汽轮机凝汽器最佳运行工况技术分析

杨杰

摘 要：对凝汽器工作的主要影响参数进行分析，包括排汽量的变化的影响、真空的严密性的影响、冷却水流量的影响、传热端差的影响，进一步分析凝汽器真空的主要影响因素，确定凝汽器最有利的真空度，进而获得汽轮机凝汽器最佳运行工况。

关键词：汽轮机凝汽器；真空；最佳运行工况

中图分类号：TK264.1+1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）02-0089-02

凝汽器是汽轮机组的一个重要附属设备，其运行的好坏将直接影响汽轮机组的经济性、安全性和可靠性。所以，如何保证凝汽器在最佳工况下运行已成为设备使用企业谋求发展的课题。

1 影响汽轮机凝汽器工作的主要参数

1.1 汽轮机组真空系统的严密性

汽轮机组真空系统由两大系统组成，分别是抽真空系统、密封蒸汽系统。使用其真空系统可产生做功用的低背压。而其严密性直接影响到凝汽器内的真空度，真空度越低，则意味着系统的中的空气量增加，导致凝汽器内的热交换效率下降，严密性越差。凝汽器内汽水换热的过程效果，受凝汽器内汽侧空气分压力影响非常大，空气在蒸汽放热时起阻碍作用，改变了凝汽器的空冷区与主凝结区的匹配关系， 造成汽阻增大、主体传热系数的降低，抽气器过载，因而需要对真空系统严密性进行监控，防止真空恶化。

1.2 汽轮机组凝汽器负荷的变化

汽轮机以不同工况的变化发生着负荷的改变，汽轮机发电机组蒸汽流量发生变化，随之汽轮机末级排汽量发生变化，凝汽器冷却的蒸汽负荷也发生变化，对凝汽器工作参数的造成影响。当低于70%的凝汽器额定负荷时，将会引起空冷区的变化，使汽侧放热系数明显变化，漏入的空气量影响变化剧烈程度，漏气量越大，变化越剧烈。热负荷的变化也会引起冷却水加热度的变化，传热端差和冷却水温升则随之变化，以上变化反转过来，则影响凝汽器内部绝对压力的变化，真空发生变化。凝汽器的变化对凝汽器真空产生多方面产生影响。

1.3 汽轮机组真空度影响因数

随着机组内冷却水量的不断增加，凝汽器真空度不断变大，总传热系数也随之变化。由于冷却水流量对凝汽器端差影响存在临界值，冷却水流量与流速在凝汽器水侧管道内是成正比的。管道内单位时间内流过的水量越小，机组内冷端的真空度下降越快。

反之，管道内单位时间内流过的水量越大， 机组内冷却水温升越快，冷端的端差越大， 使系统总传热系数增加。此外，机组的真空度还受冷却水温升和端差的影响，假定冷却水流量衡定，冷却水初温越高，机组内管道的真空相越低。加上漏入的空气量的增加，真空下降速度不断加快。

1.4 汽轮机组凝汽器内引起端差变化的可能因数

端差是一系列相对值的集合体，是排汽温度与循环水出口水温的相对差值。通过对比凝汽器端差值，可判断其运行状态的好坏。引起端差的可能因数有：入口冷却水温度、单位面积蒸汽负荷、表面洁净度、空气量及冷却水流速。

在汽轮机负荷不变的条件下， 端差增大，轮机内管道压力加大，真空度降低，使得排汽压力升高， 导致可用焓降比例下降，从而引起汽轮机组的输出功率下降。排汽温度过高可能使排汽缸轴承座受热膨胀，使转轴中心发生偏移，从而产生振动，对后几级叶片的运转非常不利。端差值与端差指标值相差越大，说明凝汽器单位面积蒸汽负荷下降，铜管表面可能已长铜绿，影响散热，此时，应停机及时进行清理。

2 凝汽器最有利真空的确定方法

由于凝汽器真空提高，使汽轮机功率增加与循环水泵多耗功率的差数的最有利真空。在收集到凝汽器各种工况下的运行的数据后，就可以确定汽水两侧在变工况条件下的最佳工作状态，具体的方法有以下几种。

2.1 凝汽器内温升值的确定方法

冷却水在凝汽器内的温升值为：

其中，hc、hc′为汽轮机排汽焓和凝结水的焓；Dc为汽轮机的排汽量；Dw为冷却水流量；cp为冷却水的定压比热。

在凝汽式汽轮机正常的压力变化范围内，取hc-hc′=2 200×103J/kg；取冷却水的定压比热cp=4 186.8 J/（kg·℃），则冷却水在凝汽器内的温升可以表示为：

假定汽轮机排汽量Dc衡定，冷却水流量Dw变大，则温升值Δt变小，两者成反比关系。冷却水流量大小可以通过凝汽器循环水泵特性曲线与冷却水管路特性曲线之间的交点来确定。当冷却水流量的达到指标值时， 温升值Δt也即是应达值。

2.2 凝汽器端差值的确定方法

凝汽器端差为：

其中，Ac 为凝汽器的冷却面积， m2；k为凝汽器总体传热系数，W/（m2·℃）。

相应的凝汽器端差应达值为：

2.3 凝汽器最有利真空值的确定方法

温升的应达值Δt及凝汽器端差的应达值δtt确定后，可通过以下试子则得到的汽轮机排汽温度的应达值为：

凝汽器压力的应达值为tst 对应的饱和压力pct。

相应的凝汽器最有利真空值为：

Ht=pata-pct

其中，pata为当地大气压力，Pa 。

凝汽器最有利真空值确定后可与实际测量值进行对比，实现对凝汽器的运行状态识别。当凝汽器真空值小于最有利真空值时， 表明凝汽器真空降低，通过对比冷却水在凝汽器内的温升及端差的应达值，分析并找出凝汽器真空降低的原因。

3 汽轮机凝汽器最佳工况图

凝汽器最佳工况图有助于汽轮机凝汽器在最佳运行工况下的技术分析，指导运行操作人员在不同的季节水温条件下根据汽轮机的负荷高低来确定最合理的泵群组合供水方式，以获得最佳经济运行效果。凝汽器最佳工况图可提供人机对话界面，可对输入当前对其进行分析的系统运行方式、汽轮机、凝汽器和循环水系统运行参数进行分析评价，当前的负荷及正在运行中的汽轮机凝汽器特性，与对应的最佳运行工况相比较找出问题解决方案。

4 结 语

凝汽器的真空度對汽轮机装置的效率、功率有重大影响， 是汽轮机装置经济性的关键性指标。因此，必须加强汽轮机凝汽器的运行管理，严格控制及规定各个参数范围，确保汽轮机既安全又经济地在最佳运行工况的运行。同时，应时刻关注汽轮机凝汽器的事先预防和检查工作，通过严格的质量控制，防患于未然，减少因汽轮机凝汽器故障所带来的经济损失。

参考文献：

[1] 杨善让.汽轮机凝汽设备及运行管理[M].北京：水利电力出版社，1993.

[2] 邓彬.提高凝汽器真空度的有效途径[J].北电力技术，2008，（10）.