汽轮机凝汽器真空影响因素分析

摘要：单元机组运行过程中，机组运行工况的变化以及汽、水侧的各种扰动都会引起凝汽器真空的变化。凝汽器真空的变化对单元机组运行的经济性和安全性具有重要影响，因此在分析影响运行过程中凝汽器真空变化的各种因素的基础上，提出相应的解决措施，使凝汽器真空保持在最佳状态，对于提高单元机组运行的经济性和安全性具有重要意义。

关键词：凝汽器；真空；最佳状态；经济性 Abstract: The operation process of the unit, various changes in operating conditions and steam, water side disturbance can cause changes in the vacuum of condenser. Change vacuum of condenser has an important impact on the safety and economy of unit operation, therefore various factors of vacuum in condenser condensate in the analysis of the influence of change of operation process, put forward the corresponding settlement measures, make the condenser vacuum is maintained in the optimum state, has very important significance for improving the economic and safe unit unit operation.

Keywords: condenser; vacuum; optimum condition; economy

中图分类号：TM311文献标识码：A文章编号：

引言

通过了解凝汽器系统的组成、结构和工作原理。分析机组运行过程中影响凝汽器真空的主要因素，凝汽器真空变化对于单元机组运行的经济性和安全性造成的影响。结合汽轮机运行过程中在机组运行工况和各种扰动作用下凝汽器真空变化的特点，提出保持凝汽器最佳真空以提高机组运行安全性和经济性的各种措施。

1 凝汽器系统结构和工作原理

凝汽式汽轮机的凝汽设备通常由表面式凝汽器,抽气设备,凝结水泵,循环水泵以及这些部件之间的连接管道组成.最简单的凝汽器设备示意图如图2-1所示, 排汽离开汽轮机后进入凝汽器,凝汽器内流入由循环水泵提供的冷却工质,将汽轮机乏汽凝结为水.由于蒸汽凝结为水时,体积骤然缩小,从而在原来被蒸汽充满的凝汽器封闭空间中形成真空.为保持所形成的真空,抽气器则不断的将漏入凝汽器内的空气抽出,以防不凝结气体在凝汽器内积聚,使凝汽器内压力升高.集中与凝汽器底部的凝结水,则通过凝结水泵送往除氧器方向作为锅炉给水. 所以,凝汽设备的任务是: (1) 在汽轮机排汽口建立并维持高度真空; (2) 将汽轮机的排汽凝结成洁净的凝结水作为锅炉的给水循环使用[1]。

1—凝汽器；2—循环水泵；

3—凝结水泵；4—抽气器

图2-1最简单的凝汽器设备示意图

2 凝汽器的管束布置

（a）三角形排列；(b)转移轴线排列；(c)辅向排列

图2-3管束的基本排列方式

冷却水管在凝汽器管板上的基本排列方法有三种：三角形排列法：正方形排列法：辅向排列法。如图2-3所示。

三角形排列法的管子中心位于等边三角形的顶点，这种排列法在节距相同时，管子密集程度最大，每根管子在管板上占的面积最小，布置在希望蒸汽空气混合物流速增大之处，正方形排列的管子中心位于正方形的四个角上，密集程度小于三角形辅向排列法构成上宽下窄的通道，后两种排列法宜用在希望汽阻较小的地方。

评定凝汽器优劣有五个指标：①真空；②凝结水过冷度；③凝结水含氧量；④水阻；⑤空冷区排出的汽气混合物的过冷度。

3影响凝汽器真空的主要因素

3.1 空气的危害：

凝汽器的空气来源有二：一是有新蒸汽带入汽轮机的，由于锅炉给水经过除氧，这项来源极少；二使处于真空状态下的低压各级与相应的回热系统、排汽缸、凝汽设备等的不严密处漏入的，这是空气的主要来源。空气严密性正常时，进入凝汽器的空气量不到蒸汽量的万分之一，虽然很少，但危害很大。这主要是因为空气阻碍蒸汽放热，使传热系数K减少，从而使其危害时使凝结水过冷度增大。

3.2 过冷度的危害

凝结水的温度低于凝汽器喉部压力下的饱和温度，这种现象称为凝结水的过冷度。过冷度存在的原因有三：一是凝汽器铜管排列不好，缺乏回热通道，管束布置太密，使得蒸汽在进入凝汽器时与冷却水有充分的接触机会。二是凝汽器内积存空气。凝汽器积存空气。使凝汽器内空气分压力升高，真空降低，排气压力升高，在冷却水管表面上会形成传热效果不良的空气膜而影响传热效果。在凝汽器热负荷和冷却水出口温度不变的情况下。凝汽器端差是否增大，是判断凝汽器内是否积存空气的重要依据。三是凝汽器内凝结水位过高而导致过冷却[13]。

3.3 影响凝汽器真空的主要因素

1)当循环水泵出现故障时或出口门未完全开启．以及凝结器进水电动门未完全开启，将使循环水流量减少，造成冷却水的温升急剧增大，从而使排汽温度升高，最终导致排汽压力增加，真空下降。主要故障特征为：循环水泵电机电流下降，水泵出口门后压力降低，抽气器抽出的空气温度与冷却水进口温度之差增加。

