過冷度產(chǎn)生的原因分析及消除- 百度文庫

1、汽輪發(fā)電機組凝結水過冷度產(chǎn)生的原因分析及消除對策摘要:在詳細分析了凝結水過冷度產(chǎn)生原因的基礎上,介紹了其對凝汽式汽輪機組運行經(jīng)濟性、安全性的影響。從凝汽設備的檢修以及運行維護的角度,提出了降低凝結水過冷度的幾種對策,以提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性。關鍵詞:凝汽器;過冷度;經(jīng)濟性;安全性凝汽器的工作性能直接影響整個凝汽式汽輪機組的熱經(jīng)濟性和安全性。而凝汽器運行狀態(tài)的優(yōu)劣集中表現(xiàn)在以下3個方面:是否保持在最佳真空、凝結水的過冷度是否最小以及凝結水的品質(zhì)是否合格。其中凝結水的過冷度越大,說明被冷卻水額外帶走的熱量越多,而這部分熱損失要靠鍋爐多燃燒燃料來彌補,從而導致系統(tǒng)熱經(jīng)濟性的降低。而且過冷度越大

2、,凝結水中的含氧量也越多,從而加速了相關管道、設備的腐蝕速度。因此需從各個方面對凝汽水過冷度加以重視并采取措施使其最小,以提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性。1. 凝結水過冷度的定義和表示方法1.1 定義凝結水過冷度表征了凝汽器熱井中凝結水的過度冷卻程度,可定義為在凝汽器殼體中的絕對靜壓力下,離開熱井時的凝結水溫度與凝汽器中蒸汽的飽和溫度之差。凝汽器對凝結水應具有良好的回熱作用,以使凝結水出口溫度盡可能不低于凝汽器壓力P 所對應的飽和溫度t ,以減小汽輪機回熱抽汽,降低熱耗。1.2 表示方法l J(1溫度形式t n =t s - t c(1式中:t n為凝結水過冷度;t s為凝汽器絕對壓力下的飽和溫

3、度;t c為凝汽器熱井中凝結水溫度。(2熱單位形式n = t c t c1(2式中:n為凝結水過冷度的焓值; t c為凝汽器無過冷度時凝結水焓值;t c1為凝結水有過冷度時凝結水焓值。2. 過冷度產(chǎn)生的原因分析凝汽器運行過程中,由于冷卻水管外表面蒸汽分壓力低于管束之間的蒸汽平均分壓力,使蒸汽的凝結溫度低于管束之問混合汽流的溫度,從而產(chǎn)生過冷;若凝汽器內(nèi)冷卻水管束布置過密和排列不當,使凝結器內(nèi)存在較大的汽阻,蒸汽從排汽口向下部流動時遇到阻力,引起凝汽器內(nèi)部絕對壓力從凝汽器入口到抽氣口逐漸降低,使得凝汽器大部分區(qū)域的蒸汽實際凝結溫度要低于凝汽器入口處的飽和溫度,從而產(chǎn)生過冷;蒸汽被冷卻成液滴時,在

4、凝結器冷卻水管間流動,受管內(nèi)循環(huán)水冷卻,因液滴的溫度比冷卻水管管壁溫度高,凝結水降溫從而低于其飽和溫度,產(chǎn)生過冷;蒸汽凝結在管外表面形成水膜(包括上排管束淋下來的凝結水,受管內(nèi)冷卻水冷卻,使得水膜平均溫度低于水膜外表面的蒸汽凝結溫度而產(chǎn)生過冷卻。雙遼發(fā)電廠300 MW 機組采用回熱加熱式凝結器,設計時從減小汽阻和過冷度、均勻各部分傳熱面積上的熱負荷出發(fā),在構造上具有合理的冷卻水管束布置和最小的蒸汽阻力,熱井內(nèi)裝有凝結水真空除氧裝置,可較好地消除凝結水過冷現(xiàn)象,使凝結水溶解氧達到較低水平。但在實際運行過程中,由于凝汽設備運行工況的變化,使凝汽器運行中產(chǎn)生凝結水過冷現(xiàn)象,其主要原因如下。(1空氣漏

