摘要：某公司2×100MW凝汽式汽轮发电机组，自投运以来空冷凝汽器真空值长期低于设计值运行，不但影响着汽轮发电机组的经济性和安全性，在夏季甚至影响机组的带负荷能力，经对多次处理措施和处理结果分析研究，总结出了提高空冷凝汽器真空的方法与措施。
关键词：汽轮机；空冷凝汽器；真空值低；过冷却度；喷淋装置
一、引言
某公司2×100MW凝汽式汽轮发电机组，采用德国GEA Group(基伊埃集团)的空冷凝汽器，此空冷凝汽器为顺流逆流排结构（K/D结构）、单排大直径偏钢钎焊铝蛇型翅片管束、强制通风直接空冷凝汽器，总散热面积约为29.3万m2，K/D=3.67，设计空气泄漏量为35kg/h。水环真空泵为纳西姆工业有限责任公司生产的2BW4-253-OMK4型单级水环式真空泵，当对应冷却水水温为20℃，泵吸入压力为5kPa(a)—绝对时，抽干空气能力为36kg/h，三台运行，ACC从大气压抽至30kPa需时18min。
自机组空冷投运以来空冷凝汽器真空值长期低于设计值运行，不但影响汽轮发电机组的经济性和安全性，更严重是在夏季甚至影响机组的带负荷能力，汽轮机真空严密性试验长期不合格，虽经多次处理，但无明显改善。经过多次对处理措施和处理结果分析研究，总结出了提高空冷凝汽器真空的方法和措施。
二、存在的问题
空冷凝汽器形成真空的原理是：流经空冷凝汽器翅片管束的蒸汽与空冷风机吸入的冷空气进行热量交换后，空气被加热，蒸汽凝结成水滴，体积骤然缩小为原来的三万分之一，形成高度真空。
空冷凝汽器内聚积空气，不仅使传热恶化，也将使空气分压力增大，排汽压力升高，真空下降；根据亨利定律，由于空气分压力增大，增大了氧在凝结水中的溶解度，使凝结水含氧量增大，将加剧对低压管道和低压加热器的腐蚀；根据道尔顿定律，由于空气分压力的升高，使蒸汽的分压力下降，凝结水温度低于排汽压力下对应的饱和温度，将引起凝结水过冷却，使汽轮机的经济性和安全性降低。
空冷凝汽器压力每改变1kPa，汽轮机功率将改变1％～2％。过冷却度增加1℃，发电煤耗约增加0.1％～0.15％，事实证明空冷凝汽器真空的变化对机组的影响较大。
经分析此机组空冷凝汽器真空值低的原因有：
1、空冷凝汽器存在泄漏。凝汽器内聚集有大量的空气，致使翅片管道内形成汽阻，蒸汽的通流面积逐渐减小，流速下降，影响蒸汽的对流换热。同时局部翅片管道内有大量空气存在，将使流经这些翅片管道的蒸汽流量严重减小，换热效果明显下降，影响真空。由于此种原因的存在，冬季易发生管束冰冻现象，严重时，会出现大面积管束冰冻现象，前期表现为抽空气管温度较低，过冷保护动作，风机转速降低或部分停运，使真空进一步恶化。当抽空气管道温度低至一定值时，空冷凝汽器的凝结水温度也将逐渐降低，进一步扩大翅片的冰冻面积，不利于大量蒸汽凝结形成真空，真空将严重恶化。
2、水环真空泵抽吸能力差。水环真空泵汽水分离缸内的补水温度较高，加之冷却器换热能力差，使经孔板喷入水环真空泵入口的水温较高，影响对水环真空泵吸入口可凝结气体的冷凝能力，致使水环真空泵的抽吸量增加，当水环真空泵抽吸量达到极限值时，机组真空将受到影响。
3、空冷翅片脏污严重。由于空冷凝汽器上风口有大量油烟排放，空气和油烟的混合物被空冷风机入口所建立的负压吸入后与翅片进行换热后从凝汽器上侧排出，部分油烟滞留在翅片上，随着时间的积累，翅片表面附着有大量油污，严重影着响翅片的换热能力，换热效果恶化后机组的真空将会降低。
4、空冷风机变频器超温影响风机转速。由于机组所处环境比较差，风沙比较大，变频器风扇叶片易发生积尘，加之空冷配电室环境温度较高，容易发生因变频器超温导致空冷风机转速受限或故障停运现象，在夏季此情况尤为显著，配电室空调故障后，环境温度升高，导致变频器超温影响风机转速，直接影响机组真空值。
5、环境温度测点布置不合理。空冷凝汽器环境温度测点位于太阳光照射区域，受太阳光的影响较大，太阳光射到测点探头时，测点测得的温度较真实环境温度高，当ACC自动控制时，风机转速相应增加，夏季容易导致变频器超温，冬季会出现逆流排风机回暖不及时，风机转速高，容易导致翅片冰冻现象，进而影响机组真空值。
6、空冷凝汽器内各单元间存在气流扰动现象。各单元间过道门关闭不严，空气会由一个间隔单元窜入另一个间隔单元，造成空气紊流现象，影响通流区域内空气的正常流动，使换热效果下降，真空下降。
7、热风再循环和环境风场的因素。因机组所在地域常年刮西北风或北风，春冬季风力较强，锅炉刚好位于上风口，锅炉总体高度高于空冷凝汽器高度。当风速超过一定值（≥3m/s）时，使空冷凝汽器上方的热量不能顺利散发到环境中，空冷凝汽器置身于环境温度比较高的区域，换热温差减少，效率降低。在风机相同功耗下，吸入的空气量大幅度减少，加之大量热空气被空冷风机吸入，导致冷却介质温度升高，冷却效率下降，不利于蒸汽凝结形成真空。
