標(biāo)題:提高凝汽器真空的辦法
 張海力
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1#發(fā)表于:2010-12-23 09:53:56
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提高凝汽器真空的辦法——記一種提高凝汽器真空的方法 凝汽器又稱冷凝器，主要用于汽輪機(jī)和化工生產(chǎn)中。應(yīng)用于汽輪機(jī)時(shí)，凝汽器可將汽輪機(jī)的排汽冷凝成水供鍋爐使用，還可在排汽處建立一個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于大氣壓的真空，大大提高汽輪機(jī)的工作效率。凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器真空的好壞將直接影響發(fā)電廠汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況和整體工作效率。而影響凝汽器真空的因素很多，如用于射水式真空泵射水池的水溫、用于水環(huán)式真空泵內(nèi)的工作水的溫度、冬夏交替的氣候變化以及冷卻水溫對(duì)真空泵的抽吸能力等。前兩個(gè)因素都可以通過(guò)特定方法來(lái)保證凝汽器真空不變，但如何改變夏天氣候及冷卻水溫對(duì)真空泵抽吸能力的影響，提高凝汽器真空，一直都是一個(gè)難以解決的問(wèn)題。 發(fā)明人曾華提出了一種提高凝汽器真空的方法（申請(qǐng)?zhí)枺?/span>200910114301.6）。該發(fā)明的技術(shù)方案是在凝汽器至真空泵之間的管道上設(shè)置冷卻器，在真空泵入氣門(mén)前安裝冷卻器，冷卻器氣側(cè)安裝凝水回收儲(chǔ)水罐，儲(chǔ)水罐通過(guò)水封與凝汽器熱井連接。 真空泵入氣門(mén)前安裝冷卻器投入運(yùn)行后可以得出結(jié)論：當(dāng)冷卻器后的氣體溫度下降，抽入真空泵內(nèi)的氣體的可凝結(jié)部分就會(huì)提前在冷卻器內(nèi)凝結(jié)，提高了真空泵的抽吸能力；當(dāng)冷卻器后的氣體溫度下降，抽入真空泵內(nèi)的氣體密度增大，同樣提高了真空泵的抽吸能力；當(dāng)冷卻器后的氣體溫度下降，根據(jù)氣體狀態(tài)方程式R=PV/T可知，冷卻器容積V不變，冷卻器內(nèi)的壓力就會(huì)降低，有利于凝汽器內(nèi)的不能凝結(jié)的氣體和漏入的空氣排向冷卻器。 真空泵入氣門(mén)前安裝冷卻器投入運(yùn)行后還有以下作用：（1）由于真空泵入氣溫度設(shè)計(jì)為 該發(fā)明設(shè)計(jì)的冷卻器只要能維持冷卻器出口的溫度溫度（氣側(cè)）在 在冬天（冷卻水溫度 一臺(tái)600MW機(jī)組年平均節(jié)約煤炭9456噸，換算成標(biāo)煤是（9456*5000/7000=6754）6754噸減少二氧化碳排放（6754*2.49=16818）16818噸。如果全國(guó)五大集團(tuán)30家大型發(fā)電企業(yè)都推廣，根據(jù)2008年火電廠全年發(fā)電量21228億千瓦時(shí)，一年可節(jié)約煤炭21228*100000000*1.6*1.97/1000000＝6691066噸，換算成標(biāo)煤是（6691066*5000/7000=4779333）4779333噸， 根據(jù)節(jié)約 發(fā)明人現(xiàn)尋求燃煤發(fā)電企業(yè)或凝汽式汽輪發(fā)電企業(yè)，愿與之共同合作實(shí)現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)化。 