凝汽器真空.pdf

第第 1 1 章章绪绪论论1.11.1 课题背景与意义课题背景与意义凝汽器最佳真空的定义是增加循环水量使汽轮机电功率的增加值与循环水泵的耗电量增加值之间的差值达到最大时所对应的真空1。其值的大小也对电厂安全性和经济性有很大的影响。因此，无论是设计还是运行部门都希望寻找到凝汽器的最佳真空，以便减少设备投资、降低运行费用、提高汽轮机的运行经济水平。保持凝汽器在最佳真空或接近最佳真空附近工作对汽轮发电机组具有十分重要的意义。在进汽温度不变的情况下汽轮机排汽温度每降低 10，机组的热效率增加 3.5%；在机组通常的背压围，凝汽器压力每改变 1kPa 时，汽轮机功率改变 1%-2%，这在电厂可是相当可观的2。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，循环热效率下降，还会导致汽轮机排汽温度升高，排汽缸变形和轴承中心改变所引起的振动等故障。在实际中，凝汽器真空降低还存在许多危害。凝结水中含氧量增加，最高超过 100%时，凝结水系统设备和管道被腐蚀产生的氧化铁进入锅炉，将会腐蚀水冷壁、过热器等设备和管道。与额定真空相比，凝汽器真空提高后，甩负荷时，调节系统的振荡次数、过渡时间减少，超调量减少，最大飞升转速升高，稳定转速提高3。由上述可知提高凝汽器真空或使凝汽器在最佳真空值下运行对于电厂的意义。不仅仅是提高了热经济性和汽轮发电机组的运行安全性，还使电力行业能够在市场经济体制下更有竞争力4。它不仅能带来更好的效益，还为国家的节能减排尽了一份力。因此，使凝汽器在最佳真空下运行是所有电力员工的奋斗目标。1.21.2 国外的研究现状国外的研究现状目前，已经有不少参考文献对凝汽器最佳真空的确定方法进行了讨论。在凝汽器的设计阶段，其最佳真空一般是在汽轮机热力特性一定的前提下，通过技术经济比较，确定凝汽器的真空、冷却面积和冷却水量的最佳值。常用的方法主要有“最大收益法”和“最低总年运行费用法”两种5。而在汽轮机的实际运行阶段，凝汽器的冷却面积已经确定，则最佳真空的选取是在某一确定的汽轮机负荷和冷却水温度的前提下，通过使汽轮机功率的增加值与冷却水泵消耗功率的增加值间的差值达到最大来确定最佳冷却水量，从而选择凝汽器的最佳真空。这一定义体现了几组热经济性最佳的原则6。在以原燃料价格和电价稳定的发输配电集中管理、运营时期，它一直在发电企业的运营实践中发挥着知道作用。上述最佳真空的确定方法对于实现凝汽器投资及运行费用的优化起到了很重要的作用；但其最大的问题是在冷却水运行费用处理上只考虑到输送冷却水所消耗的冷却水泵电功率，而没有考虑到在利用冷却水的同时对水资源的消耗以及对河流或大气所造成的热污染情况。实际上，随着人们水资源保护及环境保护意识的提高，凝汽器所消耗的冷却水量以及向河流或大气所排放的热水(汽)量对水资源和环境的影响已经开始受到有关部门的重视，由此造成的经济损失已不容忽视。例如，某城市对取自河流的凝汽器冷却水所收的水资源管理费为每吨 2 分钱，而排放入河流的热水每吨又收取热污染费 1 分钱。这样，该厂每利用 1t 冷却水就要消耗 3 分钱的费用，单对于1 台 200MW 汽轮机，每年为此消耗达 515 万元左右。对于冷却水采用闭式循环的凝汽器，由于需要利用地下水作为冷却水的补充水,而地下水的价格更高，有些城市达到0.68 元/t，则相应的由于冷却水而造成的运行费用也相应提高。此外，冷却塔在对冷却水进行冷却的过程中，其排放出的水汽容易使当地路面或建筑物上结冰或使冷却却塔上部很大的空间围产生水雾或云，亦即冷却塔所排放的可见水汽实际上也是一种污染。在国外，已经开始对冷却塔所排放的可见水汽量进行限制。我国是联合国气候变化框架公约的签字国。因此，无论是凝汽器的设计还是运行阶段，其最佳真空的确定，都应该考虑到在利用冷却的同时对水资源的消耗和对河流或大气所造成的热污染情况，以及由此而产生的经济损失。这样，才能保证所选取的凝汽器真空是真正意义的最佳真空。但是，在电力市场环境下，发电企业成为只有持续盈利才能生存和发展的市场竞争者，对影响盈利的原燃料价格和上网电价的任何波动都十分敏感。然而，原燃料价格受市场供求关系影响起伏不定，上网电价因发电成本和竞价策略不同随时可变，但上述凝汽器最佳真空的定义并没有虑及这些因素对发电企业的盈利的影响7。随着我国电力市场体制的逐步完善和竞价上网的全面展开，对汽轮机的运行经济性提出了更高的要求。