李 偉

（國電科學技術研究院，江蘇 南京 210031）

凝汽設備是汽輪機組的重要輔機之一，是電廠熱力循環(huán)中的重要一環(huán)，對整個火電廠的建設和安全、經濟運行都有著決定性的影響。由于結構和運行等方面的缺陷，新老機組凝汽器都不同程度地存在著凝結水的過冷卻現(xiàn)象。凝結水的過冷卻，一方面降低了系統(tǒng)的熱經濟性，另一方面導致凝結水溶氧量增多，加劇了低壓回熱系統(tǒng)的腐蝕，不利于機組的安全運行。因此有必要對凝結水過冷卻現(xiàn)象加以重視，以提高機組的安全經濟運行[1]。

根據(jù)現(xiàn)代矩陣分析方法定量研究凝結水過冷度對某600 MW機組熱經濟性的影響，并從凝汽器的運行以及檢修維護等角度，提出減小凝結水過冷度的對策，以此來提高機組運行的熱經濟性和安全性。

1 凝結水過冷度的定義及其表示方法

1.1 定義

凝結水過冷度可定義為在凝汽器殼體中的絕對靜壓力下凝結水離開熱井時的溫度與凝汽器中蒸汽的飽和溫度之差[2]，如圖1所示。

圖1 凝結水過冷度的熱單位表示示意圖

1.2 表示方法

1.2.1 溫度形式

式中：Δtc為凝結水過冷度；ts為凝汽器絕對壓力下的飽和溫度；tc為凝汽器熱井中凝結水溫度。

1.2.2 熱單位形式

2 凝結水過冷度產生原因及其影響因素[2，3]

2.1 凝汽器內管束排列不好

凝汽器內由于冷卻水管布置過密和排列不當，使蒸汽空氣混合物通往凝汽器的管束中心和下部時遇到很大的流動阻力，即存在很大的汽阻，引起凝汽器內部絕對壓力從凝汽器入口到抽氣口逐漸降低，使得凝汽器大部分區(qū)域的蒸汽實際凝結溫度要低于凝汽器入口處的飽和溫度，形成了過冷度；同時造成蒸汽負荷大部分集中在上部的幾排銅管，蒸汽所凝結的水通過過密的管束，在冷卻水管的外側形成一層水膜，再次冷卻凝結水。加之排汽不能回熱熱井中凝結水，更加劇了凝結水的過冷卻。其中，凝汽器的汽阻過大是影響凝結水過冷度的一個很重要的因素。

2.2 空氣漏入凝汽器或抽氣器工作不正常

在機組運行過程中，處于真空條件下的凝汽器、汽輪機的排汽缸以及低壓給水加熱系統(tǒng)等結構嚴密性變差，則造成空氣的漏入；另一方面，抽氣器工作不正常，不能及時地把凝汽器內的空氣抽走。這2方面使得凝汽器中積存的空氣等不凝結氣體增加。這樣不僅在冷卻水管的表面會構成傳熱不良的空氣膜，降低傳熱效果，增加傳熱端差；同時由于凝汽器內的蒸汽混合物中空氣成分的增高，蒸汽分壓力的數(shù)值相對于混合物的總壓力就會降低，這種蒸汽含量較少的空氣蒸汽混合物將在更低溫度的情況下凝結，因而產生了凝結水的過冷卻。

2.3 凝汽器水位過高

運行中，凝汽器水位過高，將使凝汽器下面部分凝汽器銅管浸入凝結水中，由于下面幾排銅管中的冷卻水又帶走了一部分凝結水的熱量，導致凝結水產生過冷卻。

2.4 凝汽器冷卻水入口溫度和流量的影響

試驗與運行經驗表明，在一定的蒸汽負荷下，當冷卻水入口溫度降低或流量增加時，凝汽器壓力降低，真空增加，進入熱井的凝結水的過冷度將增大。

2.5 蒸汽負荷的影響

凝汽器蒸汽負荷的大小對凝結水過冷度也有一定的影響。根據(jù)前蘇聯(lián)的試驗結果，對于汽流向心式凝汽器，隨著蒸汽負荷的提高，過冷度增大。而對于汽流側流式凝汽器，蒸汽負荷升高時，過冷度減小。對于非回熱式凝汽器，蒸汽負荷減小時，將不可避免地會引起過冷度增加。

3 凝結水過冷度對機組性能的影響

由于凝結水的過冷卻，使傳遞給冷卻水的熱量增加，冷源損失增大，導致系統(tǒng)熱經濟性下降。凝結水過冷度對機組經濟性的影響可以參考圖1，本文借助矩陣法和偏微分理論對某引進型600 MW機組進行定量分析，該機組的熱力系統(tǒng)結構和參數(shù)見參考文獻[1]的附錄所示。根據(jù)火電廠熱力系統(tǒng)汽水分布通用矩陣方程[4]，可以寫出該機組熱力系統(tǒng)的汽水分布方程：