聯(lián)系人：曾華州珠江電力檢修有限公司，廣東廣州511457 珠江發(fā)電廠總裝機(jī)容量為4×300 MW，汽輪機(jī)型式為N300－16.7/537/537中間再熱單軸雙缸雙排汽凝汽式。機(jī)組真空系統(tǒng)的主要設(shè)備有2BE1353－OEY4型水環(huán)式真空泵和N－15320的凝汽器。冷卻水取自于珠江入?？?，由1600HLB－16型斜流循環(huán)泵進(jìn)行升壓。真空泵設(shè)計(jì)為1臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)備用，循環(huán)水泵設(shè)計(jì)為冬天“2機(jī)3泵”、夏天“1機(jī)2泵”運(yùn)行。2000年6月之前，夏季真空泵都為“1機(jī)2泵”運(yùn)行，循環(huán)泵全年都為“1機(jī)2泵”供水而且凝汽器真空還比較低。本文主要針對(duì)珠江電廠所存在的真空低問(wèn)題進(jìn)行原因分析探討并尋找解決辦法。 1 真空系統(tǒng)存在的問(wèn)題及其危害 珠江發(fā)電廠4臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)后真空嚴(yán)密性試驗(yàn)和真空分別如表1、表2所示。從表中的數(shù)據(jù)可以看出:各臺(tái)機(jī)組的真空嚴(yán)密性在1999年以前根本達(dá)不到DL/T609—1996的規(guī)定［1］，而且真空遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求。真空低將直接影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性，據(jù)計(jì)算，300 MW機(jī)組真空每下降1 kPa，煤耗率增大2 g/kWh, 出力下降2.2 MW以上。同時(shí)，真空下降速度嚴(yán)重時(shí)可能使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)和末級(jí)葉片喘振等異常 ，甚至造成汽輪機(jī)事故。
2 真空低的原因探討及其對(duì)策 珠江發(fā)電廠機(jī)組真空的試驗(yàn)和運(yùn)行結(jié)果不理想，已達(dá)到非解決不可的地步。影響真空值大小有兩方面：凝汽器濕飽和蒸汽的壓力Ps（Ps與運(yùn)行中凝汽器的熱力特性有關(guān)）；凝汽器中不凝結(jié)氣體的份量Pa（Pa與真空系統(tǒng)的空氣泄漏量和真空泵的運(yùn)行出力有關(guān)）。根據(jù)道爾頓定律，混合物的總壓力為構(gòu)成混合物諸氣體的分壓力之和，則凝汽器壓力Pc為： Pc＝Ps+Pa .（1） 2．1 凝汽器熱力特性［2～4］對(duì)真空的影響及其對(duì)策 凝汽器中的蒸汽處于飽和狀態(tài)，依飽和蒸汽的性質(zhì)有:Ps與其飽和溫度ts所對(duì)應(yīng)，且ts越小,Ps越小 。而 ts＝tw1＋Δt＋δt．（2） （2）式中Δt，tw1和δt分別為冷卻水的溫升、入口溫度和凝汽器的端差。 根據(jù)凝汽器的熱平衡方程（在低溫范圍內(nèi)，水的焓在數(shù)值上約等于水溫的4．187倍），有 Dc（hc－h′c）＝4．187Dw（tw2－twl）．（3） 式中 Dc———蒸汽量，kg/h； hc———蒸汽質(zhì)量焓，kJ/kg； h′c———凝結(jié)水質(zhì)量焓，kJ/kg； Dw———冷卻水量，kg/h； tw2———冷卻水出口溫度，℃。 因此有