5、入凝汽器或抽氣器工作不正常。機組在運行過程中,處于真空條件下的汽輪機的排汽缸、凝汽器以及低壓給水加熱系統(tǒng)等部分,若有不嚴密處,則會造成空氣漏入。另一方面,抽氣器工作不正常,不能及時將凝汽器內(nèi)漏入的空氣抽走。這2方面使得凝汽器內(nèi)積存的空氣等不凝結氣體增加,不僅會在冷卻水管的表面形成傳熱不良的空氣膜,使傳熱系數(shù)降低,降低傳熱效果,增加傳熱端差;還使得凝汽器內(nèi)汽氣混合物中空氣成分增高,造成空氣分壓提高、蒸汽分壓降低,而凝結水是在對應蒸汽分壓的飽和溫度下冷凝,所以此時凝結水溫度必然低于凝汽器壓力下的飽和溫度,因而產(chǎn)生了凝結水的過冷卻。(2凝汽器冷卻水入口溫度和流量的影響。凝汽器冷卻水的入口溫度和流量是

6、影響過冷度十分重要的因素。在冷卻水溫度較低或部分負荷運行時,電廠往往未相應減小冷卻水流量,使冷卻水流量相對增加,對于一給定的凝汽器,在不同運行工況下均存在一個極限真空。達到此極限真空后,再增加冷卻水流量不但增大循環(huán)水泵耗功,引起凝結水過冷。而且,極限真空只是可以達到的真空,并非經(jīng)濟真空。試驗與運行經(jīng)驗表明,在一定的蒸汽負荷及真空嚴密性條件下,當冷卻水入口溫度降低或流量增加時,凝汽器壓力降低,真空增加,進入熱井的凝結水的過冷度將增大。雙遼發(fā)電廠凝汽器熱井進口處凝結水過冷度與冷卻水入口溫度及凝汽器真空之間的關系如圖l所示。(3冷卻水漏入凝結水內(nèi)。運行中,由于管板脹口不嚴有輕微的漏泄,造成冷卻水漏人

7、凝結水內(nèi),也有可能是凝汽器內(nèi)銅管腐蝕或由于銅管振動而損壞,甚至有銅管被葉片擊傷,導致冷卻水管破裂冷卻水便會大量漏入凝結水中,從而使凝結水溫度降低,過冷度增加,此時還伴有凝結水硬度增大的現(xiàn)象發(fā)生。雙遼電廠300 MW 機組投運以來曾多次發(fā)生凝汽器銅管泄露事件。(4凝結水水位過高。運行過程中,由于:凝結水補水自動調(diào)節(jié)裝器置內(nèi)漏或其它故障,使凝汽器熱井中凝結水水位過高,淹沒了下部的3 過冷度對機組運行經(jīng)濟性和安全性的影響3. 對機組運行的影響3.1對機組運行經(jīng)濟性的影響凝汽器過冷度會增加冷源損失,引起作功能力的損失,降低系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性。借助等效熱降方法3 4j,可對過冷度所引起的作功能力損失進行定量

8、分析,如圖2所示。顯然,由于過冷度Ar的出現(xiàn),使1號加熱器的耗圖2 凝結水過冷度熱單熱量增加d ,抽汽量也位表示示意圖相應增加。依據(jù)等效熱降原理,新蒸汽的等效熱降將減少。阿AH a '71 (3如果1號加熱器是匯集式的,則過冷度f 還將影響l號段抽汽在加熱器中的放熱量q1,這時q1將變?yōu)閝 +,其過冷度使新蒸汽等效熱降下降:仃1 AH :a Ar 叩1 (41 。一n裝置的效率相對降低:A LJ 6 = r ×100 (5 -O 一 At4 IUU "/o .,式中:a 為凝結水份額;叩1為1號加熱器的抽汽效率;q。為1號段抽汽在加熱器中的放熱量,kJ/kg;H為新

9、蒸汽等效熱降,kJ/。利用式(35,可計算求得對于雙遼發(fā)電廠N300 16.72/537/537型機組,若凝結水過冷度=2(亦即Ar : 8.374Et,新蒸汽的等效熱降減少2xH=0.460 kJ/kg,效率相對降低6 =0.038%,電廠標準煤耗增加0.309 g/(kW·h。3.2 對機組運行安全性的影響凝結水過冷度的存在會威脅機組運行的安全性和可靠性。凝結水溫度過低,即凝結水水面上的蒸汽分壓力的降低和氣體分壓力的增高,使得溶解于水中的氣體含量增加。因為溶于凝結水的氣體量和熱井水面上氣體的分壓力成正比,因此若凝結水出現(xiàn)過冷度,則其含氧量增加,這將導致凝汽器內(nèi)換熱管、低加及相關管