三、改进方法与措施
运行中发现机组真空值有逐渐下降曲势时，核对过冷却度是否正常，当过冷却度过大时，表明凝结器内积累空气较多，传热将恶化，排汽中蒸汽分压力下降，产生了过冷却度。此时安排人员对负压区域进行排查，对发现的问题及时制定应对措施并组织实施。
1、运行中每个月机组带百分之八十负荷进行汽轮机真空严密性试验，当发现机组试验值不合格时，检查凝结水泵抽真空管道法兰、截止阀压盖等处严密，轴加液位正常，低压加热器抽空气管道严密，高低压轴封供汽压力在0.021MPa～0.03MPa。如仍不合格时，使用超声波检漏仪对空冷凝汽器及其他负压区域进行检测，并根据实际情况进行封堵，如暂时无法实施时，利用大小修机会进行查漏、封堵。
2、改善水环真空泵运行工况。（1）调整水环真空泵汽水分离缸内的补水方式，切换为温度较低的除盐水水源；（2）降低循环水温度，提高冷却效果，使经孔板喷入水环真空泵吸入口的水温降低，增强对可凝结气体的冷凝能力，提高水环真空泵对不可凝结气体的抽吸量，使水环真空泵抽吸的富余量增大，以应对突变工况。必要时利用大小修机会对板式换热器进行清理，去除铜管内结垢、杂物。
3、空冷翅片脏污治理。（1）治理上风口污染源，通过烟气净化后高空排放，降低油烟浓度。（2）制定空冷翅片清洗方案，一方面增加清洗频次；另一方面在清洗液中添加去除油污的中性物质。夏季来临之前，安排重点清洗，可按排人工清洗。
4、改善空冷变频器运行环境。将配电室强制通风降温改为空调降温，并对百叶窗和通风口进行封堵，使室内温度保持20℃～25℃，
以减少空气中的污染物和降低环境温度。定期吹扫空冷变频器的积尘，尤其在夏季要合理增加巡检次数。
5、优化测点布置。将受太阳光线影响较大的测点移至它处或在测点处设置遮挡物，以避免测量误差。也可增加测点数量，将最高值和最低值去除，取其它值的平均值作为空冷风机自动控制时转速级、转速限制和风机启停的环境温度参数。
6、优化空冷凝汽器运行。检查各间隔单元过道门关闭严密，保持风量稳定。当风速较大时，做好应对突发事件的应急预案，可适当降低机组负荷应对突发事件。
7、装设喷淋装置。应对夏季高温天气转速受限，真空值低的措施，当高温时间段投入4列喷淋管线，每列喷淋管线装有96个雾化喷嘴，将水雾化成为小水滴，喷射到空冷翅片上，吸收周围环境中的热量（在常压30℃时，水和空气的质量比热容分别为：
=4.174kJ/（kg•℃），
=1.005kJ/（kg•℃），
＝4.174/1.005≈4.15），以降低环境温度，提高翅片的换热量，有利于翅片管内蒸汽快速凝结，以提高空冷凝汽器的真空值。
8、确保汽轮机轴封间隙调整符合标准，减小轴封漏气量
保证高压轴封漏气量尽可能小，减小了漏气量，提高了蒸汽做功能力，减少损失，提高机组效率。调整高压轴封压力在0.008--0.012MP之间运行，同时保证高压轴封不冒气，调整低压轴封在0.04--0.045MP之间运行，保证了机组真空，低压缸前后轴封调整得当，保证空气不进入低压缸，提高汽轮机真空。或者通过轴封改造，减小轴封漏气。
四、措施应用后的效果
通过查找泄漏点和清理翅片油污可以从根本上解决真空低的问题，真空值基本可以达到设计值。喷淋装置的投运，可降低环境温度约2℃～3℃，加之对变频器的及时清理，机组真空值能提高5kPa～8kPa，在夏季效果较明显，可以降低机组厂用电耗率，降低汽轮机汽耗，提升汽轮机的效率。优化测点的布置和空冷凝汽器的运行，使空冷风机转速与环境温度和运行工况相匹配，保护了空冷翅片，可以在冬季运行更加安全稳定。水环真空泵运行工况的调整，真空值也有相应的提高。
结束语
引起汽轮机真空值低的原因是综合性的问题，真空值与机组运行维护和检修质量密切相关。针对机组真空系统的检漏情况，认真分析了真空系统存在的问题，在机组大修中对真空系统存在的部分问题进行了处理，机组真空状况有了较为明显的改善，如果对真空系统存在的其他问题也进行较为彻底的处理，机组真空状况一定会有更大的改善。提高汽轮机的真空度关系着机组的安全、经济运行，而且对提高整个电厂的经济效益有着现实意义。
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论文作者:徐军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/18
标签：凝汽器论文; 真空论文; 机组论文; 汽轮机论文; 空气论文; 翅片论文; 蒸汽论文; 《电力设备》2017年第33期论文;