化工廠自備電廠凝汽器真空論述

白瑞先(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭014010)

化工廠自備電廠凝汽器真空論述

白瑞先(神華包頭煤化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭014010)

本文論述了化工廠中自備電廠CZK50-9.8/4.2高壓單缸單抽冷凝式直接空冷汽輪機(jī)真空系統(tǒng)的構(gòu)成工作原理及真空系統(tǒng)影響因素，通過分析影響真空系統(tǒng)原因從而采取措施提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

汽輪機(jī);凝汽器;真空;優(yōu)化運行

空冷機(jī)組的出現(xiàn)解決了一些地區(qū)煤資源豐富但缺乏水資源的問題該系統(tǒng)與常規(guī)水冷系統(tǒng)相比基本構(gòu)造相同不同之處在于用空冷島取代了水冷塔，整套系統(tǒng)具有系統(tǒng)簡單、占地面積少、系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈活、不需要水作為冷卻介質(zhì)、始末溫差大等優(yōu)點而成為未來發(fā)展的主流趨勢。

凝汽器真空度是指凝汽器出口排汽壓力與當(dāng)?shù)卮髿鈮旱牟钪?，汽輪機(jī)后氣缸出口排汽壓力，一般稱做被壓值真空降低將導(dǎo)致被壓升高，汽輪機(jī)真空度過低一方面降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，另一方面機(jī)組長時間低真空運行將導(dǎo)致氣缸脹差發(fā)生變化，低壓缸中心發(fā)生偏移，造成機(jī)組動靜摩擦，影響機(jī)組運行。

1 真空系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

真空系統(tǒng)主要由凝汽器、水環(huán)式真空泵、空冷島構(gòu)成。

凝汽器作用：

①建立并保持真空。

②增大蒸汽在汽輪機(jī)的焓降，盡可能的降低排氣壓力，提高機(jī)組效率。

③將凝結(jié)的水儲存到熱井，通過凝結(jié)水泵打到除氧器，成為鍋爐供水，減少熱能損失和工質(zhì)損失。

真空形成：

凝汽器真空的建立分為啟動真空的建立和運行過程中真空的建立，在汽輪機(jī)啟動過程中真空主要由兩臺水環(huán)式真空泵快速將凝汽器中空氣抽出建立真空，達(dá)到起機(jī)條件，但真空泵的運行只能起到維持真空的作用，真空在運行中的建立主要靠空冷島將蒸汽冷卻，形成體積差建立真空。

水環(huán)式真空泵作用：

①啟動時快速建立真空，在兩臺真空泵同時投入情況下，空冷凝汽器從當(dāng)?shù)卮髿鈮哼_(dá)到35Kpa的所用時間不得超過40min，空氣泄漏量：35kg/h。

②運行過程中維持真空，每臺真空泵抽出干空氣量不小于35kg/h,額定情況下可以維持真空在8～36kpa。

空冷島構(gòu)造：

本廠空冷系統(tǒng)分為順流區(qū)和逆流區(qū)由單排管束構(gòu)成，翅片管采用碳鋼，翅片采用鋁質(zhì)材料，整體采用A型布置夾角57°，順流區(qū)配有6臺風(fēng)機(jī)，逆流區(qū)配有3臺風(fēng)機(jī)，9個冷卻單元沿汽機(jī)房縱向排列成3行3列。

工作原理:

每臺機(jī)組設(shè)置1套空冷凝汽器，汽輪機(jī)低壓部分排氣，由1根總管排出后分成3根直管，每根支管對應(yīng)一列冷卻單元，在汽輪機(jī)排氣口下方設(shè)有排氣裝置，排氣裝置的底部設(shè)有凝結(jié)水收集器（熱井），供機(jī)組正常啟動和運行收集空冷凝汽器的凝結(jié)水。排氣由順流凝汽器單元頂部進(jìn)入，其中大部分蒸汽凝結(jié)進(jìn)入順流凝汽器單元底部的凝結(jié)水收集管，經(jīng)空冷平臺上的凝結(jié)水收集母管匯合進(jìn)入排氣裝置熱井，少量的蒸汽和不凝結(jié)氣體由底部進(jìn)入逆流單元進(jìn)一步冷卻，不凝結(jié)氣體由真空泵抽出排向大氣。

