相当于每年多支出燃料成本3.1万元。可见,凝结水过冷度对机组的经济运行有明显的影响,是一项不可忽视的指标,因此采取各种措施降低凝结水过冷度是十分必要和有意义的。

4.2 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,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,这将导致凝汽器内换热管、低加及相关管道阀门腐蚀加剧,以致降低设备的使用寿命,不利于机组的安全运行。这同时也加重了除氧器的工作负担,使除氧器的除氧效果变差,严重时会腐蚀处于高温工作环境下的给水管道和锅炉省煤器管,引起泄漏和爆管。据统计,2003年某电厂凝汽器冷却水管腐蚀造成的泄漏,使凝结水硬度超标,迫使机组降低出力带负荷查漏次数多达5次。可见,凝结水过冷度的存在对机组运行安全性极为不利。

5、减少凝结水过冷度的对策

通过上述对凝结水过冷度产生原因及其对机组运行经济性和安全性的影响的分析可以看到,凝结水过冷度的存在威胁着机组运行的安全性和可靠性,同时也会降低机组运行的经济性。因此须从设计、改造、检修以及运行维护等各个环节对其采取有效措施,以期降低凝结水过冷度,提高机组运行的经济性和安全性。

5.1 设计中所采取的对策

(1)在冷却水管束设计中改进管束的布置,在管束结构中适当留有足够宽的蒸汽通道,这除了可以保证汽流均匀进入管束各区域外,还可保证部分排汽可直接通至凝汽器底部,以加热凝结水,减少凝结水过冷度;同时应使抽气口位置离开凝结水远一些,以减少凝结水过冷度;

(2)从凝汽器入口至抽气口的路径应力求直接,且有足够的流通面积,蒸汽进入管束的流速不超过40m/s～50m/s,蒸汽沿程阻力尽量小,以减少