降低汽轮鼓风机组蒸汽单耗的研究与应用

崔海涛

（河钢集团宣钢公司设备能源部，河北 张家口 075100）

在保持机组负荷不变的情况下，汽轮机凝汽器真空度决定着汽轮机运行经济性和安全性。随着真空度的下降，会增大汽轮机的进汽量，使得轴向推力增大，从而导致叶片负荷过大，影响汽轮机的经济性。同时，会引起排汽温度的上升，从而使得排汽缸变形、机组重心偏移，导致机组的振动增加、凝汽器铜管产生松弛、变形或断裂，影响汽轮机的安全性。

1#汽轮鼓风机凝汽器循环水在5#泵站循环水系统末端，循环水系统中的杂物大多流入1#汽轮鼓风机凝汽器，其凝汽器铜管泥垢较多，特别是凝汽器南侧铜管堵塞严重。通过对1#风机凝汽器进行检查，凝汽器南侧约30%的换热管堵塞，影响凝汽器的换热，端差增大，凝汽器真空下降至-0.083MPa。另外1#汽轮鼓风机调速汽阀阀杆漏汽严重，每天风量按640万m3计算，每小时漏1t蒸汽，单耗提高0.0375t/万m3。鉴于以上原因，1#汽轮鼓风机组蒸汽单耗优化项目势在必行。

1 凝汽器真空的影响因素分析

冷却水温、冷却水量、真空系统严密性、管壁洁净度、冷却面积、总体传热系数是影响凝汽器真空的六大要因，详细分析如下。

（1）循环冷却水温度的影响。循环冷却水温度是影响凝汽器真空和传热系数的重要因素，它会影响凝汽器的端差。在同等条件下，凝汽器的真空度与冷却水温度成反比例关系。

因此，合理调整间冷塔百叶窗开度，根据循环水入口温度的上升，及时增大间冷塔百叶窗开度，开启速率根据入口温度升高速率调整，直至百叶窗全开。若间冷塔百叶窗全开时仍无法满足机组负荷要求，可进行间冷塔扇面冲洗操作，减小百叶窗热阻，提高热交换效率[1]。

图1 冷却水温度和真空的关系

（2）循环冷却水量因素。机组正常运行时，凝汽器内部汽轮机低压缸排气冷却主要依靠持续不断的循环冷却水来保证，夏季高温期间正常运行时若需多台循环冷却水泵来维持，当一台或多台循环冷却水泵跳闸或故障时，将使循环冷却水量不足，导致凝汽器工作效率下降，真空下降[2]。

（3）真空系统严密性的影响。在真空条件下，如果凝汽器、低压给水加热系统、排汽缸等结构不严密，凝汽器内会漏入空气。漏气量受凝汽器的结构、尺寸、工艺、质量和运行情况等因素影响，一般真空每下降1%，汽耗约增加1%。

汽轮机的真空程度的严密性较差的话，危害主要集中体现在：一旦真空严密性降低，那么就会有更多的空气进入到真空系统中去，如果这些空气没有及时的被真空泵抽走的话，汽轮机的机组压力与排汽温度数值就会不断攀升，致使汽轮机工作效率降低，最终导致能源消耗的增加，严重的情况就会影响到汽轮机的安全运行。

真空系统的严密性不良是造成机组真空低的主要原因，现从以下几方面内容进行分析：①汽轮机低压缸防爆门、小机排汽缸防爆门、凝汽器入口管板、凝汽器人孔门等破裂开缝导致空气漏入。②凝汽器、轴封加热器、低压加热器水位计出现漏点，导致空气漏入。③负压阀门关闭不严或法兰泄漏导致空气漏入。④轴封蒸汽压力过低，导致外部空气窜入。⑤正常运行时真空破坏阀未关严或误开导致空气漏入。⑥凝结水泵入口法兰或管道泄漏、凝结水泵密封水中断导致的溶氧超标。⑦真空泵密封水中断，抽真空管道、阀门、法兰泄漏导致空气漏入。⑧低压缸排气温度、压力测点泄漏，导致空气漏入。

（4）管壁洁净度的影响。判断凝汽器铜管的脏污程度和水侧的传热性能直接指标是清洁系数，随着清洁系数的减小，会使得冷却水与水管的温差增大、传热端差增大、真空降低，从而使汽轮机出力下降。

铜管内部结垢是造成凝汽器管束换热效果劣化的重要因素。蒸汽的热量很难穿过水垢传给冷却水，使得凝汽器端差增大、真空降低，机组热经济性降低。严重时传热管内壁结垢会引起铜管垢下腐蚀，导致铜管穿孔破裂出现泄漏。