其中，大容量汽轮机主要辅机的合理运行方式对汽轮机的经济性产生了很大的影响。在汽轮机的众多辅助设备中，当给水泵采用小汽轮机带动后，冷却水系统中的循环水泵成为耗电量最大的设备，约占汽轮发电机组发电量的 1%-1.5%。这就要求汽轮机运行部门根据当时的汽轮机负荷和冷却水温度，及时调整冷却水系统的运行方式，调整循环水泵运行的台数，实现冷却水系统的优化运行，保持凝汽器在最佳真空下运行，最大限度的提高汽轮机的运行经济性。这就是以往的凝汽器最佳真空定义所考虑不到的地方8。因此，现在迫切寻求一种新的，能适应市场体制下的凝汽器最佳真空的新定义。影响凝汽器最佳真空的因素有很多。传统定义的凝汽器真空考虑的是在换热面积一定的前提下，主要有：汽轮机排汽量、循环水流量、循环水入口温度。其中循环水入口温度取决于当地的气温条件，短时间不会改变，则在汽轮机负荷一定的条件下，要提高凝汽器的真空只能靠增加循环水流量9。也就是说，要提高凝汽器的真空必须以增加循环水泵的泵耗为代价。然而循环水泵是电厂厂用电消耗主要设备，增大循环水量虽然可以是汽轮发电机组的电功率增加，但同时循环水泵的耗功率也在增加。这就存在背压降低使汽轮发电机组电功率的增加值能否补偿增加循环水量使循环水泵耗功率的增加值的问题，因此有了最佳真空的概念10。传统的凝汽器最佳真空定义考虑得并不全面。它只能保证在最佳真空下运行能使机组的热经济性最高，但却不能保证发电企业在传统的最佳真空下运行能获得最大的盈利，因此不再适合市场经济体制下的电力行业。所以研究出一种能够适应市场经济体制下的电力行业的凝汽器最佳真空的新定义就显得意义重大了。这种新定义要的最佳真空应该是使发电单位能获得最大盈利时所对应的真空。正因为如此，新定义的凝汽器最佳真空要考虑到传统定义的最佳真空所忽略的很多因素。这些因素对最佳真空的选择的影响同样不可忽视。传统的凝汽器最佳真空计算方法忽略了凝汽器脏污程度、汽轮机排汽阻力、锅炉补充水、抽气器（或真空泵）耗功率、凝结水溶氧量、循环水的费用、循环水最低流速、凝结水过冷度11，因而使计算出的结果与实际的最佳真空有所偏差。因而使汽轮发电机组的经济性有所降低。综上所述，传统的凝汽器最佳真空确定方法已经不再合适目前的电力行业，新的最佳真空定义势在必行。本文研究的是一种新的考虑节水因素的凝汽器最佳真空的确定方法。此方法在追求最佳真空的同时还考虑到了循环冷却水的费用，因此使凝汽器最佳真空反应的不仅仅是热经济性的高低，而是盈利。能确保电厂在最佳盈利下来运行，对实际运行有着重大的意义。1.31.3 本文要解决的问题及所用方法本文要解决的问题及所用方法本文通过对目前凝汽器最佳真空确定方法的改进，分别讨论了在设计和运行阶段考虑节约冷却水因素的凝汽器最佳真空的确定方法。首先深入的分析影响汽轮机凝汽器真空的各种因素及其对凝汽器的影响的程度，例如循环水入口温度、循环水的温升及凝汽器的短差等因素对凝汽器真空的影响；然后分析传统的凝汽器最佳真空定义及在传统的定义下的凝汽器最佳真空的计算方法，再提出自己要研究的考虑更多因素的最佳真空的新定义和在新定义下的凝汽器最佳真空的计算方法；再通过对比分析出两种关于凝汽器最佳真空的确定方法的优劣并用实例计算来验证；最后得出结论。第第2 2章章 凝汽器最佳真空的传统定义及其影响因素凝汽器最佳真空的传统定义及其影响因素2.12.1 传统最佳真空的定义传统最佳真空的定义凝汽器真空是汽轮发电机组运行最重要的安全经济指标之一。机组在较低的凝汽器真空下运行不安全也不经济；凝汽器真空过高，机组运行的热经济性也并非最好。因此，凝汽器真空存在一个最佳值。凝汽器最佳真空传统定义为提高凝汽器真空后机组发电功率增量与为提高凝汽器真空所耗厂用电功率增量之差最大时的凝汽器真空。这一定义体现了机组热经济性最佳的原则,在以原燃料价格和上网电价等比较稳定的发输配电集中管理、运营时期，它一直在发电企业的运营实践中发挥着指导作用。在汽轮机运行中，影响凝汽器真空的原因是多方面的，在传热面积一定、各项性能指标及相关设备运行正常的情况下，主要有：蒸汽负荷、冷却水量、冷却水入口温度等。其中冷却水入口温度取决于环境条件，在短时间不变，则在蒸汽负荷一定的条件下，要提高凝汽器真空只有靠增加冷却水量。也就是说，要提高凝汽器真空必须以增加循环水泵耗功为代价。通常定义使汽轮机功率因真空提高所获得的增量与因冷却水量增加而引起的冷却水泵耗功增加量之间的差值达到最大时的凝汽器真空为最佳真空。如图2-1中a点的压力值所对应的凝汽器真空。