火电厂凝汽器真空的影响因素分析

火电厂凝汽器真空的影响因素分析

赵亮

大唐陕西发电有限公司渭河热电厂  陕西西安  712085

摘要：本文介绍了火电厂凝汽器的工作原理及其真空形成理论，分析了影响凝汽器真空的主要因素，为采取相应的措施提供了指导方向。

关键词：火电厂；凝汽器；真空

引言

凝汽设备是火电厂汽轮机装置的重要组成部分之一，它的工作情况直接影响到整个装置的热经济性和运行可靠性。凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起着冷源作用，降低汽轮机排汽的压力和温度，就可以减小冷源损失，提高循环热效率。凝汽器内部压力低于大气压力的差值称为凝汽器真空，凝汽器真空是反映凝汽设备综合性能的主要指标，也是考核汽轮机组运行状态的重要参数之一。凝汽器真空过低不但会造成汽耗增加，汽轮机效率下降，使得整体机组的经济性大幅降低，而且还会使汽轮机排汽缸及轴承座温度升高膨胀，引起中心变化，产生振动或使汽轮机叶片和推力瓦过负荷损坏。因此，分析影响凝汽器真空的各种因素对于如何采取措施来保持凝汽器良好的运行状态，从而确保火电厂汽轮发电机组的安全、经济运行具有重要的指导意义。

1 凝汽器的工作原理

以水为冷却介质的凝汽设备，一般由凝汽器、凝结水泵、抽气设备、循环水泵以及它们之间的连接管道和附件组成。凝汽设备的最主要的作用有两方面：一是在汽轮机排汽口建立并维持一定的真空；二是保证蒸汽凝结并回收凝结水作为锅炉给水。火电厂运行中，为防止锅炉及汽轮机通流部分结垢、腐蚀，对给水品质的要求非常严格。如果给水全用化学处理水的话，则大容量机组的设备投资和运行费用将会很昂贵，所以必须将凝汽器回收的大量凝结水作为给水，但要严格保证其水质。此外，凝汽设备还是凝结水和补给水去除氧器之前的先期除氧设备；并接受机组启停和正常运行中的疏水和甩负荷过程中旁路排汽，以回收热量和减少循环工质损失

凝汽器中真空的形成主要原因是由于汽轮机的排汽被冷却成凝结水，其比容急剧缩小，如蒸汽在绝对压力4kPa时蒸汽的体积比水的体积大3万多倍，当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器内形成高度真空。因此凝汽器的真空形成和维持必须具备三个条件：

（1）凝汽器冷却水管必须通过一定的冷却水量。

（2）凝结水泵必须不断地把凝结水抽走，避免水位升高，影响蒸汽的凝结。

（3）抽气设备必须把漏入的空气和排汽中的其它气体抽走。

根据道尔顿定律，混合气体的总压力为构成混合气体的各气体的分压力之和。则凝汽器内压力主要取决于饱和蒸汽压力pc和不凝结气体压力pa，即凝汽器压力为p=pc+pa，式中：pc与运行中凝汽器热力特性密切相关；pa与真空系统的空气泄漏量和抽气设备运行出力有关。凝汽器真空下降，是因为p升高，即pc或 pa升高，故能够引起pc或pa升高的因素都会造成真空下降。

在理想状态下，即凝汽器内无不凝结气体的情况下，凝汽器压力近似等于凝汽器内饱和蒸汽压力pc，而凝汽器内的饱和蒸汽压力pc是由饱和蒸汽温度来决定，即

t饱＝t１＋Δt＋δt

式中t１为循环冷却水进水温度，Δt为循环冷却水温升，δt为凝汽器传热端差。

2 凝汽器真空的主要影响因素

    （1）循环冷却水进水温度的影响。由上式可知，在其他条件不变的情况下，循环冷却水进口温度t１越低，凝汽器压力p越低，也就是说凝汽器内的真空越高。循环冷却水进口温度t１取决于供水方式和当地环境温度。在直流供水方式系统中，循环冷却水进口温度t１完全取决当地环境温度，如冬季，江河或海水的温度较低，循环冷却水进口温度t１相应就低，凝汽器压力p就低；在夏季，循环冷却水进口温度t１较高，凝汽器压力p就高，也就是真空低。对于采用循环供水方式的系统，冷却水在冷却塔中的散热效果，直接影响循环冷却水进口温度t１，而环境温度也同样会影响循环冷却水进口温度t１，但其影响程度较直流供水方式有所减弱。

