機(jī)組正常運(yùn)行期間與凝汽器真空的關(guān)系分析

□初廣宇

一、凝汽器真空及其傳熱影響因素

(一)真空。真空指的是壓力，具體說(shuō)，指的是外界的大氣壓Pb，與在該處測(cè)量所得的絕對(duì)壓力Pa之差。若以Ph表示真空度，則Ph=Pb-Pa。每一蒸汽在其飽和狀態(tài)下的溫度都與一定的平衡壓力相對(duì)應(yīng)。不難想到，凝汽器中蒸汽最低的極限溫度就是循環(huán)冷卻水的溫度，循環(huán)冷卻水將蒸汽的全部汽化潛熱帶走，在凝汽器中形成高度的真空。

也可以這樣看真空，汽輪機(jī)的排氣容積為可觀的，而凝汽器必須容納下汽輪機(jī)巨大的排氣容積。由于排氣的比容遠(yuǎn)大于水的比容，因而排氣通過大量管束換熱面被循環(huán)冷卻水冷卻后，放出汽化潛熱而全部冷凝成凝結(jié)水時(shí)，比容突然縮小很多，這樣使原來(lái)充滿氣體的空間空了出來(lái)，而形成高度的真空。當(dāng)然實(shí)際情況是，乏汽不斷排入、凝結(jié)水不斷抽出，而凝汽器是在小于大氣壓力下較高的真空度下工作的。

(二)傳熱。要想保證在凝汽器中有效地實(shí)現(xiàn)熱交換，就需要滿足下述三項(xiàng)基本條件：第一，應(yīng)使凝汽器壓力下的乏汽凝結(jié)溫度高于循環(huán)冷卻水的溫度，即須在循環(huán)冷卻水與被凝結(jié)的蒸汽之間存在一定的溫度差。第二，應(yīng)有充足的冷卻水量流經(jīng)凝汽器，使冷卻水吸收了乏汽的全部汽化熱以后，冷卻水的溫度仍能滿足前一條件，即要凝汽器的循環(huán)冷卻水出口溫度仍低于乏汽的凝結(jié)溫度。第三，凝汽器的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證汽輪機(jī)排汽有效地通過全部管子，并保證在蒸汽與循環(huán)冷卻水之間具有強(qiáng)烈的熱交換。為此，需要做到：一是充分的冷卻。二是傳熱管束的合理分布和有自由的蒸汽通路。三是傳熱管束表面保持清潔，增大換熱系數(shù)。

二、真空下降與機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)之間的關(guān)系

(一)凝汽器真空度下降的主要表征。一是排汽溫度的升高；二是凝結(jié)水過冷度增加；三是真空表指示降低；四是凝汽器端差增大；五是機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)；六是在主調(diào)閥開度不變的情況下，汽輪機(jī)負(fù)荷降低。

(二)機(jī)組正常運(yùn)行期間與真空的關(guān)系。凝汽器系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行、停運(yùn)期間運(yùn)行。凝汽器允許的最大壓力如圖1所示：在電功率>689MW時(shí)，凝汽器真空與負(fù)荷成比例關(guān)系，限制汽機(jī)升功率。在電功率<689MW時(shí)，凝汽器壓力不高于-90kPa，否則限制升功率。

正常運(yùn)行時(shí)，凝汽器真空要求高；在沖轉(zhuǎn)時(shí)只要求-70kPa，真空可差些，因?yàn)楸硥焊撸瑳_轉(zhuǎn)時(shí)，蒸汽流量會(huì)大些，汽輪機(jī)預(yù)熱效果更好。

圖1 凝汽器允許壓力隨電功率的變化關(guān)系

在汽輪機(jī)啟動(dòng)、加負(fù)荷和功率運(yùn)行時(shí)，凝汽器的絕對(duì)壓力不應(yīng)劣于：第一，-50kPa：當(dāng)向凝汽器排放蒸汽、開啟高溫疏水或在加熱主蒸汽管道時(shí)，到向汽輪機(jī)供汽前；(真空低于-50kPa，說(shuō)明沒有冷源)。第二，-70kPa：沖轉(zhuǎn)汽輪機(jī)，提升汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速到1,100rpm之前；第三，-92kPa：中速曖機(jī)的末期、空載運(yùn)行或加負(fù)荷到30%額定功率時(shí)；第四，-88kPa：負(fù)荷接近額定功率時(shí)；第五，從-92kPa到-88kPa：負(fù)荷從30%～100%的過程中(凝汽器中的壓力不應(yīng)該超過與負(fù)荷相關(guān)的線性數(shù)值)。

沖轉(zhuǎn)時(shí)要求真空很低，低功率時(shí)要求真空很高，高功率時(shí)真空又可低些，這主要是考慮汽輪機(jī)的鼓風(fēng)效應(yīng)。沖轉(zhuǎn)時(shí)，低壓缸不做功(低壓缸入口壓力與凝汽器壓力一樣即可判斷低壓缸不做功)，相當(dāng)于低壓缸內(nèi)蒸汽不流動(dòng)，而葉片在旋轉(zhuǎn)，與蒸汽摩擦使葉片溫度上升，沖轉(zhuǎn)時(shí)巡檢軸承會(huì)發(fā)現(xiàn)低壓缸排汽的地方溫度很高，低壓缸排汽溫度大于200℃會(huì)跳機(jī)。如果此時(shí)真空還不好，蒸汽更不流動(dòng)，冷卻葉片效果更不好。

高功率時(shí)，壓力高，蒸汽流動(dòng)好，與葉片摩擦減小，蒸汽溫度會(huì)低些，真空可差些。

三、結(jié)語(yǔ)

凝汽器真空涉及多個(gè)系統(tǒng)，如凝結(jié)水系統(tǒng)、汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)、凝汽器抽真空系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)等，在機(jī)組正常運(yùn)行期間，真空對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行及機(jī)組經(jīng)濟(jì)性有著直接的關(guān)聯(lián)性，在機(jī)組運(yùn)行中應(yīng)時(shí)刻關(guān)注凝汽器真空及其影響因素變化趨勢(shì)，以便出現(xiàn)異常情況時(shí)盡早干預(yù)，保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。