图2-1 最佳真空的确定12-13图中曲线1为凝汽器压力Pc随冷却水量Dw的变化曲线，曲线2为汽轮机总功率变化量P随冷却水量Dw的变化曲线。在同样的冷却水温度和蒸汽负荷下，当冷却水量在0Dm围变化时，汽轮机因真空提高而增加的功率大于冷却水泵的耗功，P增加，当冷却水量为Dm时，p最大，如图中曲线2上b点所示，继续增大冷却水量(在DmDn围变化)，由于冷却水泵耗功大于机组功率的增加，P开始减小，当冷却水量达到最大值Dm时，P减为零。根据凝汽器最佳真空的定义，冷却水量为Dm时凝汽器压力(即曲线1上的a点的压力值)对应于凝汽器的最佳真空，Dm为机组最佳冷却水量。2.22.2 传统最佳真空存在的问题传统最佳真空存在的问题虽然传统的凝汽器最佳真空定义和确定方法已经用了很长时间，但在电力市场环境下，发电企业成为只有持续赢利才能生存和发展的市场竞争者，对影响赢利的原、燃料价格和上网电价的任何波动都十分敏感。然而，原、燃料价格受市场供求影响起伏不定，上网电价因发电成本和竞价策略不同随时可变，但凝汽器最佳真空传统定义并没有虑及这些变化对发电企业赢利的影响。凝汽器最佳真空的传统定义体现了机组最佳真空与最佳热经济性一致的原则，但在电力市场环境下发电企业为了更好地生存和发展，不得不关注每一项的投人及其产出，即把尽可能最大赢利作为追求目标。因此，在电力市场环境下继续应用凝汽器最佳真空传统定义及其判别式指导生产实践存在着以下局限性。首先，未计人燃料价格和上网电价波动因素。在市场经济和全球能源紧的大背景下，燃料价格受供求关系的影响波动较大，使得发电成本不断变化，上网电价也相应变化。发电企业出于赢利的需要，必须关注投人和产出，而燃料价格和上网电价不稳定使发电企业在计算投人和产出时不仅要计算燃料量、上网电量，还要计算燃料价格和上网电价。但是，应用凝汽器最佳真空传统定义及其判别式是在假设进入锅炉燃料量等参数基本不变条件下计算凝汽器真空改善后相关电功率的变化，没有计人燃料价格、电价波动因素。其次，忽略了原水及原水处理费。为改善真空，需要调节进人凝汽器的循环水量。由于循环水是原水经处理而成，化学药品的使用量随循环水量及水质而变化，原水处理费亦相应变化，而凝汽器真空传统定义及其判据式忽略了循环水量改变时原水及原水处理费的变化。第三，传统最佳真空的计算方法适用于凝汽器水侧管壁清洁、真空系统严密性状态正常或抽气设备性能良好的工况。当凝汽器冷却管壁脏污、汽轮机真空系统严密性失常或抽气设备性能降低，虽然对冷却水流量和循环水泵消耗功率的影响可以忽略或没有影响，但对凝汽器的总体传热系数却产生很大的影响，从而影响到凝汽器的端差，最终影响到凝汽器的真空，从而影响凝汽器的最佳真空。最后，未计入改善真空采取的其它措施所增加的投资。除采用调节循环水量的方式改善凝汽器真空外，真空系统查漏补漏、增强冷却塔冷却效果、消除凝汽器冷却水管结垢堵塞等都是改善凝汽器真空的有效措施，采取这些措施所增加的投资，在凝汽器最佳真空传统定义及其判别式中未涉及。2.32.3 凝汽器真空的影响因素凝汽器真空的影响因素凝汽器最佳真空的传统计算方法忽略了凝汽器赃污程度、汽轮机排汽阻力、锅炉补充水、抽气器(或真空泵)耗功率、凝结水溶氧量、循环水的费用、循环水。最低流速、凝结水过冷度,因而使计算结果有所偏差。下面将进一步讨论以上这些因素对凝汽器最佳真空的影响。2.3.12.3.1 循环水费用的影响循环水费用的影响目前国外对凝汽器最佳真空的选取是在某一确定的汽轮机负荷和循环水入口温度的前提下，通过使汽轮发电机组电功率的增加值与循环水泵消耗功率的增加值之间的差值达到最大来确定最佳循环水量，并以此为依据来选取凝汽器的最佳真空。不可否认，上述最佳真空的确定方法对于实现循环水系统的经济优化起到了很重要的作用；但其最大的问题是，对于循环水运行费用的处理上，只考虑了输送循环水所消耗的循环水泵电功率，而没有考虑在利用循环水的同时对水资源的消耗以及对河流或大气所造成的热污染问题。实际上，随着人们对水资源保护及环境保护意识的提高，凝汽器所消耗的循环水量以及向河流或大气所排放的热水(汽)量对水资源和环境的影响已经开始受到有关部门的重视，由此造成的经济损失已不容忽视。例如，某电厂采用江水作为循环水，每用1吨水需要向自来水公司交纳0.02元(人民币)，循环水经过凝汽器后，由于温度升高，再排回到江里时,环保部门又收取0.01元/吨。这样，该电厂每用1吨循环水就需付0.03元的费用。