图2 凝汽器铜管对比图

（5）冷却面积的影响。冷却面积减少会增大循环水流速，从而改变传热系数。当铜管出现泄漏时，如果堵管，会减少冷却面积，从而影响到内部蒸汽的传热量。

（6）总体传热系数。总体传热系数是衡量凝汽器传热强弱的主要参数，若用K表示总体传热系数，R表示凝汽器总热阻，K与R成倒数关系，即：K=1/R。若由于冷却水管内管壁结垢导致总热阻增大、机组真空系统不严密使凝汽器内空气量增加、冷却水Dw降低均使传热系数K降低，传热减弱，凝汽器传热端差δt增大，凝汽器真空降低；反之，在凝汽器冷却水管严重结垢进行清洗处理后、机组真空严密性增加、冷却水Dw增加均使传热系数K升高，传热增强，凝汽器传热端差δt减小，凝汽器真空升高。

2 问题排查方法

2.1 汽侧灌热水查漏法

若机组停机后具备汽侧灌水条件，则可以采用汽侧灌热水查漏的方法查找泄漏的铜管。具体操作如下：

①凝汽器汽侧设置玻璃管水位计或透明塑料软管，用于监视汽侧水位；②打开所有凝汽器检修人孔，在凝汽器底部弹簧位置加设临时支撑；③通过凝汽器补水门补进冷水，再通过低加出口门和凝结水再循环门补进热水，监控凝汽器内汽侧水温不得高于50℃，进水高度以刚好淹没所有铜管为宜；④在凝汽器铜管一端的所有人孔架设鼓风机，另一端排空，注意排出的水蒸汽不得飘向电气设施；⑤等待数小时后，观察排空侧人孔门有无水汽飘出，若基本无水汽飘出，说明铜管内的残水已蒸发，此时可以拆除鼓风机进行查漏；⑥铜管管口有水漏出的为泄漏铜管。上述方法可以避免以往汽侧灌水查漏时误堵铜管的情况。以往汽侧灌水，因水侧铜管管口有水流而不能准确判断铜管是否泄漏，经常会将疑似漏点闷堵，造成误堵铜管较多。采用上述方法后，可以实现快速查漏，精准查漏，甚至能够发现被异物堵塞的铜管。

2.2 红外线测温仪测漏法

红外线测温仪测漏法的工作原理是通过对与凝汽器连接的所有阀门进行逐一测量，从而诊断阀门是否存在泄漏。对于温度较高的阀门，如果热紧后温度仍居高不下，就说明阀门存在泄漏，需及时修复。从疏水到凝汽器的管路，如有调门、气动门的，也可以用此方法诊断排查并修复。

3 优化措施的实施

通过对1#汽轮鼓风机组进行检查和分析，发现蒸汽单耗高的主要原因是凝汽器南侧铜管堵塞严重，且排汽缸与凝汽器连接处有漏点。因此，维修团队利用机组停机同步检修机会，处理鼓风机调速汽阀阀杆漏汽问题，并更换凝汽器南侧堵塞的铜管。

（1）施工人员进入凝汽器内部拆除旧铜管，同时两端将旧铜管拔出。

（2）旧铜管拆除后，清理凝汽器内部脏污，对管板、管板孔清扫，清除管孔泥垢、锈垢，并清扫打磨干净，不得有毛刺、划痕、锈皮等现象。

（3）换热管的检查：查看搬运过程中有无损坏损伤，毛刺凹陷、压扁，管内部无杂物和堵塞，搬运时应轻拿轻放。

（4）测量管板孔与换热管的公差，管长和外径，在管板四周及中间用5根～7根同样长的标准管检查，查看管板是否变形和有无不平行等情况。

（5）穿管顺序自下而上，为防止穿错隔板孔，应派人进入气侧，穿管时应轻推轻拉，防止划伤。

（6）胀管由技术熟练的操作工进行胀接，胀口应符合要求，胀力要均匀，不得有过胀、欠胀。胀管深度为管板厚度的75%～90%，扩胀系数为8%～11%，胀后进行检查，看有无漏胀。

（7）两端管口露出管板1.5mm～2mm，胀口及翻边处应平滑光洁，无裂和明显切痕，进水口翻边角度12°～15°左右。

（8）进行水压试验，无渗漏为合格。

4 优化措施实施效果

项目优化后，汽轮鼓风机凝汽器的冷却面积得到有效扩大，汽轮机做功环境得到有效改善，真空度得到有效提升，1#汽轮机鼓风机组真空由-0.083Mpa提高到-0.087Mpa，降低了排汽温度和端差，运行蒸汽单耗明显降低。

按照全年供风220000万m3计算，项目优化后，机组蒸汽单耗约下降0.08t/万m3，蒸汽费用按163元/t计算，则年节约蒸汽费用：

220000＊0.08＊163/10000=286.88（万元）

按5年期折旧，则年节约效益：

286.88-60÷5=274.88（万元）

5 总结

影响汽轮鼓风机的真空度的原因是很多的，需要全面的问题排查方法。提高汽轮鼓风机的真空度，可以有效提高汽轮机的经济性、安全性和稳定性。通过对凝汽器的排查和维护，有效地提高了汽轮鼓风机的工作效率，降低了蒸汽单耗，节能效果显著。