（hc－h′c）是 凝汽器的傳熱端差δt是作為評(píng)價(jià)凝汽器運(yùn)行優(yōu)劣的主要技術(shù)指標(biāo)，它表示為：
式中 K———傳熱系數(shù)，kJ／（m2?h?K）； Ac———換熱面積，m2。 從（4）式可知：凝汽器運(yùn)行中端差δt與蒸汽量Dc成正比，與冷卻水量Dw成反比，與換熱面積Ac和傳熱系數(shù)K有關(guān)。 綜上所述，凝汽器的真空隨蒸汽量Dc增大而降低，隨冷卻水量Dw和換熱面積Ac以及傳熱系數(shù)K的增大而升高。 2．1．1 凝汽器換熱面積和傳熱系數(shù)的影響 從珠江發(fā)電廠凝汽器的換熱面積的數(shù)值來(lái)看，與同類型機(jī)組比較都相對(duì)偏小（見(jiàn)表3），但加大凝汽器換熱面積比較困難。因此，為了提高凝汽器傳熱效果，減小端差，必須提高換熱面的清潔度。1999年初以來(lái)，分別對(duì)各臺(tái)機(jī)組的膠球清洗系統(tǒng)進(jìn)行改造和檢修，使之能正常投運(yùn)并保證收球率在95%以上，同時(shí)要求定期投運(yùn)。
2．1．2 凝汽器熱負(fù)荷的影響 減小凝汽器的熱負(fù)荷，可以提高真空。熱負(fù)荷中除汽輪機(jī)排汽和加熱器的正常疏水外，還有高溫高壓蒸汽的疏水泄漏進(jìn)入凝汽器。具體有：缸體、主（再熱）蒸汽管道疏水；高、低壓加熱器危急疏水和輔調(diào)疏水；軸封及輔汽調(diào)節(jié)站的疏水。以上系統(tǒng)由于閥門(mén)不嚴(yán)或疏水節(jié)流孔板不合理造成了高溫高壓蒸汽泄漏。 為了提高機(jī)組的真空，對(duì)以上疏水泄漏采取如下的對(duì)策： a）1998年3號(hào)機(jī)組大修以來(lái)分別對(duì)2～4號(hào)機(jī)組的疏水系統(tǒng)進(jìn)行改造，使高溫高壓蒸汽的疏水合并減少泄漏概率。對(duì)缸體、主（再熱）蒸汽等高溫高壓管道的疏水電動(dòng)門(mén)前加裝高一等級(jí)的手動(dòng)門(mén)做為電動(dòng)門(mén)的備用。 b）利用紅外線測(cè)溫儀定期測(cè)量閥門(mén)前后管壁溫度，確認(rèn)存在內(nèi)漏的閥門(mén)，并進(jìn)行檢修處理。對(duì)高壓加熱器危急疏水和低壓加熱器輔調(diào)疏水閥門(mén)前、后電動(dòng)門(mén)行程進(jìn)行精確調(diào)整，同時(shí)將高、低壓加熱器的水位由原來(lái)的基地儀控制改進(jìn)為機(jī)爐協(xié)調(diào)控制（WDPF）提高疏水監(jiān)控水平。 c）軸封及輔汽調(diào)節(jié)站由原來(lái)節(jié)流孔板疏水改造為DFS－25/500－8型倒置浮杯式自動(dòng)疏水器。 d）每月定期對(duì)運(yùn)行機(jī)組的疏水閥門(mén)內(nèi)漏進(jìn)行檢查建立檔案，對(duì)泄漏閥門(mén)限期檢修并對(duì)責(zé)任部門(mén)實(shí)行考核。 2．1．3 凝汽器冷卻水的影響 珠江發(fā)電廠每臺(tái)機(jī)組配備兩臺(tái)循環(huán)水泵，單泵運(yùn)行設(shè)計(jì)額定流量為19 656 m3/h，冷卻水主要供凝汽器冷卻外，還供閉式水系統(tǒng)的冷卻1 800 m3/h，潤(rùn)滑油、密封油、氫冷器以及定冷水的冷卻1 195 m3/h，沖灰水500 m3/h，共約3 495 m3/h。泵的性能和實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果（表4）表明：兩泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的流量比兩泵單獨(dú)運(yùn)行的流量和要小。從表4中可以算出凝汽器的實(shí)際冷卻水量要比設(shè)計(jì)量36 000 m3/h小得多，只占90%。此外，從機(jī)組投產(chǎn)后運(yùn)行中冷卻水溫升（見(jiàn)表5）分析，在額定負(fù)荷時(shí)，冷卻水年平均進(jìn)出口溫升嚴(yán)重超過(guò)設(shè)計(jì)值（9℃），4號(hào)機(jī)最大溫升高達(dá)18℃，而其它3臺(tái)機(jī)也在11～13℃范圍。