2)当轴封供汽突然中断或轴封供汽压力过低时，大量空气将漏入凝汽器，使其真空急剧下降。主要故障特征为：凝汽器端差增加，凝结水过冷度增加，转子因急剧冷却而产生负差胀。

3)当凝汽器水位调整失灵等原因引起凝汽器满水时，排汽与冷却水之间的热交换面积将急剧减小，使凝汽器真空急剧下降。主要故障特征为：凝汽器端差增加，水泵电动机电流增加，凝结器水位升高。抽汽口抽出的空气温度与冷却水进口温度之差增加(此时抽不出空气)。

4)当真空系统管路破裂时，将使凝汽器真空下降。主要故障特征为：凝汽器端差增加，凝结水过冷度增加，真空急剧下降。

5)当真空系统不严密时，将使真空下降。主要故障特征为：凝汽器端差增加，凝结水过冷度增加，真空缓慢下降。

6)当凝结水泵工作不正常时，将使真空下降。主要故障特征为：凝汽器水位升高，端差增加，凝结水过冷度增加．凝结水泵出口压力下降，凝结水泵电机电流减小。

7)凝汽器铜管在运行过程中发生部分破裂会使凝汽器真空下降。主要故障特征为：凝汽器水位升高，端差增加。凝结水过冷度和导电度增加，凝结水泵出口压力增加．凝结水泵电机电流增加。

8)当最后一级低压加热器的铜管发生破裂时。将使真空下降。主要故障特征为：凝汽器水位升高．端差增加。凝结水过冷度增加，凝结水泵电机电流增加，凝结水压力下降，低加热器水位增高。

9)当凝汽器铜管脏污时，将使传热效果降低。真空下降。主要故障特征为：端差增加，循环水进出口温升减小，抽气口抽出的空气温度与冷却水进口温度之差增加。

10)当凝汽器铜管堵塞(或循环水量不足)时，将使凝汽器真空下降。主要故障特征为：端差增加，循环水进出口温升增加，抽气口抽出的空气温度与冷却水进口温度之差增加。

11)当抽气器工作不正常时或射水池水温高，将使凝汽器真空下降。主要故障特征为：端差增加，凝结水过冷度增加，凝汽器真空和抽气器吸入室真空要减小[8]。

4凝汽器的最佳真空

汽轮机运行时，排汽量由外界负荷决定，不可调节，所以控制冷却水温升的主要手段就是改变冷却水量。冷却水量主要由循环水泵的容量和运行台数决定。增加冷却水量主要由循环水泵的容量和运行台数决定。增加冷却水量，则t减小，排汽压力降低，汽轮机发出功率增加，但不是真空越高越好。因为增加循环水量，循环水泵功耗将增加。若只有一台循环水泵工作，且冷却水量可连续调节，汽轮机功率增加及水泵耗功增量与冷却水增量的关系曲线如图所示。随着循环水量的增加，曲线1是机组电功率增量的变化曲线，曲线2是循环水泵所耗功率增量的变化曲线。由图可见当量曲线差值=-最大时，提高真空后所增加的汽轮机功率与为提高真空使循环水泵多消耗的厂用电之差达到最大，此时的真空值称为最佳真空。运行中，机组要尽量保持在凝汽器的最佳真空下工作。实际上，运行的循环水泵可能有几台，循环水量也不能连续调节，所以应通过实验确定不同符合及不同进口水温下降的最佳真空。

图4-1 最佳真空的确定

对于一台结构已定的汽轮机，蒸汽在末级存在极限膨胀压力。若排汽压力低

于该值，则蒸汽的部分膨胀只能发生在动叶之后，产生膨胀不足损失，汽轮机功率不再增加，反而还因凝结水温降低、最末级回热抽汽量增加而使机组功率减小。凝汽器的极限真空就是指使汽轮机做功达到最大值的排汽压力所对应的真空[18]。

5 结论

凝汽设备是凝汽式汽轮机的一个重要组成部分，由于设计、安装、检修、运行机制等方面的原因．在运行过程中时常会出现凝汽器真空偏低的现象。由于真空系统庞大并且影响真空的因素较多．每台机组的性能不一样，影响真空的原因也不一样，机组运行中凝汽器真空严密性试验不合格．始终是困扰运行人员的一大难题。如果凝汽器真空过低．不仅会引起蒸汽在机组中的有效焓降减小．还会导致汽轮机排汽温度升高，排汽缸变形和振动等故障。因此．凝汽设备的工作性能直接影响到整个汽轮机组的热经济性和安全性．研究凝汽设备的故障诊断具有重要意义

参考文献

[1]沈士一、庄贺庆、康松、庞立云.汽轮机原理[M].中国电力出版社.1992.6

[2]杨善让.汽轮机凝汽设备及运行管理[M].北京：水利水电出版社.1993.10

[3]王又武、张亮.影响凝汽器真空的因素分析及对策[J].华中电力.2002，3(15)：59～63

[4]包春、蔡国樑.提高凝汽器真空和机组热效率的有效措施[J].电力设备. 2002,1(3): 74～76

[5]孙兴平.提高凝汽器真空的措施[J].华东电力.2002,4:66～68

[6]卢正良.保护凝汽器真空的改良[J].科技咨询导报.2007,1:50～52