机组正常运行期间与凝汽器真空的关系研究

机组正常运行期间与凝汽器真空的关系研究

张逸森

华能沁北发电有限责任公司         河南 济源        459012

摘 要：凝汽器作为第二回路热力系统的冷却水源，其真空状况是衡量汽轮机组正常工作状态的一个关键参数，在电厂实际工作中，其负压降低会导致汽轮机组输出功率降低，严重危害机组的安全与经济。为此，保证凝汽器在正常工作条件下，保证其具有较高的真空度是十分必要的。根据凝汽器的设计规范，阐述了凝汽器的工作原理，汽轮机组在正常运行过程中与真空度的相关性以及对其产生的影响。

关键词：凝汽器；凝汽器真空；电厂

汽轮机组发电机群的真空密度是指机组的真空体系（包括蒸汽侧、抽气系统和其负压点）的密度，通常用停机后的真空下降速率来描述。机组的真空严密性反映了汽轮机组和其真空系统的风量（简称“泄漏风量”）的大小，从而反映了机组性能的影响。当大量的空气进入到凝汽器中时，会破坏蒸汽的传热，从而导致低压缸排汽的压力升高，从而导致汽轮机组的负荷和能耗增加，凝结水的过冷度和氧气含量急剧增加，从而影响到机组的安全和经济的运转。为了更好地理解真空变化对蒸汽装置和排汽装置性能的影响，保障机组的平稳经济运行，有必要研究凝汽器真空及其传热影响因素，掌握真空下降与机组运行状态之间的关系。

1.凝汽器真空及其传热影响因素

1.1真空

真空是一种压强，它是指外部大气中的铅压和此处测得的绝对压强 Pa之间的差值。如果用 Ph来代表真空，那么 Ph=Pb-Pa。蒸汽处于饱和态时，其温度相当于某一平衡压强。不难想象，凝汽器冷凝后的最高蒸汽温度即为循环水的水温，循环水带走了所有的蒸发潜热，使凝汽器内处于较高的真空状态。还可以看到，在这种情况下，汽轮机的废气容量是相当可观的，而冷凝管一定要涵盖庞大的废气体积。因为废气的高比容量要比水大得多，所以当废气在经过众多的管束换热表面被再循环的冷却水所冷却之后，释放出的气化潜热又完全凝结为凝结水时，其单位体积就会急剧减小，从而使得原本充盈着的空气被清空，从而产生了较高的真空。但事实却是，蒸汽不断排放，凝结水不断被抽走，凝汽器内的真空比大气压要高。

1.2传热

为了确保凝汽器内的高效换热，必须具备三个必要的基础条件：第一，冷凝液中的贫汽冷凝温度要比循环用水量高，也就是说，要保证循环水和要冷凝的水蒸汽有一个温差；第二，在凝汽器中应该有足够的冷却水流量，这样在冷却水将乏蒸汽的蒸发热量完全吸收之后，其水温仍然可以达到第一个要求，也就是要保证凝汽器的循环冷却水的出口温度仍然比乏蒸汽的冷凝温度要低。第三，凝汽器的构造要确保整个容器的蒸汽能够高效地流过，并且要确保蒸汽和冷却介质具有较强的换热量。要实现这一点，就必须：一是有足够的散热能力。二是要使换热器具有适当的布置方式，使其具有畅通的蒸汽通道。三是为了保证换热器的换热性能，使换热器的换热性能得到提高。

2.真空下降与机组运行状态之间的关系

2.1凝汽器真空度下降的主要表征

一是提高了蒸汽的排放温度；二是提高了冷凝水过冷程度；三是压力表的负压值下降；四是凝汽器末端差的增加；五是发生了装置的震动；六是在主汽门开启量相同的条件下，减小了汽轮机组的负载。

2.2空气流量测量原理

在一定的凝汽器热负荷，冷却水入口温度和冷却水流量一定的情况下，停机后，真空降低速率与进入蒸汽系统的风量成比例。在一定的稳态条件下，假设泄漏量是高的，相应地，抽气装置关闭后的负压下降速率是 Vo，在确保装置操作参数的稳定性的情况下，将各种气流（排气流速）通过凝汽器排出，分别为△ G₁、△ G₂、△ G₃、……、△ G；相应的真空降低速率 Vm, Vhz, Vhs，…， VH，在各个抽气量下由真空紧缩率测试得到。将抽气量作为横轴坐标，抽气速率作为纵轴，将抽气量之间的线性关系进行拟合，得出抽气量的线性关系；当垂直坐标与纵轴的交叉点处，负压下降速率为 VHo时，其相应的泄漏量为0；在垂直轴线和横轴坐标的交叉点处，真空下降速率为0。采用该测试手段，能较精确地检测出凝汽器和真空管的泄漏量。

2.3机组正常运行期间与真空的关系

在汽轮机组启动、运行和停运过程中，凝汽器系统都在运行。在额定容量大于689 MW的情况下，凝汽器的真空度与负载成正比，从而制约了机组的提升。在额定输出功率小于689 MW的情况下，凝汽器的工作压力不得超过-90千帕，反之，提升能力将受到制约。在常规运行状态下，对凝汽器的真空度有较高的要求；在增压时，只要达到-70kPa就可以了，由于高的反压力，在冲击时，蒸汽的流速就会变大。

在汽轮机组启动、负荷及动力运转过程中，凝汽器的绝对压差不得小于：第一，-50kPa：在将蒸汽排入凝汽器、开启高温疏水或再供热一次蒸汽管路时至蒸汽输送之前；（真空度小于-50kPa，表示无水源）。第二，-70kPa：使涡轮加速，将涡轮的速度提高到1,100每小时；第三，-92kPa：在中等速度暖机的末端，在无负载操作或在负载至30%的情况下；第四，-88kPa：当负载达到额定值的时候；第五，从-92kPa至-88kPa：在

30%—100%负载期间（凝汽器内的压力不能超出与负载有关的直线值）。

在汽轮机冲转过程中，需要极小的真空度，在转速小的时候，需要非常高的真空度，在转速大的时候，可以适当地降低一些，这是因为涡轮的鼓风作用。在冲转过程中，由于低压缸没有做功（如果低压缸的进口压力与凝汽器的压力相同，就可以判定该低压缸没有做功），这等于说，在低压缸中，水蒸汽是不流通的，但是，在转动过程中，由于与水蒸汽的摩擦，导致了叶片的温度升高，在冲转过程中，巡视的时候，就会看到，在低压缸中，排出气体的部位非常高温，而在低压缸中，如果出现了超过200℃的情况，就会发生跳机。若这时仍有不良的真空度，蒸汽更加无法流通，对转子叶片的冷却作用变得更差。

结束语：

综上所述，凝汽器真空度与凝结水系统、汽轮机轴封系统、凝汽器抽真空系统、循环水系统等多个系统密切相关，因此，在汽轮机组正常运转过程中，必须密切注意凝汽器真空度以及各相关因子的变动规律，及时采取措施，保证汽轮机组的安全性和可靠性，提升系统的经济效益。

参考文献

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