可見(jiàn)，珠江發(fā)電廠凝汽器長(zhǎng)期在循環(huán)水量不足的情況下運(yùn)行，是導(dǎo)致真空低的一個(gè)因素。 根據(jù)冷卻水所存在的問(wèn)題，分別對(duì)冷卻水系統(tǒng)采取了如下整治措施： a）對(duì)循環(huán)泵葉輪進(jìn)行改造。分別將葉輪由可調(diào)式改造為長(zhǎng)沙工業(yè)泵廠的整體式和沈陽(yáng)水泵廠的圍帶式，使最大流量單泵達(dá)24 108 m3/h，兩泵并聯(lián)達(dá)42 534 m3/h；還計(jì)劃將葉輪改為＋3°整體式葉輪 。 b）對(duì)冷卻水管道進(jìn)行查漏消除漏點(diǎn)并做好循環(huán)水的合理分配。 c）做好一、二次濾網(wǎng)和膠球清洗系統(tǒng)的狀態(tài)檢修和定期運(yùn)行，以凈化水質(zhì)。 2．2 真空系統(tǒng)泄漏的影響 2．2．1 凝汽器中不凝結(jié)氣體的份量將直接影響真空的高低，而真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性和真空泵出力決定不凝結(jié)氣體的多少。為了提高真空嚴(yán)密性，1997～1999年通過(guò)常規(guī)查漏方法找出并消除了一些漏點(diǎn)；1 999年底利用氦質(zhì)譜儀對(duì)真空系統(tǒng)進(jìn)行地毯式查漏，找到從未發(fā)現(xiàn)而且泄漏量大的漏點(diǎn)（見(jiàn)表6）。
2．2．2 小機(jī)軸封送汽不合理及其改造 機(jī)組運(yùn)行時(shí)，主機(jī)軸封通過(guò)高低壓差進(jìn)行自密封和自動(dòng)跟蹤，而小機(jī)的軸封送汽則由于前后軸封由同一根管道從輔汽直接引入，前后軸封阻力不等，所以前后送汽壓力難于調(diào)整和自動(dòng)調(diào)節(jié)跟蹤，導(dǎo)致了小機(jī)前后軸封漏空氣。針對(duì)上述情況，根據(jù)壓力匹配原則對(duì)小機(jī)軸封送汽改為由主機(jī)的低壓軸封母管供汽，而原有的汽源做為備用。同時(shí)在前軸封進(jìn)汽管道上加裝手動(dòng)門(mén)，達(dá)到軸封進(jìn)汽自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)控制，改造后效果明顯，前后軸封漏空氣量減少到10 nPa?L/s數(shù)量級(jí)以下。 2．2．3 疏水?dāng)U容器泄漏處理 高溫高壓的疏水不但加重凝汽器的熱負(fù)荷，而且增大擴(kuò)容器各疏水管之間的壓差（1.5 MPa）、溫差（400℃），長(zhǎng)期存在交變熱應(yīng)力引起擴(kuò)容器和疏水管之間的連接焊口出現(xiàn)裂紋而漏空氣。依此采取對(duì)疏水壓力溫度相差較大的接口加裝波紋膨脹節(jié)。同時(shí)，對(duì)疏水?dāng)U容器的人孔門(mén)由兩支點(diǎn)夾緊式，改造為法蘭式連接并做好定期的灌水查漏消除擴(kuò)容器泄漏點(diǎn)。 2．2．