10、道閥門腐蝕加劇,以致降低設備的使用壽命,不利于機組的安全運行,同時也加重了除氧器的工作負擔,使除氧器的除氧效果變差,嚴重時會腐蝕處于高溫工作環(huán)境下的給水管道和鍋爐省煤器管,引起泄漏和爆管。雙遼電廠300 MW 機組投產(chǎn)以來,曾多次發(fā)生凝汽器冷卻水管腐蝕造成的泄漏,使凝結水硬度超標,迫使機組降低出力帶負荷查漏。4. 降低凝結水過冷度的對策通過上述分析可知,應從檢修與運行維護的各個環(huán)節(jié)對凝結設備采取有效措施,以降低凝結水過冷度,提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性。雙遼發(fā)電廠在降低凝結水過冷度方面采取了積極的對策,在生產(chǎn)工作中積累了一些經(jīng)驗,取得了一定效果。具體對策如下所述。4.1 檢修中采取的對策(1加

11、強運行設備檢查、尋找泄漏點,利用大小修機會對凝結器負壓系統(tǒng)進行灌水查漏,重點檢查凝汽器喉部、低壓抽汽管路、低壓缸軸封蒸汽進出管道焊口、低壓缸法蘭接合面、熱井焊接處、凝結水管道法蘭連接處、凝汽器水位計接頭處、疏水擴容器焊接處、與熱井連接的真空系統(tǒng)閥門等部位,對發(fā)現(xiàn)的泄漏點進行了補焊、封堵處理。(2檢查凝汽器內(nèi)的淋水裝置。(3對凝汽器水位和軸封壓力調(diào)節(jié)器進行檢修。(4對抽真空系統(tǒng)進行檢修,保證抽氣設備正常工作,以便運行時可及時抽出凝汽器內(nèi)不凝結氣體。(5檢查排人凝汽器的各種疏水、補充水、再循環(huán)水及其它附加流體接入凝結器的管道位置,對于部分設計不合理的管道進行改造,使其接人點一定要高于凝結水水位,最

12、好接至凝結器上部蒸汽空間,并裝折流檔板,防止沖刷冷卻水管,以除掉這些水源中的空氣,減少對凝結水溶氧及對過冷度的影響.6j。通過以上措施,使機組啟動后凝汽設備的真空嚴密性試驗結果達到合格范圍。4.2 運行中采取的對策(1保證真空部分的嚴密性保證真空部分的嚴密性,防止空氣漏人,同時正確配置抽氣器,是防止凝結水過冷的有效措施之一。機組運行期間利用氦質(zhì)譜儀對所有負壓系統(tǒng)進行了泄漏檢查試驗,發(fā)現(xiàn)多處區(qū)域存在漏真空現(xiàn)象,多為管閥法蘭及閥門盤根,對這些區(qū)域進行了涂抹黃油臨時處理。對凝泵的密封水由閉冷水改為凝結水供應,并將密封水管加粗,確保了備用凝泵不內(nèi)抽空氣。此外,7號機主機低壓缸前后汽封泄漏相當嚴重,對低

13、壓前后軸封回汽手動門進行調(diào)整,調(diào)整后低壓缸前軸封不再泄漏。聯(lián)系汽機檢修對軸封壓力調(diào)節(jié)器檢查,將軸封壓力控制在規(guī)定值內(nèi),以防止空氣從軸封漏入,影響凝汽器真空。通過對負壓系統(tǒng)泄漏的治理,真空系統(tǒng)嚴密性得到明顯改善,真空泄漏率已由原來的600 Pa/min 下降到200 Pa/min左右,2臺機組凝結水過冷度均有了一定降低。(2強對凝結水水位的監(jiān)視與控制為了消除運行中凝結水水位過高而造成的凝結水過冷卻現(xiàn)象,一方面運行人員加強對凝結水水位嚴格監(jiān)視,另一方面熱控檢修重新修訂凝結水水位自動調(diào)節(jié)器的動作整定值,消除了補水門的內(nèi)漏,使凝結水補水正常。再者,利用凝結水泵本身的運行特性,采用凝汽器低水位運行的方式

14、。通過以上措施,凝汽器水位一直穩(wěn)定在規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)。同時加強對凝結水補水量的監(jiān)視,防止短時間內(nèi)凝結器大量補水造成凝結水溫度降低。(3加強對凝結水水質(zhì)的監(jiān)視與控制運行中加強對凝結水水質(zhì)的監(jiān)視。為了防止熱力設備結垢和腐蝕,化學監(jiān)督部加強對凝結水硬度、溶解氧、PH值、鈉離子等指標的化學分析測定。運行中凝汽器冷卻水管腐蝕泄漏,會引起凝結水硬度超標,過冷度增大。若水質(zhì)超標不嚴重,硬度不很高,此時如進行查漏,不易找到。依據(jù)運行經(jīng)驗,應急處理辦法是在循環(huán)水中加鋸木屑,木屑進入凝汽器水室,在泄漏處受到真空的吸引將微漏孔堵塞,通常情況下可保證硬度在合格范圍內(nèi)。若水質(zhì)超標嚴重,說明銅管泄露嚴重,冷卻水大量漏入凝

