（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
冷却塔效率是衡量火电厂冷却塔作业性能的重要指标， 关系着电力生产的有序性。 受到多方面因素的限制，冷却塔在火电厂发电期间的冷却效率偏低，影响了水温调控的成效。其中，冷却塔内部装置出现问题，会直接导致冷却温度控制不足。 如冷却塔喷嘴损坏或阻塞，导致冷却塔的冷却功能减弱，内部装置结构损坏， 使冷却效率随之降低。循环水散热过程与塔内空气分布、水分布和淋水填料的性能密切相关，淋水填料的优劣直接影响冷却塔的运行效果，导致凝汽器真空度的变化。
7.真空严密性
针对6号机组真空系统严密性差，采取的系统分析检查和改进措施，真空严密性差是造成汽轮机真空低的主要原因，在根据工程调试的经验，真空系统易泄漏空气的薄弱环节有：
（1） 凝汽器热井、低压加热器玻璃管水位计经常出现漏点、缺陷，漏入空气，造成严密性下降。
（2） 轴封加热器水位自动调节失灵导致水位偏低，水封无法建立，导致空气漏入。
（3） 采用迷宫式水封的给水泵，其密封水排至凝汽器，水封无法有效建立，导致空气漏入。
（4） 低压缸防爆门、小汽机排汽管防爆门、凝汽器入孔门等也经常由于密封不严，或防爆门出现裂缝，导致空气漏入。
（5） 大机、小机低压轴封由于轴封压力不能满足需要，造成轴封泄漏，另外，汽封间隙的大小、汽封的完好程度也是造成轴封泄漏的重要因素。
（6） 凝结水泵进口法兰、凝泵水封泄漏也经常导致凝结水溶氧不合格。
（7） 管道安装。压力管道均进行水压试验，真空管道均进地灌水试验，由于法兰，阀门盘根等原因导致泄漏。
（8） 部分低压管道上的疏水阀、排汽阀，关闭不严，导致真空泄漏。
四、提高6号机真空的途径及措施
通过以上对6号机凝汽器及真空系统分析，可着重从以下方面来采取的措施提高凝汽器的真空。
1、凝汽器传热端差
当凝汽器内钢管脏污、结垢时，影响凝汽器的热交换，使凝汽器端差增大，排汽温度上升，冷却水出、入口温差也随之增加，造成真空下降。根据凝汽器端差大小，检查凝汽器受热面，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，冷却通流量减小，凝汽器的管壁热阻也由于结垢使热阻变大，针对这种状况采取酸洗处理措施，收效应最为显著。在运行中对胶球系统合理安排清洗周期，保证收球率95%以上。
2、降低冷却水温
冷却水温越低，冷却水从凝汽器中带走的热量越多，据测算，冷却水温下降5℃，可使凝汽器真空提高1%左右，而水温冷却主要取决于冷却塔的工作状况。由于飞散及蒸发损失，冷却补充用水是较大的，及时补充冷水是保持冷却水塔有效降温的重要方面，应定期检查冷却塔内的分配管是否正常，出水是否完好，这些因素都直接影响水的分布均匀性，影响其散热性能，通过每年清洗垫料，真空可恢复2%~3%，这样降低凝汽器进口水温是提高真空的有效途径，这比提高循环水量更为有效。
3、适时增大循环水量
改变冷却水时，可改变吸热量，虽然随着水量的增加，真空可逐步提高，但同时，水泵的耗电量也同时增加，因而需试验确定其经济性水量，也可根据不同季节和机组功率的变化调节水量，根据地理位置，在冬季气温较低可停止一台循环水泵运行，即能满足水量要求，又能达到节能效果。但是,当循环水量降低到一定值时,会发生凝汽器冷却水管堵塞,危及机组正常运行的情况。实际上当采用低速泵时,由于凝汽器两端水压减小,会发生凝汽器冷却水管堵塞现象。因此,在确定凝汽器最佳真空时,有必要考虑循环水量的下限值。
4. 凝汽器改变冷却水量时，可改变吸热量，虽然随着水量的增加，真空可逐步提高，针对6号机组循环水进水温度、机组负荷、凝汽器换热系数、循环水泵特性参数，进行6号机组循环水泵运行方式优化，不同季节和机组功率的变化优化循环水量，保证机组经济真空，降低供电煤耗率。