2 真空系統(tǒng)影響因素及改善措施

凝汽器保持在合理的真空下運行是保障機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低發(fā)電成本的主要措施之一，汽輪機(jī)的負(fù)荷不變時，凝汽器內(nèi)的真空每下降1%，將使汽輪機(jī)的汽耗量增加1%-2%。如果真空下降過多，還將導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷無法維持，甚至引起汽輪機(jī)及其相關(guān)設(shè)備發(fā)生安全隱患。

正常運行情況下，影響凝汽器運行因素有空冷島設(shè)備系統(tǒng)自身安裝調(diào)試、環(huán)境溫度、風(fēng)速、真空泵工作冷卻水的溫度等因素。

2.1 空冷島設(shè)備系統(tǒng)自身安裝調(diào)試對真空的影響

空冷島系統(tǒng)龐大，安裝過程中漏真空的可能性也隨之增大，而真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性對機(jī)組的安全穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。

冷卻管

空冷島設(shè)備中冷卻管是空冷島冷卻蒸汽的主要冷卻部件，對于冷卻管自身來說泄露的可能性非常小，在使用壽命期內(nèi)一般不會發(fā)生泄露，但是在安裝過程中必須注意保護(hù)，防止墜物砸傷冷卻管造成真空泄露。

聯(lián)箱

空冷島上下聯(lián)箱的安裝過程中焊接部位發(fā)生泄露的可能性是最高的，在設(shè)備調(diào)試過程中往往發(fā)生漏真空部位就是上下聯(lián)箱焊口，因此在空冷島安裝驗收環(huán)節(jié)必須嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行焊口探傷檢測，確保焊接質(zhì)量。

排汽管道

排汽管是空冷島和凝汽器連接的樞紐，管道布置于地面和空中，其次由于管徑巨大，所以造成施工困難，質(zhì)量難以保證，因此必須選取專業(yè)的焊工團(tuán)隊進(jìn)行安裝，并嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量。

抽真空管、凝結(jié)水管

在空冷島運行過程中，抽真空管、凝結(jié)水管都為負(fù)壓運行，一旦發(fā)生泄露對機(jī)組真空也將造成影響，所以在安裝過程中應(yīng)該嚴(yán)格控制焊口質(zhì)量保證真空的嚴(yán)密性。

改善措施：提高設(shè)計水平使設(shè)計更為合理安裝過程中提高安裝質(zhì)量加強(qiáng)焊縫檢驗避免施工過程中對設(shè)備的損傷，運行過程中懷疑真空系統(tǒng)不嚴(yán)密可以采用蠟燭檢測泄露部位或者停機(jī)后請專業(yè)的查漏公司進(jìn)行檢測。

2.2 環(huán)境對真空的影響

溫度的影響

空冷和循環(huán)冷卻水冷機(jī)組最大的區(qū)別就是介質(zhì)不同，循環(huán)冷卻水受環(huán)境溫度影響較小而空冷機(jī)組環(huán)境對真空的影響相當(dāng)突出，環(huán)境溫度升高將導(dǎo)致真空降低被壓升高影響機(jī)組負(fù)荷，主要原因是環(huán)境溫度升高將導(dǎo)致翅片的換熱能力降低影響散熱效果，冷卻管束由于面積較大吸熱相對較大造成排氣溫度和排氣壓力升高，機(jī)組長時間在高被壓情況下運行一方面末級葉片無法在正常工況下運行受損比較嚴(yán)重容易出現(xiàn)排氣缸溫度超溫,影響汽輪機(jī)運行，另一方面溫度升高機(jī)組的主蒸汽流量增大熱耗增加，機(jī)組調(diào)節(jié)級壓力升高汽輪機(jī)功率下降，有可能造成調(diào)節(jié)級葉片過負(fù)荷機(jī)組軸向推力增加，影響機(jī)組壽命。

