影响凝汽器端差的因素分析及应对措施

王小波

（广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳515200）

1 凝汽器端差的定义及作用

凝汽器端差的定义是凝汽器压力相对应的饱和蒸汽温度与循环冷却水出口温度之差。凝汽器端差是衡量凝汽器换热性能的重要参数，是反映凝汽器传热性能、真空严密性和循环水系统工作状况的一个性能指标，所以在凝汽设备运行监测中，凝汽器端差是一个非常重要的参数。一般运行经验表明，端差每升高1℃，机组单位煤耗将升高约1g。现代大型凝汽器在设计负荷下所能达到的最小传热端差为1～5℃，一般常在3～10℃之间选取，本厂凝汽器为双流程凝汽器，可取偏小值，规程中规定凝汽器端差不超过3℃。

以δt表示端差，ts表示凝汽器压力相对应的饱和蒸汽温度，tw表示循环冷却水出口温度，则δt＝ts－tw，ts为单值函数，Pk＝f（ts）。根据凝汽器传热方程可得如下理论公式：

式中，Δt为冷却水温升；K为总换热系数；A为凝汽器总换热面积；Gw为冷却水流量；cp为冷却水比热容。

对已投运的凝汽器而言，通常情况下换热面积A是无法改变的，而冷却水比热容cp的变化量很小，可以忽略。由以上公式可知：传热端差δt与冷却水流量Gw成正比，当Gw增加时，δt增大；同时，冷却水流量增加，加强了冷却水管内表面的对流换热，凝汽器的总换热系数K增大，K与端差δt成反比，δt减小；另外，冷却水流量Gw增大，换热速率增大，冷却水温升Δt减小，由冷却水温升Δt与端差δt成正比可知端差也要减小。

2 Gw、K、Δt和δt之间的关系

利用数学模型对以上公式进行计算可以得出Gw、K及Δt对δt的影响速率，比较来说Δt与K 对δt的影响要高于Gw对δt的影响。随着冷却水流量的增加，传热端差会增大，但是由于冷却水温升的下降，传热端差又会减小，二者中冷却水流量增大而导致的传热端差增大的速度要小于冷却水温升下降而导致的传热端差减小的速度。与此同时，随着冷却水流量的增加，凝汽器的总换热系数会不断增大，传热端差会逐渐减小，由于冷却水流量增大而导致的传热端差增大速率要小于传热端差减小速率。

据此得出如下结论：δt与Gw有关，但是受Gw影响不大，也就是说冷却水流量增大最终将使得凝汽器的传热端差减小。

结合本厂的实际情况，循环水泵属于固定转速、固定叶片泵，不能调节冷却水流量和压力，假如运行中利用关小凝汽器循环水出口蝶阀来调整冷却水压力和流量，在出口蝶阀关小的情况下，冷却水压力会升高，流速会增大，换热效果也会加强，但此时冷却水流量会相应减少，由以上公式可知，凝汽器端差会有所升高，所以本厂在凝汽器运行中未使用此方法。

在凝汽器正常运行时，冷却水温升Δt一般变化不大，且Δt与δt成正比，而降低温升最直接的方法是提高冷却水流量，但由以上的分析得知δt与Gw有关，但受Gw影响不大，且受机组经济性和设备设计的限制。所以现场用于降低凝汽器传热端差δt最有效的手段是提高凝汽器的总换热系数K，而K值又受很多因素的影响，如冷却水流量及流速、钛管冷却表面洁净程度、凝汽器真空度等。下面分析各个因素的影响以及运行中的应对措施。

3 提高K的方法及应对措施

3.1 减小凝汽器热负荷

根据传热学原理，随着热负荷的增加，凝汽器的性能会逐渐降低，并且端差会不断增大，且在循环水流量和总传热系数不变的条件下，端差同凝汽器负荷成正比例关系。随着凝汽器热负荷的不断变化，凝结器传热端差也会发生相应的变化。导致凝汽器热负荷产生变化的原因有多种，除了供热机组及排汽供热量的变化外，还有各级抽汽疏水等介入凝汽器都会增加额外的热负荷，因此在运行过程中，我们应避免产生额外的热负荷，防止因此导致端差增加。