某300MW 汽轮机额定循环水流量为28162吨/小时，按照一年运行7000小时计算,则该厂一台300MW汽轮机每年因为循环水费用而支出591万元(人民币)。对于循环水采用闭式循环的凝汽器,需要用地下水作为循环水的补充水，而地下水的价格更高14-16。因此，前面介绍的最佳真空只能说是能量意义上的最佳真空，而并非实际经济意义上的最佳真空，为了得到真正经济意义上的最佳真空，必须将循环水本身的费用考虑进去。考虑了循环水费用以后的汽轮机的净收益Cb为：Cb Rdp pdppDwRw (2-1)式中:Rd为上网电价，元/kW*h；为机组运行时间，h；p为背压降低所引起的汽轮发电机组电功率增加值；Pp为拖动循环水泵的电动机耗功率增加值；Rw为循环水本身的价格，元/吨；为系数，对于循环水开式循环，=1；对于循环水闭式循环,为循环水系统的补水率17-20。显然,为了获得最大净收益，需要合理选择循环水流量，循环水流量的数值应满足PpCbP RdRdRw 0(2-2)DwDwDw上式简化得PPpRw (2-3)DwDwRd考虑了循环水费用以后所确定的凝汽器的最佳真空才是真正意义上的最佳真空。这种确定凝汽器最佳真空的方法能保证汽轮机运行的经济收益最大，而不仅仅是能量转换收益最大。2.3.22.3.2 汽轮机排汽阻力的影响汽轮机排汽阻力的影响进入汽轮机的蒸汽在各级做功后，从末级动叶出来经排汽管排入凝汽器。排汽在排汽管中流动时，由于摩擦、转向等阻力作用而有压力损失，称为汽轮机的排汽阻力损失。设pc表示凝汽式汽轮机末级动叶出口压力，则其与凝汽器压力pc之间的差值即为排汽阻力损失。由于这部分压损的存在使汽轮机的理想焓降有所减小，从而使蒸汽的做功能力减小。由以上分析可知，在确定凝汽器最佳真空时应该考虑真空变化对汽轮机排汽阻力的影响。排汽阻力可以用下列公式计算pc kDc2 (2-4)式中:k 为考虑结构尺寸及阻力的系数，1/m4；为排汽密度,kg/m3。由以上公式可知当凝汽器真空提高时,使汽轮机排汽密度减小,在排汽量一定的前提下,导致汽轮机排汽阻力增大。这样,虽然真空提高了,但实际上却在一定程度上减小了汽轮机的理想焓降,使汽轮机的做功能力减小。由于排汽阻力的存在使汽轮机的背压升高,从而减小了蒸汽的做功能力,且排汽量越小,排汽阻力对汽轮机背压的影响越大。因此在计算凝汽器最佳真空时有必要把排汽阻力所带来的影响考虑进去。2.3.32.3.3 抽气器（真空泵）耗功率的影响抽气器（真空泵）耗功率的影响在汽轮机运行过程中,处于真空状态的设备,不可避免地要漏入一部分空气，从而影响凝汽器的真空。抽气器的作用就是不间断地抽出漏入真空系统的空气，从而达到维持凝汽器真空的目的。如果抽气设备的容量合适,凝汽器的真空主要取决于循环水入口温度、循环水流量及汽轮机排汽量等因素。然而,如果抽气设备容量不足或抽气性能降低,则抽气设备不能及时抽出漏入真空系统的空气,空气将会在凝汽器中积聚。这样就导致汽轮机背压升高,凝汽器真空降低,使汽轮机理想循环热效率降低。无论何种原因,只要抽气设备不能及时抽出漏入真空系统的空气,则凝汽器的压力就会升高,在这种情况下,抽气设备的工作情况也会成为影响凝汽器真空的一个重要因素。2.3.42.3.4 清洁系数的影响清洁系数的影响现有的计算方法在计算凝汽器真空时,均是在假定当时凝汽器水侧管壁清洁、真空系统严密性状态正常或抽气设备性能良好的情况下进行计算,而对这些因素异常时的情况考虑不够。因此,这样的计算结果只适用于凝汽器水侧管壁清洁等良好工况。当凝汽器循环水管壁脏污、汽轮机真空系统严密性失常或抽气设备性能降低时,虽然对循环水流量和循环水泵消耗功率的影响可以忽略或没有影响，但对凝汽器的总体传热系数却产生很大的影响,从而影响到凝汽器的端差,最终会影响凝汽器的真空。当凝汽器的清洁系数不同时,凝汽器的真空会有所改变。因此,在确定凝汽器最佳真空时,要视凝汽器当时的清洁系数而定,而不能一概而论。2.3.52.3.5 锅炉补充水的影响锅炉补充水的影响在计算凝汽器真空的过程中要用到循环水的温升t,目前所有文献在计算t时都是通过凝汽器热平衡方程式得到的。实际上面热平衡方程式没有考虑锅炉补充水因素,考虑了锅炉补充水以后的凝汽器热平衡式应该是Dc(hchc)DwcptDf(hchf)(2-5)式中:Df为锅炉补充水量,t/h；hf为锅炉补充水的焓值,kJ/kg；h c为凝结水的焓值,kJ/kg。由上式计算出t后代入tctw1t t中,算出凝汽器中排汽所对应的饱和压力才是比较精确的凝汽器压力。