風(fēng)速對機(jī)組真空的影響

對于空冷機(jī)組來說冷卻介質(zhì)是空氣，空氣受環(huán)境的影響是瞬息萬變不可忽略的，并且很難控制的，每臺風(fēng)機(jī)冷卻空冷島翅片的區(qū)域是固定的，風(fēng)速的變化將決定換熱器空氣流量的多少，風(fēng)速低進(jìn)入空冷島系統(tǒng)的風(fēng)量也將減少造成換熱減少，從而造成空冷島翅片冷卻效果發(fā)生變化，影響機(jī)組真空。在已經(jīng)投產(chǎn)的空冷機(jī)組中就曾出現(xiàn)過很多由于風(fēng)速、風(fēng)向改變而造成真空惡化急劇甩負(fù)荷甚至跳機(jī)的情況，尤其在內(nèi)蒙地區(qū)夏季溫度較高風(fēng)向波動性強(qiáng)容易造成空冷散熱器傳熱端差減小，在本來夏季就真空較低的情況下真空隨著風(fēng)速、風(fēng)向波動更為明顯。

改善措施：在空冷島安裝擋風(fēng)墻穩(wěn)定風(fēng)源，在空冷島上方設(shè)置環(huán)境溫度、風(fēng)速、風(fēng)向檢測儀，穩(wěn)定運行被壓及時根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整，高溫天氣運行（夏季）啟動兩臺真空泵運行，編制快速降負(fù)荷控制邏輯保證機(jī)組被壓，而不發(fā)生跳機(jī)。

2.3 真空泵工作冷卻水的溫度對機(jī)組真空的影響

空冷機(jī)組中真空泵是不可缺少的設(shè)備，本廠采用水環(huán)式真空泵其效率的高低直接決定機(jī)組真空的高低而真空泵運行效率的高低又取決于冷卻水的水溫，空冷機(jī)組抽真空位置在空冷島上的冷卻管束上，因為溫度較高容易導(dǎo)致真空泵工作水溫升高進(jìn)而引起真空泵內(nèi)部汽化水環(huán)無法建立，導(dǎo)致真空泵無法將不凝結(jié)氣體排出引起真空惡化。

改善措施：避免低水位運行注意監(jiān)視和調(diào)節(jié)冷卻水溫度。

2.4 軸封供氣壓力低

軸封供氣壓力不足將導(dǎo)致外部空氣順著軸封進(jìn)入氣缸使汽輪機(jī)被壓升高，排氣溫度升高引起機(jī)組震動、脹差發(fā)生變化。

改善措施：全面檢查軸封系統(tǒng)，氣源是否正確，壓力、溫度符合要求調(diào)節(jié)門前后供氣閥門及其相關(guān)各個閥門狀態(tài)是否正確各個疏水閥門位置是否正常。

2.5 凝汽器水位過高

凝汽器水位過高導(dǎo)致凝結(jié)水淹沒排氣管造成蒸汽凝結(jié)率下降，排氣困難，真空緩慢下降。

改善措施：檢查凝結(jié)水泵運行出力是否正常，至除氧器上水是否正常，凝汽器補(bǔ)水量控制是否合理，再循環(huán)門、本體疏水?dāng)U容器減溫水門位置是否正常，后缸噴水門是否誤開，以及鍋爐連排至凝汽器疏水是否正常。

2.6 凝汽器管束結(jié)垢

凝汽器管束結(jié)垢后造成換熱量減少影響凝汽器換熱真空降低排氣溫度升高。

改善措施：對凝汽器管束進(jìn)行清洗。

2.7 空冷島翅片積灰

空冷島翅片被灰塵、雜物堵塞造成空氣流動受阻換熱困難，機(jī)組真空下降無法維持正常。

改善措施：1、雇傭高壓清洗公司定期進(jìn)行高壓清洗。2、配備高壓清洗系統(tǒng)。

3、在每一列風(fēng)機(jī)上方安裝噴頭，噴灑減溫水達(dá)到降溫目的。

3 結(jié)語

直接空冷機(jī)組的真空度對機(jī)組的安全性經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要，真空度降低對機(jī)組造成的影響是不可低估的，在實際運行中只有保證合理的真空度才能保證機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

[1]邵和春地方電廠崗位運行培訓(xùn)教材汽輪機(jī)運行第二版北京-中國電力出版社，2006.

[2]王國清汽輪機(jī)運行設(shè)備技術(shù)問答北京-中國電力出版社，2004.1.

[3]操作規(guī)程.

[4]田金玉小型活力發(fā)電廠汽輪機(jī)設(shè)備及運行北京-水利電力出版社，1986.