运行中为了减小凝汽器热负荷，应该注意以下几点：

（1）对机组通向凝汽器的疏放水门进行监督，发现有内漏情况及时处理；

（2）尽量减少机组热负荷通向凝汽器，特别是高低加危疏管道，其所携带的热负荷很高，要尽量减少高低加危疏调门的开关次数。

3.2 改变冷却水流量及流速

凝汽器内部换热过程主要以对流换热为主，而对流换热与冷却水流速有很大的关系，一般情况下，流速越大，换热越强，但主要还是决定于冷却水系统的设计。

结合本厂实际，循环水泵属于轴流式固定转速、固定叶片泵，不能调节冷却水流量和压力，运行中只能以凝汽器循环水出口蝶阀的开度调整来改变冷却水进口压力和流量，出口蝶阀关小，换热会加强，但此时循环水泵的功耗会增加，且之前分析过Gw对δt的影响不大，可以忽略不计，故未采用调节凝汽器循环水出口蝶阀的方法来提高K值。

3.3 提高凝汽器真空度

（1）一方面，蒸汽冷却凝结时钛管表面被一层液膜覆盖，凝结放出的热量必须穿过液膜才能传到冷却面，这时液膜层就成为换热的主要热阻；另一方面，真空系统漏入空气或真空泵工作失常，将导致凝汽器内的不凝结气体增多，不能及时排出。

（2）凝汽器循环水室上部钛管积存空气，将影响钛管换热效果，使对蒸汽冷凝失效。

（3）凝汽器水位过高，淹盖钛管，排汽温度升高，将使得钛管冷凝蒸汽的效率下降，导致凝汽器真空下降，K值变小，δt值变大。依据经验值凝汽器真空每下降1kPa，机组汽耗会增加1.5%～2.5%。

所以，运行中应调节凝汽器水位在稳定范围内，同时严格执行真空系统严密性试验定期工作，一旦发现真空系统不严，要及时查找漏点并消除；若为真空泵工作失常，应及时要求检修处理。另外，要定期对凝汽器循环水室进行排空气，以使凝汽器循环水室上部钛管充满冷却水。在其他因素不变的情况下仅考虑真空泵的抽吸能力，真空泵抽吸能力越大，凝汽器内不凝结气体越少，传热越强，端差越低，真空亦越高。

3.4 提高钛管表面洁净度

清洁系数减小，凝汽器钛管越脏污，凝汽器的传热系数就越小，传热端差也就会增大。由于本厂凝汽器采用海水冷却，里面含有大量的生活垃圾和微生物，不仅会使凝汽器钛管或循环水管道堵塞，减少冷却水流量，还会使钛管结垢，降低换热强度；另外，由于机组长时间运行，钛管受到凝结水长期浸泡和蒸汽冲刷，钛管汽侧表面也会形成盐垢，从而使热阻增加，传热强度下降。

运行中预防和改善凝汽器钛管脏污的主要方法有：

（1）加强汽水品质监督：设有汽水品质在线监控系统，并定期手工测试各项汽水指标，严格按照规程执行凝结水水质的处理流程，若确定凝汽器外漏，立刻进行排补或隔离查漏。

（2）提高冷却水品质：1）在循环水前池定期添加药物去除海洋生物，另外在循环水系统停运前对系统进行加药保养；2）装设一、二次旋转滤网长期运行，清理排出循环水中的生活垃圾，当循环水母管压力达0.13MPa时，说明二次滤网网孔堵塞情况较为严重，须采用二次滤网大反冲洗以提高二次滤网清洁度；3）采用胶球清洗装置定期投放胶球，对凝汽器循环水室进行清洗，或采用高压水定期清洗凝汽器冷却水室，但此方法需要至少隔离半侧凝汽器，会限制机组负荷，影响经济性。

4 结语

在实际生产中，应当坚持“以设备治理为基础，通过运行方式的调整来克服季节因素带来的不利影响”的原则，坚持以科学理论分析为依据，紧密结合生产实际，合理组织、统筹安排。要对设备系统全面分析、深入研究、逐步排查，找出影响系统性能的关键因素，在确保安全的前提下争取最大的经济效益。