2.3.62.3.6 凝结水过冷度和含氧量的影响凝结水过冷度和含氧量的影响凝汽器中蒸汽压力所对应的饱和温度和凝汽器热井出口凝结水温度的差值称为凝结水的过冷度。由于凝结水过冷度的存在,使低压加热器的入口水温降低。为了提高低压加热器的出口水温,必须增加更多的回热抽汽,从而使机组经济性降低。凝汽器中所含的空气是产生过冷度的主要原因。当汽轮机背压降低时,虽然会使汽轮机的电功率提高,但另一方面随着背压的降低会使空气的漏入量增加,这样凝汽器中蒸汽的分压力降低,蒸汽分压力所对应的饱和温度会降低。漏入的空气量越多,凝结水的温度就越低,产生的过冷度就愈大,从而造成的损失就愈大。另外背压降低会使凝结水中的溶氧量增加。当背压降低时漏入的空气量增大,使氧气的分压力升高,氧气在凝结水中的溶解度增大。凝结水中溶有氧气会腐蚀凝结水管道和低压加热器,使机组的经济性和安全性都受到了影响。为了消除溶氧的影响,必然会使除氧费用增加。由上面分析可知,降低凝汽器中的压力虽然会使蒸汽的有效焓降增加,但同时伴随着凝结水的过冷度增加和给水化学除氧费用提高。2.3.72.3.7 循环水最小流速的影响循环水最小流速的影响目前对最佳循环水量的确定一般都是从电厂效率和维持凝汽器最佳真空的角度来考虑的,而没有考虑凝汽器冷却水管堵塞问题。实际上,当冬季循环水入口温度低,而机组负荷又比较小时,用少量的循环水流量就能维护凝汽器的最佳真空。但是,当循环水量降低到一定值时,会发生凝汽器冷却水管堵塞,危及机组正常运行的情况。实际上当采用低速泵时,由于凝汽器两端水压减小,会发生凝汽器冷却水管堵塞现象。因此,在确定凝汽器最佳真空时,有必要考虑循环水量的下限值。2.3.82.3.8 真空系统严密性的影响真空系统严密性的影响凝汽器的空气主要是从处于真空条件下的凝汽器、汽轮机的排汽缸以及低压给水加热系统等结构不严密处漏入的。漏气量主要取决于凝汽器等设备的尺寸大小、结构、制造工艺、安装质量和运行情况。真空系统的漏气量很难进行精确计算,只能在设计阶段利用经验公式估算,然后在实际运行时进行核对。漏入空气量的增加将使凝汽器真空下降,直接影响汽轮机组运行的经济性,一般真空每下降1%,汽耗约增加1%。在运行过程中,应对真空系统的严密性进行定期检查,凝汽器的严密程度可按照经验公式评估：DDa K1s1 (2-6)100式中,Da抽气器抽出的空气量,kg/s；K1严密性系数,当分别为110、210和315时,严密性分别为优，良和中等；Ds汽轮机排汽量,kg/s。空气漏入凝汽器中,将使排汽温度和压力升高,降低汽轮机组的经济性外，严重时还会使汽轮机低压缸因蒸汽温度升高而变形，造成机组振动加剧，机组可能被迫停机。另外，由于空气分压增大,增加了空气在水中的溶解度，使凝结水的含氧量增高，加速了低压管道和低压加热器的腐蚀，对机组的安全运行造成了不利的影响。2.3.92.3.9凝结水水位的影响凝结水水位的影响在发电厂中凝汽器中凝结水水位是一个非常重要的参数，凝汽器上的测量装置一般有两套差压液位变送器、两套就地磁翻板液位计。为了确保机组能够安全、经济运行，维持凝汽器水位在正常允许围是十分重要的。水位过高不仅造成真空下降而且还会导致凝结水的过冷度增大，从而增加凝结水里的含氧量进而使凝结水管道有被腐蚀的危险，严重时可能造成汽轮机低压缸安全门爆破；水位过低将引起凝结水泵汽化，这些现象的发生都直接影响到机组的经济性和安全性。尽管现在有些机组采用无水位运行，但是对泵影响较大,所以电厂普遍采用的仍然是正常运行下维持正常水位。随着凝汽器热井中水位的上升必然会导致汽侧空间地随之减小，当水位升至一定程度就可能造成凝汽器满水的事故，造成凝汽器真空下降，影响机组的安全。如果忽略水位变化前后的温度差，前后汽侧空间变化为V根据气体状态方程得：PP(V V)1V121 (2-7)TT下面所述方程及曲线是通过采集的真空及凝结水水位的 DCS数据通过理论分析及数学方法得出的具体关系。验证了凝汽器的真空随着凝结水位的升高而降低,说明凝结水水位的高低对凝汽器的真空有着重要的影响。Pc101.3251/(0.29925572 2.98546105L)(2-8)图2-2 凝汽器真空与凝结水水位的关系2.3.102.3.10 冷却面积的影响冷却面积的影响增加凝汽器冷却面积，有利于改善其真空，但同时增加了凝汽器的造价及占地面积，需采用经济比较来确定方案的可行性。在实际运行中，当冷却管泄漏时，常采用堵管的方法。堵管后，使凝汽器冷却面积减小，循环水流速增大，使传热系数发生变化，相应地影响到凝汽器部蒸汽的传热量。