汽轮机补水装置改造探究

本文论述了凝汽器补充水雾化装置的工作原理、设备安装、试验方法、效果评价等，阐述了设备改造的优点及应用后带来的问题，是发电企业提高机组经济性的一项改进技术。

设备改造的确认

降低汽轮机排汽压力是提高蒸汽设备经济性的主要方法之一，是热力发电厂降低煤耗的有效途径。汽轮机的补充水为化学除盐水。稳压水箱内除盐水经调整阀后进入补充水管道，在静压作用下由凝汽器喉部的淋水装置补充到系统内。淋水装置上布置了∮3的淋水孔760×3个。由于淋水孔数量多、通流面积大，使淋水的水滴颗粒直径大、覆盖范围小，因而换热效率低，相应影响汽轮机排汽压力。在同等条件下应减小水滴颗粒直径、增大覆盖范围。经过考查调研、综合分析，确认补充水的雾化装置具有换热效率高、设备投资少、安装作业时间短等优点，具有提高汽轮机效率、降低发电煤耗的作用，我们首先在#1C组安装试验。

此雾化装置为合金钢材料，又是在除盐水和真空除氧的环境中使用，基本上不存在腐蚀、结垢现象，故能够长期使用。

雾化喷嘴工作原理及试验测试

雾化喷嘴工作原理。具有一定压力的工作水进入雾化喷嘴体，经过雾化片上的8个∮3的斜孔后得到了加速，进入锥体形状的喷嘴室产生旋转、增压，再由∮5.5的喷嘴后呈雾状喷射出去。喷射出的水雾呈90度锥体形状并以旋转形成一个雾化区。

由于实现了雾化，使雾化后的水滴颗粒直径减小，其表面积增大；雾化水所占有的空间大，覆盖的范围广。

试验测试情况。补充水来自稳压水箱。稳压水箱安装在标高20000mm的除氧器平台上，其正常运行时保持水位约2200mm左右。雾化装置安装在标高6600mm的凝汽器喉部。补水管道为密闭式结构。当地常年平均大气压力约0.1014MPa。汽轮机设计背压0.0065MPa。

为了检验此装置的工作效果，分两步进行了试验测试工作。

停机状态时试验测试：凝汽器（喉部）内为大气压力时，雾化喷嘴处的补充水最大压头约为0.151MPa。

调整门全开时的最大补水量为15t/h时（即雾化喷嘴的最大流量为178.5kg/h）时，雾化装置喷射出的雾化水高度超过730mm，即相当于原补水装置高度；雾化水的覆盖最大直径达800mm，横向覆盖范围接近整个凝汽器喉部（距侧壁100mm范围内雾化水滴相对较少些），纵向覆盖最大长度超过原淋水装置1800mm；雾化水滴颗粒最大直径约0.6mm，远低于原淋水颗粒直径（约3.2mm）；由于雾化喷嘴之间距离较近（180mm），雾化水在纵向重叠度较大，改善单个喷嘴的雾化性能（单个雾化锥体中部的水雾相对较少）。

通过改变补水量试验，确证雾化装置的雾化效果（喷射高度、覆盖直径、水滴颗粒直径）与补充水流量（或喷嘴处的压头）成正比例关系。

机组运行时试验测试：凝汽器（喉部）内为真空状态时，雾化喷嘴处的补充水最大压头约为0.246MPa左右；调整门全开时的最大补水量为64t/h，即雾化喷嘴的最大流量为761.9kg/h。

可见在同等条件下，机组运行时由于凝汽器真空的存在，可使雾化喷嘴处的补充水压头增大，流量增加、雾化效果增强。令最大补水量达到额定蒸发量（670t/h）的9.55%，满足了机组正常运行时补水要求。

雾化装置的效果及不利因素

雾化装置的效果

降低汽轮机排汽流动阻力损失：汽轮机背压即汽轮机排汽压力是指低压缸末级叶片出口的压力。凝汽器压力是指管束第一排管子以上不超过300mm处凝汽器壳体内的绝对压力。两之间存在着克服汽轮机排汽室至凝汽器喉部流动阻力的压力差，即汽轮机背压与凝汽器压力是不相等的，存在微量差值。

汽轮机排汽以余速从末级动叶出口排出，经呈扩压的低压缸蜗壳进入凝汽器的，而凝汽器的喉部将汽轮机排汽口与凝汽器壳体连接起来，对凝汽器起到接收、组织和分配蒸汽的作用。汽轮机末级动叶出口排汽到低压缸蜗壳、低压缸蜗壳到凝汽器壳体之间是存在流动阻力，即无论如伺优化设计仍是存在流动损失的（微量）。

采用补水雾化装置后，使水滴颗粒直径减小，表面积增大（较原淋水的表面积增大20～30倍），使对流接触换热增强，即与雾化水接触的汽轮机部分排汽将急剧凝结；同时雾化水所占有的空间大，使汽轮机排汽在大范围内被凝结，因而在凝汽器喉部的局部提前形成真空，相应减少排汽的流动阻力，即降低了汽轮机背压、提高了蒸汽在汽轮机内的做功能力。

凝汽器喉部实现“0”出口端差换热、提高凝汽器真空：由于雾化水的换热面积大；雾化装置至凝汽器换热管之间有800mm的高度（不包括喷嘴的雾化水喷射高度），雾化水与汽轮机排汽有足够的接触换热时间，使补充水能够加热到饱和温度（仅在凝汽器的喉部，还未接触冷却水管）；而部分汽轮机排汽放出汽化潜热被凝结成饱和水，实现“0”出口端差换热，其换热效率高。由于部分排汽提前凝结成饱和水，相应降低了凝汽器热负荷，有利于凝汽器真空的提高（凝汽器为表面式换热，换热效率低于混合式换热）。

降低了凝结水的溶解氧量，改善水质：化学盐水是没有经过除氧的，因而补充水中溶解一定量的氧气及其它气体。

补充水的雾化，加大了水滴的表面积，有利于溶解氧的分离；又在短时间内被加热到饱和温度，有利于溶解氧的析出；而析出气体经凝汽器的抽空气装置及时排出，如此降凝结水中的含氧量，改善水质，增强了低压加热器的传热效果、减缓了氧化腐蚀速度。

带来的不利因素

由于补充水的雾化，水滴颗粒直径较小。在停机状态时将使凝汽器喉部、低压缸蜗壳内的空气湿度大，增加了末几级叶片及其它设备的锈蚀，因而停机状态下凝汽器补水时应采用#1凝汽器的补水旁路进行，如此增加了运行人员的操作量。又为保证雾化效果，其雾化喷嘴的通流量是有限的，故事故时（如锅炉漏泄需大量补水）也应采用#1凝汽器的补水旁路进行。

可见在停机状态或事故补水时，通过运行人员的操作调整，可以弥补设备的不足。