式中：A為熱力系統(tǒng)的主系數(shù)矩陣；αi為抽汽矩陣；αk為輔助汽水矩陣；ql為輔助能量矩陣。輔助汽水具體劃分參見文獻[4]。

凝結水過冷度引起機組抽汽量變化屬于小擾動范疇[5]，因此可認為過冷度增大時，僅對末級抽汽加熱器產生影響，而對進出系統(tǒng)的輔助汽水流量和輔助能量沒有影響，考慮到的變化不會對輔助汽水流量以及輔助能量產生影響，因此將式（3）兩邊分別對求取偏微分，可得：

化簡后得：

根據(jù)汽水分布方程中關于 qi，γi，Ti定義[4]，可得：

將式（6），（7）代入式（5）并整理得

式（8）即為凝結水過冷度對回熱系統(tǒng)抽汽量影響的分析計算表達式，根據(jù)該式可方便的計算出凝結水過冷度變化對各級回熱抽汽量的影響。

根據(jù)循環(huán)熱效率的計算式[6]

將式（9）對凝結水過冷度求偏微分得：

而機組比功率方程[6]：

將（10）式兩邊求偏微分，并整理得：

式（12）即為凝結水過冷度對機組作功影響的分計算式，根據(jù)該式可計算出凝結水過冷度變化對汽輪機組作功量的影響。

機組吸熱量方程為Q=h0+αz·rσ-，且凝結水過冷度變化不會影響機組吸熱量大小，即，因此將=0 和式（11）代入式（10）并整理得凝結水過冷度對機組循環(huán)熱效率影響的計算式：

將該機組某一工況下的熱力系統(tǒng)參數(shù)，代入上述所推導的定量分析式中，即可得計算凝結水過冷度對機組熱經濟性的影響。分別選取凝結水的過冷度為1℃，2℃，3℃，4℃和5℃時，計算了其對600 MW機組熱經濟性的影響大小，計算結果見表1。

表1 凝結水過冷度對600 MW機組熱經濟性影響的計算結果

由表1可知，當凝結水過冷度達到5℃時，對機組相對循環(huán)效率降低0.0737%，通過計算，其對標準煤耗率的影響大小是0.134 g/（kW·h），以機組年平均運行7000 h計，一年就多耗標煤941.4 t。因此，凝結水過冷度對大型機組的熱經濟性具有較大的影響，且過冷度越大，機組熱經濟性越差。

4 減少凝汽器過冷度對策[2，7]

凝結水過冷度威脅機組安全性和可靠性，同時也給機組經濟性帶來一定的下降。且過冷度的存在還使凝結水溶氧量增加影響到低壓給水系統(tǒng)腐蝕。因此要從各個方面引起足夠的重視，降低凝結水過冷度，提高機組的經濟性和安全性，主要措施有：

（1）在運行中，要保證設備的嚴密性，防止空氣漏入。這不僅是為了維持凝汽器的高真空度，也是防止凝結水過冷產生的有效措施之一。

（2）運行中嚴格控制凝汽器水位。要求運行人員對凝汽器水位進行嚴格監(jiān)視，并可裝設凝汽器水位調節(jié)器和報警裝置，防止水位過高，還可采用凝汽器低水位運行方式以對于舊式凝汽器改造與使用。

（3）在檢修過程中檢查凝汽器內結構裝置，對真空系統(tǒng)跑水查漏，重點檢查的部位，如凝汽器喉部，低壓抽汽管路，低壓缸接合面對凝汽器水位調節(jié)器及軸封壓力調節(jié)器等。對抽真空系統(tǒng)，應盡量保持真空泵或抽汽器的效率，以便及時抽出凝汽器內部凝結氣體。

5 結束語

（1）從不同方面分析了凝結水過冷度產生的原因。以某引進型600 MW機組為例，應用現(xiàn)代矩陣分析方法和偏微分理論，定量分析了凝結水過冷度對機組熱經濟性的影響。計算結果表明，凝結水過冷度對大型機組的經濟性具有重要的影響，控制和消除凝結水過冷度，可顯著提高機組運行的經濟性。

（2）在凝汽器的運行監(jiān)測中，凝結水過冷度過大還會影響凝結水的含氧量，因此是一個不容忽視的問題，應保證其盡可能的減小、控制和消除，來提高機組的經濟性和安全性，進一步提高機組的效率。

[1]林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安：西安交通大學出版社，1994.

[2]肖國俊，包正強.凝結水過冷度產生的原因及消除對策[J].熱力透平，2006，35（3）：175-179.

[3]盧緒祥，李錄平.凝結水過冷度及其對機組性能的影響分析[J].汽輪機技術，2002，44（2）：117-119.

[4]閆順林，張春發(fā)，李永華，等.火電機組熱力系統(tǒng)汽水分布通用矩陣方程[J].中國電機工程學報，2000，20（8）：69-73，78.

[5]田紅景，謝飛，張春發(fā)，等.基于小擾動理論的火電廠機組耗差分析[J].華北電力大學學報，2006，33（3）：51-53.

[6]李永華，閆順林，王松嶺.煤耗與輔助汽水流量的通用微分關系式[J].中國電機工程學報，2001，21（11）：79-83.

[7]侯軍虎.不同疏水方式凝結水過冷度對機組經濟性的影響[J].華北電力技術，2006（12）：12-15.