计算结果表明，少量的堵管对传热系数和凝汽器端差的影响很小。虽然堵管后由于冷却水流速升高，使传热系数增大，但由于冷却面积减小，仍将导致端差增大，依然会造成凝汽器真空的下降。第第3 3章章最佳真空的修正定义及计算最佳真空的修正定义及计算3.13.1 修正后的最佳真空定义修正后的最佳真空定义通过前文对影响凝汽器真空的各种因素的分析可知，凝汽器综合最佳循环水流量的确定应该是使汽轮机综合净收益最大，亦即:max Cb Re(PtPpPpPoc)DWRWCch (3-1)其中，Pp为真空提高使汽轮机排汽阻力增大所引起的电功率减小值，kW；为运行时间，kW；h；CchPoc为真空提高过冷度增大所引起的功率减小值的，为背压降低所引起的单位时间化学除氧费用的增加值。显然，为了获得最大净收益，冷却水流量的数值应满足PpPpCbPtPCch ReReReReocRW 0 (3-2)DWDWDWDWDWReDW将上式简化得PtPRCchPPPPocW (3-3)DWDWDWDWReReDW显然，由上式所确定的循环水流量和其所对应的凝汽器真空值，才是综合考虑了上述各因素以后真正经济意义上的最佳真空21-25。3.23.2 应用实例应用实例某火电厂有两台300MW 汽轮机，每台汽轮机配置2台不同容量的定转速离心式循环水泵，对应1号和2号汽轮机的两台循环水泵编号分别为1A、1B和2A、2B，两台机的循环水管道之间有联络阀。其不同组合方式下的循环水流量及所消耗的电功率值如表3-1所示。利用本文上述最佳真空的确定方法，得到不同的循环水入口温度和两台机组第8段抽汽压力条件下，两台汽轮机循环水泵的最佳组合方式如表 2所示。同时，为了便于比较，将常规的优化分配方法也列于表3-1中。由表3-1可以看出，由于考虑了汽轮机排汽阻力及锅炉补充水等因素的影响，在其它条件都相同的情况下，循环水泵的最佳运行工况发生了改变。即原来在没有考虑这些因素情况下的循环水泵最优工况，在考虑了这些因素以后就不一定为最优了。同时，由表3-1还可以发现，由于考虑了凝汽器真空提高引起汽轮机排汽阻力增大等产生的负面影响，使得凝汽器的最佳循环水流量也比常规方法确定的最佳循环水流量要小。这进一步证明了，在计算凝汽器最佳真空和循环水泵最佳组合方式时考虑这些因素的必要性。表3-1 循环水泵不同组合方式下的循环水量及所消耗的电功率工况符号11A+1B+2A1号机投入A泵和B泵 2号机投入A泵 联络阀开启21A+1B+2A+2B1号机投入A泵和B泵 2号机投入A泵和B泵 联络阀开启31A+2A+2B1号机投入A泵 2号机投入A泵和B泵 联络阀开启41A+2A1号机投入A泵 2号机投入A泵 联络阀开启51A/2A1号机投入A泵 2号机投入A泵 联络阀关闭61A+1B/2A+2B1号机投入A泵和B泵 2号机投入A泵和B泵 联络阀关闭28506.2329777.745850.83521535.4121739.003239.20322205.5022349.383238.81627491.4029197.984701.23433496.6031638.335896.201说明1号循环水泵流量t/h30481.332号循环水泵流量t/h26761.46循环泵总耗功kW4506.504表3-2 不同冷却水温度、汽轮机负荷下的循环水泵组合及其最佳收益循环水泵入口处温1号机第8段抽 汽压力2号机第8段抽 汽压力MPa最 优工况1号机凝 汽器 压2号机凝 汽器 压机 组收益元/h最 优工况1号机凝 汽器 压2号机凝 汽器 压机 组收益元/h常规优化方法本文优化方法度/MPa力MPa力MPa100.02965100.02965100.02439100.02695150.02695250.016690.026950.021930.017970.026950.026950.026952231120.002930.0030680.0030680.0028050.0037980.0037530.0030110.0025150.0024090.0032920.0039070.005097179679180472180372170116177720176584311441力MPa力MPa0.0030680.0036990.0037000.0029710.0039820.0041050.0032920.0027330.0026050.0031380.0042780.0053181799301805761806121802001778191767533.33.3 提高凝汽器真空的几点措施提高凝汽器真空的几点措施3.3.13.3.1 合理的补充循环水合理的补充循环水无论什么形式和容量的凝汽式机组的凝汽器真空都与进入凝汽器的循环水的温度有较大的关系。