15、結水中,則采取運行中降負荷半側(cè)凝汽器查漏方法堵漏或停機時堵漏。(4對冷卻水的流量調(diào)節(jié)和控制循環(huán)冷卻水溫與機組負荷較低時,為了消除或盡量減小凝結水過冷度并節(jié)約廠用電,應減小冷卻水流量。雙遼發(fā)電廠300 MW 機組為適應在不同機組負荷、不同季節(jié)對于循環(huán)水流量變化的要求,對循環(huán)水泵進行性能改造,同時將電機改為16,18極的雙速電機。改造后循環(huán)水量的調(diào)節(jié)方法為電動機雙速調(diào)節(jié)與循環(huán)水泵臺數(shù)調(diào)節(jié)相結合,實現(xiàn)了不同季節(jié)循環(huán)水量的靈活調(diào)節(jié)。對于水量不能連續(xù)變化的單元制循環(huán)水系統(tǒng)提出了一種離散優(yōu)化模型_5j,利用該模型對雙速改造后的循環(huán)水泵進行了運行方式優(yōu)化,編制了循環(huán)水系統(tǒng)最優(yōu)化運行工況圖(圖3,以獲得最佳運

16、行真空,降低凝結水過冷度。離散優(yōu)化的原理就是在確定最佳循環(huán)水量時,用程序計算等效益點的方法以確定離散的最佳循環(huán)水流量與機組負荷、循環(huán)水溫的函數(shù)關系并決定切換時機的臨界工況線。所謂等效益點， 是指兩相鄰離散循環(huán)水流量變化后，機組功率凈增益 AN 保持相等的點(N ， 】。如果將負荷連續(xù) 變動，等效益點成為等效益線，由此劃分出切換泵組流量的工況區(qū)間。等效益線必然是低循環(huán)水量 與高循環(huán)水量引起凈功轉(zhuǎn)折工況點的軌跡。在具體實現(xiàn)時需要利用到以下關系式： a汽輪機功率變化與凝汽器背壓的關系 AN =廠(N ，P ； b循環(huán)泵耗功與凝汽器冷卻水流量的關系 N。=f(D ； C凝汽器熱力特性關系 P =f(D

17、。 ， D ，t 】。這些關系可以通過大量試驗或汽輪機廠家提供的曲線得到 I7,8 J。 利用循環(huán)水最佳運行工況圖， 運行人員可以在不同循環(huán)水溫與機組負荷下確定經(jīng)濟真空的循環(huán)水泵 運行方式。圖 3 中，機組負荷 橫坐標與循環(huán)水初溫 t 】縱坐標組成交點，該點落入的泵組 合區(qū)域就是最佳供水量區(qū)域。 圖中曲線實際上就是循環(huán)水泵切換時的機組經(jīng)濟性最佳的分界線。 也 就是說工區(qū)域為單泵低速運行區(qū)域；1I 區(qū)域為單泵高速運行區(qū)域；區(qū)域為雙泵高低速并列運行 區(qū)域；1V 區(qū)域為雙泵高速并列運行區(qū)域。通過循環(huán)水系統(tǒng)運行方式優(yōu)化可以保證機組的凝汽器運 行真空接近其最佳值，從而降低電廠用電，同時 150 210

18、270 330 有效防止了極限真空的出 Nt MW 現(xiàn)，從而減少了機組的過圖 3 循環(huán)水系統(tǒng)離散優(yōu)化冷度。 工況圖 5. 結束語 suit for circulating water system 凝汽器凝結水過冷度的大小與凝汽器結構、安裝、運行等因素均有關。對于凝汽器內(nèi)凝結水過 冷度的問題， 文中從不同方面分析了凝結水過冷度產(chǎn)生的原因， 詳細闡述了其對機組運行經(jīng)濟性和 安全性的影響，并提出了減少凝結水過冷度的對策。在凝汽設備的運行監(jiān)測過程中，凝結水過冷度 是一個不容忽視的性能指標， 因此應在檢修以及運行維護等各個環(huán)節(jié)采取措施控制和消除凝結水過 冷現(xiàn)象，以提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性，進一步提高機組的效率。 參考文獻： 1張卓澄大型電站凝汽器M北京：機械工業(yè)出版社，1993 2吳季蘭汽輪機沒備及系統(tǒng)M北京：水利電力出版社，199