5.提高真空系统严密性
应在停机时定期对凝汽器喉部以下进行真空系统灌水检漏，消除喉部管道接头，水位计连通接头，凝结水泵轴端密封装置等处的漏点，检查清理喷嘴，保证其抽气效率，根据负荷变化，调整汽轮机轴封，不使其中断，经常检查负压系统的阀门，加强抽气器设备的运行调整。
根据实际情况及分析研究，可采用以下处理措施：
（1）机组运行过程中维持轴封系统各疏水U形水封的正常工作。
（2）机组运行过程中维持好轴封加热器的正常水位。
（3）按设计要求调整汽轮机轴端汽封间隙，减小轴端漏汽量。
（4）运行中严格控制低压汽封供汽压力、温度，遇到汽封系统运行不正常，应及时进行分析，不可随意提高汽封供汽压力、温度。
（5）负压部位管道设计时，应充分考虑膨胀问题，应设有一定长度的弯头或膨胀节。
（6）运行中应尽量避免剧烈工况出现。
（7）及时更换泄漏的阀门。
6.冷却塔回水效率
回水系统关系着整个塔内的冷却成效，输送不及时阻碍了循环系统的运行，易导致冷却塔冷却效果不理想。解决回水率问题需注意两个方面：一是清理工作，值班人员在日常生产期间应注意喷嘴的清理，发现有杂物、淤泥等堵塞应及时处理；二是冷却塔内的旧装置需定期检查，必要时更换新的收水器，防止损坏、脱落等现象的发生。因此冷水塔选择性能优良的淋水填料，无论是顺流还是逆流的冷却塔改换高性能的薄膜填料能导致冷却水温降低3℃—5℃，相当于提高30%的冷却能力或更多，降低冷水塔冷却幅高，提高真空度。
五：解决方案
影响汽轮机冷端性能的原因最终会反映为真空下降，对汽轮机真空偏低的原因进行分析，寻找提高真空的措施进而改善汽轮机冷端性能。我厂6号机组真空处于不理想的状态，影响我厂供电煤耗、厂用电及机组可靠运行指标。
今年年初我厂专业人员组成攻关小组向6号机真空低这一技术难题发起挑战，攻关小组认真组织，提早谋划，并将该项工作纳入C6-04检修项目计划。经过多次凝汽器水压试验查询研究、探讨，最终将漏点确定在B小汽轮机负压系统。在制定出切实可行的进水找漏方案、做好充足的安全技术措施及预案之后，以B小汽轮机轴封系为进水点，对B小汽轮机进行隔离灌水找漏，发现B小汽轮机下缸13.7米处高低平衡管高压侧存在泄漏现象，经过32小时奋战，彻底解决影响真空一大顽疾。
上图—6号机B小机平衡管法兰漏点
六、经济效益
2016年5月25日， 6号机顺利并网带负荷，在一台真空泵运行的情况下，机组负荷250MW真空值达到94.50kpa。随后对6号机进行真空严密性试验，在80%额定负荷状态下试验结果为64pa/min，达到优秀值，在近期集团公司300MW机组真空严密性试验值排名中名列前茅。
该项工作完成后，6号机组正常运行时真空度提高约1-2kpa左右，标准供电煤耗下降约3克/千瓦时。按我厂6号机组上半年发电量约12.6亿千瓦时计算，可节约标准煤3787吨左右，按标准煤单价400元/吨计算，年可节省人民币151万元左右。
通过系统的分析研究，可以提高机组真空对燃煤的利用率，降低了发电成本，提高机组热经济性，为国家节约了大量的煤炭资源，因此，分析研究凝汽器真空变化对火电机组经济性的影响有着重要意义。
参考文献
[1]《热力系统节能技术》2008.
[2]《电力节能检测实施细则》.
[3] DLT1052-2007节能技术监督导则.
[4]《6号机凝汽器说明书》2014年.
[5]《集控运行规程》大唐淮南田家庵发电厂2015年.
论文作者:王庆
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/20
标签：凝汽器论文; 真空论文; 机组论文; 汽轮机论文; 系统论文; 水量论文; 冷却水论文; 《电力设备》2017年第15期论文;