冬季在较小的循环水流量下就可达到最佳真空；相反，夏季要较大循环水流量才能达到最佳真空。因此，在不同季节及负荷下，循环水系统的优化可以通过循环水泵的投运台数的合理组合来达到系统优化运行的目的。在相同的循环水流量下，循环水温偏高会导致凝汽器真空偏低。对于采用闭式循环水系统的机组而言，循环水的补充水比从冷却塔流出的循环水的温度低510，因此对于补充水水源相对充足的电厂，可以通过适当增加循环水的补充水量以降低凝汽器的循环水入口温度，以提高凝汽器的真空。当然，补充水泵的运行方式应使凝汽器在最佳真空下运行，在不同条件下，可以通过以下步骤得到凝汽器的最佳真空:(1)由试验或计算得到各种循泵组合下，进入凝汽器的冷却水流量W;(2)由试验或计算得到不同循环水温度(要考虑不同补充量时补充水温度对循环水入口温度的影响)下，在不同负荷时凝汽器背压与循环水流量的关系:PK f1(tw1,Dk,W)(3-4)(3)由试验或设计数据得到机组在不同负荷下微增出力与背压的关系:NT f2(DK,PK)(3-5)(4)由试验或计算得到循环水流量与循泵耗功的关系:NP f3(W)(3-6)(5)由补充水流量计算补充水泵耗功:Nb f4(Wb)(3-7)(6)最佳真空的目标函数为机组功率增量与循环水泵及补充水泵的耗功增量之差，即:F(t,DK,W)NTNPNb (3-8)当F(t,DK,W)0时的循环水量对应的机组被压即为最佳真空。即：Wf2(Dk,Pk)PkNpNb (3-9)PkWWW上式中:Pk机组背压,kPa；t凝汽器循环水进口温度，；Dk机组排汽量,kg/s；W循环水流量,m3/s；Nt机组微增出力，kw；Np、Nb循泵、补充水泵耗功,kw；Np、Nb循泵、补充水泵的耗功增量，kw。某厂有两台二十万机组，采用闭式循环水系统，每台机组配有三台循环水泵，一个冷却水塔。两台机共用四台补充水泵，凝汽器排水有一路可直排至排水明渠。循环水系统部分优化计算结果如表1所示。表中的数据说明，补充水量对凝汽器压力有明显的影响。因此，在补充水源充足的地区，合理投入补充水泵，增大循环水补充水量，可降低凝汽器入口循环水温，提高凝汽器真空。采用合理的补充水泵运行方式能提高机组的经济性。表3-3 循环水系统优化计算结果表凝汽器进补充水温水温度tw1度 t（）b（）250不开补充350水泵15445250开一台补6水泵13.29445250开两台补350水泵11.584450.003671080-1472.10.00304840520-1712.10.004000.00248960380-1332.1-2172.13500.00333720260-1572.10.006350.0027372060-1312.1-2232.10.003643600-1672.1DK(T/H)(MPa)0.00300（kW）-300排汽量PK增量Nt耗功N（bkW）（kW）-2332.1排汽压力汽机功率补充水泵-NbNt-Np250不开补水泵2035044525013开一台补350水泵18.67445250开两台补350水泵17.34445250不开补水350泵20开一台补25水泵29.05250开两台补350水泵28.104450.003950.004720.005570.003670.004400.005193414114870.006550.00757445250350445-1560-1020-780-1140-660-360-840-180-120-5400-5280-5700-4920-48000.008620.006260.007250.0082952026005202500-3592.1-3052.1-2812.1-3432.1-2952.1-2652.1-3392.1-2732.1-2432.1-7432.1-7312.1-7732.1-7212.1-7092.1-7392.1-7352.1-6852.1-7172.13.3.23.3.2 合理的射水箱补充水合理的射水箱补充水在汽轮机运行过程中，由于从轴封气侧漏入到轴封第一腔室(最靠近大气的腔室)的空气量比不严密处漏入凝汽器的空气量大得多，如200MW机组，两者相差近10倍。