（2）循环冷却水温升的影响。冷却水温升取决于冷却倍率，冷却倍率表示凝结1kg蒸汽所需要的冷却水量，若用Ｄc表示蒸汽量，Ｄw表示冷却水量，ｍ表示冷却倍率，则冷却倍率可用下式表示：ｍ=Ｄw／Ｄc。冷却水温升Δt与冷却倍率成反比，冷却倍率ｍ增大，则冷却水温升Δt就减小，凝汽器压力就降低。在汽轮机运行时，排入凝汽器的凝汽量是由汽轮机负荷决定的，所以要增大冷却倍率ｍ，主要依靠冷却水量Ｄw增加来实现。当冷却水量Ｄw增大时，循环水泵的耗功也会相应增大。所以在选取冷却倍率ｍ时，应综合考虑。

（3）凝汽器传热端差的影响。在相同条件下，引起凝汽器传热端差增大的原因有两方面：一是凝汽器汽侧存在较多空气，阻碍了传热管的热水交换；二是凝汽器传热管内侧表面脏污，造成热交换性能差。要保证凝汽器内有良好的真空，必须保持凝汽器传热管的清洁，才能确保真空在合格范围内。

（4）真空严密性的影响。真空严密性是汽轮机组的一项重要指标，它代表机组凝汽器负压真空系统的严密程度，用真空下降速度来表示，真空严密性不合格是影响凝汽器真空常见的原因之一。凝汽器内漏入的空气过多，是造成真空严密性不合格的主要原因，一般情况下存在几种可能：①空气随蒸汽进入凝汽器，通常给水系统会经过多次除氧，因此该情况发生的概率较低；②与凝汽器真空负压系统相连接的设备不严密，有空气漏进，从而影响凝汽器真空。与真空系统相连接的部件（如轴封套与低压缸结合面、排汽缸膨胀节、汽缸轴封、凝汽器喉部排汽管道、凝汽器壁等）密封不严是造成凝汽器内混入空气的主要原因。随着混入凝汽器内空气量不断增大，使得真空下降；③低压轴封供汽不足，此造成外部空气从低压轴封处漏入汽轮机低压缸排汽区，漏入的空气会引起凝汽器真空下降。④与真空系统相连接的阀门误开启，真空系统复杂庞大，与之相连接的阀门较多，若有阀门误开启，也会造成真空系统与外界大气相连而漏入空气。

（5）凝汽器水位的影响。若凝汽器内汽侧凝结水位过高，会将部分热交换管道淹没，使得凝汽器冷却面积减少，冷凝效果降低，部分乏汽未能及时凝结成水，从而影响凝汽器真空度。如果凝结水位继续升高至真空抽气管口处，未完全凝结的蒸汽与不凝结气体一同被真空抽气系统抽出，并且抽气管处可能有水冒出。导致凝汽器内凝结水水位高的主要原因包括：凝汽器热交换管道破裂或与管板间的密封失效，导致冷却循环水泄漏进入汽侧；凝结水泵性能下降，抽水能力不足；凝结水备用泵出口单向阀失效，导致水通过备用通路倒灌进入凝汽器内；误操作开大凝结水再循环阀门等。

（6）抽气设备的影响。若真空泵、射汽器等抽气设备性能下降，则未完全凝结的蒸汽与不凝结气体不能很好地被抽气设备抽出，造成凝汽器内不凝结气体分压力升高，导致凝汽器真空下降。

（7）凝汽器热负荷的影响。排入凝汽器的工质不仅有汽轮机的排汽，还有蒸汽管道、加热器等设备的疏水，因此汽轮机效率降低引起的排汽量增加或部分疏水阀门内漏，均会增加凝汽器换热强度，造成凝汽器热负荷过高，真空下降。

3 结语

影响火电厂凝汽器真空的原因较多，在实际运行中从真空严密性、凝汽器冷却管脏污程度、循环冷却水、抽气设备性能、凝汽器热负荷等几个方面逐条分析，排除原因，并采取有效地应对措施，保持凝汽器真空系统运行状态良好，可显著提升火电厂汽轮发电机组的安全性、经济性。

参考文献：

[1]黄树红．汽轮机原理［Ｍ］．北京：中国电力出版社，2008．

[2]叶涛．热力发电厂［Ｍ］．北京：中国电力出版社，2009．

[3]彭泉源，严相宏.300MW汽轮机组凝汽器真空问题分析[J].华电技术,2011:58-59.