4 其它泄漏部位的消除 連通管法蘭泄漏是由于安裝工藝不當(dāng)造成的，通過(guò)調(diào)整冷拉值和更換新型墊片解決了此問(wèn)題。對(duì)防爆門(mén)等經(jīng)常出現(xiàn)漏空氣的部位，采取定期查漏和采用新材料、新技術(shù)進(jìn)行檢修封堵。 3 改造后的效果 經(jīng)過(guò)以上的改進(jìn)和處理后，對(duì)真空泵并聯(lián)運(yùn)行試驗(yàn)，證明真空泵出力可以滿足機(jī)組額定負(fù)荷“1機(jī)1泵”運(yùn)行要求并保持真空值在94.0 kPa以上。1～4號(hào)機(jī)組的真空嚴(yán)密性分別達(dá)到0.366 kPa/min，0.399 kPa/mi n，0.400 kPa/min和0.380 kPa/min的合格水平。 4 結(jié)束語(yǔ) 綜上所述，機(jī)組真空低是一個(gè)綜合性問(wèn)題，影響因素較多，要徹底解決必須對(duì)影響因素逐一消除并長(zhǎng)期做好處理效果的保持。經(jīng)過(guò)幾年的綜合整治，珠江發(fā)電廠機(jī)組投產(chǎn)后真空已經(jīng)由原來(lái)極差的水平改善到滿足設(shè)計(jì)要求。 參考文獻(xiàn) ［1］DL/T609—1996，300 MW級(jí)汽輪機(jī)運(yùn)行導(dǎo)則［S］． ［2］JB/T3344—1993，凝汽器的性能試驗(yàn)規(guī)程［S］． ［3］剪天聰．汽輪機(jī)原理［M］．北京：水利電力出版社，1992． ［4］于傳平，梁克寒，潘麗，等．凝汽設(shè)備熱力特性和試驗(yàn)［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2000，42 (2)： 水環(huán)式真空泵工作水溫對(duì)真空泵抽吸能力及凝汽器真空影響較大。 通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明:某300MW機(jī)組在夏季滿負(fù)荷時(shí)，水環(huán)式真空泵工作水溫在35.3度（冷卻水溫18.5度）時(shí)，機(jī)組背壓為9.534Kpa；當(dāng)工作水溫達(dá)到45.1度（冷卻水溫30.5度）時(shí)，機(jī)組背壓上升到11.28Kpa. 由此看來(lái)，特別在夏季真空泵冷卻水溫上升時(shí)，將較大影響到工作水溫，真空泵效率下降，機(jī)組真空將下降。所以應(yīng)盡量采取降低冷卻水溫的措施，保證真空泵的正常出力和效率。 悶缸”是指在汽輪機(jī)打閘停機(jī)后，由于某種原因，盤(pán)車(chē)裝置無(wú)法投入（包括手動(dòng)盤(pán)車(chē)，此時(shí)往往是廠用電全停，潤(rùn)滑油泵、頂軸油泵都不能投運(yùn)），由于剛停機(jī)，缸溫比較高，不及時(shí)投入盤(pán)車(chē)裝置，大軸會(huì)在上下缸溫差的作用下發(fā)生彎曲。這個(gè)在安規(guī)防止大軸彎曲里有解釋的。 此時(shí)采取的措施是：1、關(guān)嚴(yán)進(jìn)入汽輪機(jī)的各路汽源。 2、將汽缸疏水完畢后關(guān)嚴(yán)疏水門(mén)。 3、在各汽缸軸封處，用保溫棉進(jìn)行封堵，防止進(jìn)冷氣。 4、當(dāng)高、中壓缸溫達(dá)到轉(zhuǎn)子脆性轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，手動(dòng)再盤(pán)動(dòng)轉(zhuǎn)子180度。 這個(gè)措施就叫“悶缸”。第3條說(shuō)要用保溫棉，是因?yàn)橛械膹S有過(guò)這樣的措施，并且通過(guò)這個(gè)措施，缸溫下降 |
