汽轮机真空系统分析及对策 王庆

汽轮机真空系统分析及对策王庆

发表时间：2017-10-20T11:45:56.183Z 来源：《电力设备》2017年第15期作者：王庆

[导读] 摘要：现代大型电厂凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。

（大唐淮南田家庵发电厂 232007）

摘要：现代大型电厂凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。凝汽器的真空度对汽轮机装置的效率、功率有重大影响，直接影响到整个汽轮机组的热经济性。本文从汽轮机冷端系统的角度，分析了影响凝汽器真空的因素，通过查找资料并参考一些机组的实际问题的处理方法，研究了造成凝汽器真空下降的原因。淮南田家庵发电厂2016年利用6号机组小修的机会，针对6号机组真空系统严密性差，采取的分析检查和改进措施，提高了6号机组的真空度，取得了良好的经济效益。

关键词：真空；方法；措施

一、引言

淮南田家庵发电厂6号汽轮机型号C320–16.67/0.9/538/538，汽轮机组上海汽轮机厂制造，型式为：单轴双缸双排汽中间再热凝汽式。2014年 2月由300MW增容改造为额定功率320MW机组。汽轮机组的真空系统是由抽真空系统和密封蒸汽系统两部分组成，其作用就是用来建立汽轮机组的低背压，也就是用来建立排汽装置的高真空，使蒸汽能够最大限度的把热焓转变为汽轮机的动能。在运行中，排汽装置工作状态恶化将直接引起汽轮机热耗、汽耗增大和出力降低。另外，真空下降使汽轮机排汽缸温度升高，引起汽机轴承中心偏移，严重时还引起汽轮机组振动。为保证机组出力不变，真空降低时应增加蒸汽流量，这样导致了轴向推力增大，使推力轴承过负荷，影响机组安全运行。真空系统严密性对机组的安全经济运行有很大影响。

二、汽轮机冷端系统简述

汽轮机冷端系统主要由汽轮机低压缸、表面式凝汽器、抽气设备、胶球清洗装置、凝结水泵、循环水泵和循环水水源，以及这些部件之间的连接管道和管件等组成。

1.一个简单的汽轮机冷端系统原则性系统图如下图1-1。

图1-1 冷端系统原则性系统图

汽轮机低压缸排汽进入凝汽器，凝汽器管内流入由循环水泵提供的循环水作为冷却工质，将排汽凝结成水。由于蒸汽凝结成水时，体积骤然缩小，这就在凝汽器内形成高度真空。为保持所形成的真空，则需用抽气设备将漏入凝汽器内的空气不断抽出，以免不凝结空气在凝汽器内逐渐积累，使凝汽器内压力升高。由凝汽器产生的凝结水，则通过凝结水泵依次进入机组的低压加热器、除氧器、高压加热器，经给水泵最终进入锅炉。

三、6号机运行工况分析

凝汽器真空是汽轮发电机组运行的安全经济指标之一，真空度的变化直接影响着汽轮机组的热经济性和安全性，一般真空每降低1KPa ，供电煤耗约增加3.5g/kwh左右，提高凝汽器真空对于电厂有着重要的意义, 2016年通过以下SIS数据采集系统进行分析6号机真空值，针

对运行参数曲线中偏差段进行分析， 6号机组凝汽器真空实际值与设计值存在偏差。

下图是通过田家庵电厂SIS监控系统进行数据采集查询得出2016.1.-2016.3汽机背压历史曲线，6号机运行期间汽机背压与SIS系统目标值存在偏差，在区域负荷下6号机真空平均值与设计值偏差0.64-0.86Kpa。

三、影响6号机组真空系统的因素

1.凝汽器传热端差因素

影响凝汽器传热端差的因素比较复杂，一般运行经验表明，凝汽器真空每下降l ，机组汽耗会增加1.5%～2.5% ；而传热端差每升高1℃，供电煤耗约增加1.5%～2.5%。

在凝汽器中，冷却面结垢对真空影响是逐步积累和增强的，凝汽器结垢可使凝汽器阻力损失增大，凝汽器的管壁热阻也由于结垢使热阻变大，管壁结垢增大的热阻成为传热过程中的主要热阻。针对这个热阻采取处理措施，收效应最为显著。在运行中对循环冷却水采用经过严格预处理的厂内水，同时合理安排清洗周期，采用胶球连续清洗法，方便、快捷，而且效果显著。

2.冷却水温升因素

冷却水温主要决定于循环倍率，或者说，当进入凝汽器的蒸汽量一定时，主要决定于冷却水量。冷却水量减少，则冷却水温增大，真空降低。冷却水量主要决定于循环水泵，也可能由其他原因而减小，例如，凝汽器管板被杂草、木块、小鱼等堵塞；冷却水管内侧结垢，流动阻力增大；循环水泵局部故障；循环水吸水井水位太低，吸不上水等都可能使冷却水量减少，引起真空降低。

3.真空泵性能

水环式真空泵的组成及数据表

如图为水环真空泵的工作原理示意图，水环泵是由叶轮、泵体、吸排气盘、水在泵体内壁形成的水环、吸气口、排气口、辅助排气阀等组成的。

真空泵叶轮被偏心的安装在泵体中，当叶轮按图示方向旋转时，进入水环泵泵体的水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭的水环。水环的上部内表面恰好与叶轮轮毂相切（如Ⅰ-Ⅰ断面），水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上，叶片在水环内有一定的插入深度）。此时，叶轮轮毂与水环之间形成了一个月牙形空间，根据气体压强平衡的原理，被抽的气体不断地被抽进小腔，此时正处于吸气过程。当气体的压强大于排气压强时，被压缩的气体从排气口被排出，在泵的连续运转过程中，不断地进行着吸气、压缩、排气过程，从而达到连续抽气的目的。

抽气器的工作情况也会影响凝汽器真空。主要存在两个问题；一是抽气能力；二是工作介质的物理性质。如当真空不严密或设计不合理，无法全部抽出凝汽器内的不凝结气体而引起不凝结气体累积。工作介质若是冷却水时，其夏季的水温可达35℃以上，而抽水气室的真空是由水温决定的(饱和温度与饱和压力是一一对应的)，届时所能达到的最高真空也只是冷却水温度对应的饱和压力。

4.凝结气体的聚集厚度

运行中要做到把不凝结气体尽可能多地从聚集处带走，从而减小不凝结气体的厚度，减小蒸汽的扩散阻力，达到提高传热系数的目的。

在实际运行中，由于真空系统不严密，有少量空气漏入，并且蒸汽中会有少量的空气，在凝汽器中，蒸汽中空气含量可能达到0.01%，量虽然少，但危害严重。主凝结区空气平均分压很小，汽水混合物流向冷却水管，蒸汽在冷却水管表面凝结为水膜后滴下流走。在向下流动的过程，在冷却水管外围，空气分压力逐渐增加，部分蒸汽分子只能通过扩散靠近冷却水管外侧，从而阻碍蒸汽的凝结过程， 5.冷却水流速

凝汽器冷却水在设备中的换热过程主要是以对流换热为主，而对流换热与冷却水流速有着很大的关系，冷却水流速主要决定于设计者的设计值，包括冷却水系统的设计、冷却水压力的范围、冷却管束的合理冷却面积和排列方式以及管束的选材和几何形状等。

6.冷却塔性能