某些机组中轴封漏入的空气和部腔室外漏的蒸汽一同被抽入轴封冷却器。经过轴封冷却器后，大部分蒸汽被冷却为凝结水回到系统，剩余的少量蒸汽和不凝结的空气被直接抽至射水抽气器的出口直管段。由于这股空气量大，带入的蒸汽量相对较大，因而会导致工作水温度升高。夏季，即使单独设抽气器将轴封加热器中的空气蒸汽混合物抽出，射水抽气器的工作水温也较高。实践证明，射水抽气器工作水温升高，会严重恶化真空，因此降低射水抽气器的工作水温是提高凝汽器真空的有效措施。具体方法是将循环水系统的补充水先供到射水抽气器，并根据射水箱的水温适当增加补充水率，再将射水抽气器的排水排入冷却塔。夏季，环境温度较高，江河的补充水温也较高；此时，为了有效地降低射水抽气器的工作水温，可以增加深井水对射水箱的补充水量。另一方面，补充水的进水位置也很重要，应将补充水接到射水泵的取水区下部，这样，由于射水泵吸入水的温度较低，在同样的补水率下能有效地提高凝汽器真空。另外，射水箱的排水溢流管应设在回水区上部，射水箱底部放水门尽量少用，这样既有利于降低射水箱水温，还可以避免因操作疏忽造成机组射水箱断水，真空急剧降低的事故。表3-4 轴封供汽压力以及轴加风机容量与凝汽器真空的关系轴加风机容量m/h3.53名称负荷轴封供汽压力主机真空单位MWMPa0.02kPa91.492.693.494.092.493.80.032400.04数据3200.050.020.030.040.0594.091.192.193.693.87.194.114.228.495.895.796.296.196.296.195.696.196.03.3.33.3.3 合理的轴封供汽量和供汽压力合理的轴封供汽量和供汽压力汽轮机的排汽口与低压轴封段相邻，因此轴封系统的工作情况对凝汽器真空有直接的影响。在轴封供汽调节装置正常工作的情况下，轴封供汽压力、轴加风机的容量对真空的影响较大，应通过试验的方法来确定合适的轴封供汽压力和轴加风机容量。表3-4给出某国产引进型300MW机组的轴封供汽压力以及轴加风机容量对凝汽器真空影响的部分试验数据。由表3-4数据可知，本机组选用容量为14.2m3/h的轴加风机和0.04MPa的轴封供汽压力较合适。当轴加风机容量由3.55m3/h增加为 14.2m3/h，轴加风机的配套电机功率由原来的2.25kW增至5.5kW，而由于真空提高所产生的净收益达3000kW。3.3.43.3.4 保持抽气设备运行良好保持抽气设备运行良好抽气设备的主要功能是连续而及时地将凝汽器中的非凝结性气体抽出，以保证凝汽器良好的换热条件，形成所需要的真空。因此，抽气设备的工作情况必然会对凝汽器的压力有所影响。如果机组设二台抽气器，抽气器的运行台数对凝汽器压力的影响如图3-3所示。由图3-3中不难发现，在同样的吸气量Ga下，两台抽气器工作所维持的凝汽器压力要低于单台抽气器工作的情况；而在维持相同的凝汽器压力的情况下，两台抽气器抽出的空气量要比一台多一倍。不同机组配备的抽气设备各异，抽气设备的运行方式也有多种。图3-3抽气器运行台数对凝汽器真空的影响26某600MW机组凝汽器的抽气设备配有一台前置式射水抽气器和三台离心射流式真空泵。抽气器与真空泵采用串联工作方式。抽气设备的运行方式对凝汽器工作性能影响情况的有关数据见表3-5所示。由表3-5数据可知，在机组负荷、循环水进口温度以及循环水温升无明显变化时，仅仅由于抽气设备运行方式的改变，就使得出现较大的变化。因此，通过试验方法确定抽气设备的合理运行方式，将有助于提高凝汽器真空。当然，抽气设备的最佳运行方式应使凝汽器在最佳真空下工作。有的机组在夏季即使所有的抽气设备都投入运行，凝汽器压力还是偏高，这时，除查漏堵漏提高凝汽器真空严密性外，还可通过对抽气设备的改造及确定改造后合理的运行方式来提高凝汽器真空及机组的经济性。有的机组凝汽器真空严密性能好，在循环水温较低时，单台抽气器容量偏大。当汽轮机单机运行时，可考虑采用功耗小的抽气器；当两台汽轮机运行时，可考虑采用两台机的凝汽器共用一台抽气器的运行方式。某厂两台125MW机组每台机配两台射水抽气器，表3-5是在循环水温为10，循环水流量相同的情况下，一台机组用一台射水抽气器和一台机用两台射水抽气器的有关试验数据。由表3-6数据可知，采用1 台射水抽气器维持两台机组运转的方式完全可以满足凝汽器真空要求，从而可节省一台抽气器的厂用电，提高机组经济性。表3-5 抽气