提高25 MW汽轮机组凝汽器真空度的方法研究

史小科

（潞安矿业集团公司五阳热电厂， 山西 长治 046205）

引言

凝汽器作为汽轮机组的核心设备，其工作时的稳定性和可靠性直接关系到了火力发电的效率[1]。目前，在多数汽轮机组中，凝汽器工作时通常处于低真空度工作状态，导致气轮机组在工作时燃料利用效率低下，工作效率低，经济性差。

1 射水抽气器结构对抽真空效果的影响

射水抽气器[2]是一种用于火力发电厂汽轮组抽吸凝汽器真空和其它需要抽真空的专用设备，根据抽气器的喉部结构的长度，可将其分为长喉型抽气器和短喉型抽气器。短喉型抽气器在工作时，其通流截面上的流体的压力分布如图1所示。

图1 短喉型抽气器内通流截面上的压力分布曲线

图中 ：Pw表示水泵在出口位置的流体压力，Pm表示水泵水流出后经过短喉管时造成的高真空的压力，Pn表示从凝汽器抽出的气液混合物在扩散管内的压力。分析可知，当水流从水泵流出进入到短喉管处时，其最初仍然是呈柱状的水流结构，当进入到短喉管后迅速的被凝结，使水流和空气开始混合并形成水汽乳浊液，乳浊液将在短喉管的侧壁形成倒流，其在倒流的时候会产生倒流旋涡，然后迅速的被水流冲走，如此反复，形成了较大的环流损失。而由于其喉部较短，导致气液混合物在喉管内尚未完全混合就被推入到扩散管内，压力迅速升高导致水的汽化潜热迅速的降低，使在扩散管内所吸收的热量大幅降低，从而导致换热效果的迅速降低。

因此，要显著提升射水抽气器换热效果的关键在于当从水泵中射出的高速流体在进入到扩散管之前就能够达到均匀混合的工况。因此，只有有效提升射水抽气器喉部的长度，使液流在喉管内能够完全充分的混合，其压力能够迅速的提升到满足排出抽气的要求，从而极大节约功耗。射水抽气器的喉管长度和凝汽器的流量比的关系如图2所示。

图2 凝汽器喉管长度与流量比的关系曲线

由分析可知，当喉管长度为2500mm时，凝汽器的流量比可达3.15，此时25 MW汽轮机工作时的消耗功率从短喉管状态时的约2.37 kW/（kg·h），降低到目前状态的1.14 kW/（kg·h），极大的提高了抽气效率，有效的提升了工作时真空度，取得了较好的抽真空效果。

2 水环泵抽气管路对抽真空效果的影响

水环泵工作时的水温对系统吸气量的影响可表示为[3]：

式中：Da为工作水在出口侧温度为t时的吸气量；Pm为水环泵启动时的工作压力；Ps，t为工作水在出口侧温度为t时的饱和压力；Ps，15为工作水在15℃时的饱和压力；n为水环泵在实际工作时的转速；n'为水环泵在工作时的额定转速；Da，15为工作水在出口侧温度为15℃时的吸气量。

分析可知，当汽轮机在工作时，其工作的水温越高，水环泵工作时的抽吸的能力越弱。因此只有将其工作水温保持在一种恒温状态，才能够确保凝汽器可靠的抽真空的要求。因为水环泵在工作时影响其水温的主要原因是泵从凝汽器中抽出的气液混合物中含有大量的汽化潜热，其在进入到水环泵中后将产生极大的热量，造成泵体内的水温的迅速升高，从而导致了其抽真空能力弱。故需要对水环泵结构进行优化，使气液混合物在进入到水环泵之前就能得到充分的冷却。经分析，最终确认采用在其抽气管道的靠近凝汽器的一端设置一个混合式的冷却设备，整合后其整体结构如图3所示。

图3 混合式冷却设备安装结构示意图

在进行设备改造时，应特别注意要增加管路的直径，确保系统增加冷却装置后，在抽气的过程中其沿管路的沿程阻力损失不得超过管路系统改造前的沿程阻力损失。

经对该25 MW汽轮机组实际现场验证，在增加了冷却装置后其工作时的真空度能提升约150 Pa。

3 抽气设备性能对抽真空效果的影响

抽气设备主要是用于将凝汽器中的非凝结的气体及时抽采出来，确保工作时凝汽器能够达到较好的真空度，提升换热可靠性，因此抽气设备工作的可靠性直接影响着凝汽器的抽真空效果，抽气器与凝汽器工作特性的关系曲线如图4所示。

由图4可知凝汽器在抽气时出口位置的压力和抽气器的吸入的压力之间的关系可表示为[4]：

式中：PC为凝汽器的抽气压力；ΔPm为流体在抽气管道和凝汽器之间流动时的阻力损失。

图4 抽气器与凝汽器工作特性关系曲线

由于在实际工作时ΔPm的增加并不能完全抵消汽器的抽气压力增加的影响，因此依旧会导致系统的抽气压力的增加，时抽气器工作特性点从位置A处，转移到位置B处，抽气器的吸气量也随之增加到Da"。因此可知若要提升系统工作时的真空度，就需要确保抽气器的连续的吸气量，在系统中设置两台抽气器能够显著提升其工作时抽气的连续性和抽气量，使工作时的真空度显著提升。

4 结论

1）射水抽气器喉管长度对凝汽器真空度有直接影响，其喉管长度越长工作时消耗的功率越小，真空度越高；

2）在水环泵抽气管路入口处增加冷却装置能够显著提升凝汽器工作时的真空度，实际验证表明在增加了冷却装置后其工作时的真空度能提升约150 Pa，对真空度提升的效果显著；

3）在系统中设置两台抽气器，能够显著提升其工作时抽气的连续性和抽气量，使真空度显著提升。