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(yùn)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(diǎn)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)卮髿鈮旱牟钪担啓C(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(shí)間低真空運(yùn)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(dòng)靜摩擦，影響機(jī)組運(yùn)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(chǔ)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(dòng)真空的建立和運(yùn)行過程中真空的建立，在汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中真空主要由兩臺(tái)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(yùn)行只能起到維持真空的作用，真空在運(yùn)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(dòng)時(shí)快速建立真空，在兩臺(tái)真空泵同時(shí)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(shí)間不得超過40min，空氣泄漏量：35kg/h。

②運(yùn)行過程中維持真空，每臺(tái)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(tái)風(fēng)機(jī)，逆流區(qū)配有3臺(tái)風(fēng)機(jī)，9個(gè)冷卻單元沿汽機(jī)房縱向排列成3行3列。

工作原理:

每臺(tái)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(duì)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(dòng)和運(yùn)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(tái)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(yùn)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(shí)，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(yùn)行情況下，影響凝汽器運(yùn)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(duì)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(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)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(duì)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(huì)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(yàn)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(duì)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(yùn)行過程中，抽真空管、凝結(jié)水管都為負(fù)壓運(yùn)行，一旦發(fā)生泄露對(duì)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(jì)水平使設(shè)計(jì)更為合理安裝過程中提高安裝質(zhì)量加強(qiáng)焊縫檢驗(yàn)避免施工過程中對(duì)設(shè)備的損傷，運(yùn)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(qǐng)專業(yè)的查漏公司進(jìn)行檢測。

2.2 環(huán)境對(duì)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(duì)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(duì)較大造成排氣溫度和排氣壓力升高，機(jī)組長時(shí)間在高被壓情況下運(yùn)行一方面末級(jí)葉片無法在正常工況下運(yùn)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(yùn)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(jí)壓力升高汽輪機(jī)功率下降，有可能造成調(diào)節(jié)級(jí)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(duì)機(jī)組真空的影響

對(duì)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(tái)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(dòng)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(dòng)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(yùn)行被壓及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整，高溫天氣運(yùn)行（夏季）啟動(dòng)兩臺(tái)真空泵運(yùn)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(duì)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(yùn)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?yàn)闇囟容^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(yùn)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(dòng)、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(gè)閥門狀態(tài)是否正確各個(gè)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(yùn)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(duì)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(dòng)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(duì)機(jī)組的安全性經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要，真空度降低對(duì)機(jī)組造成的影響是不可低估的，在實(shí)際運(yùn)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(yùn)行培訓(xùn)教材汽輪機(jī)運(yùn)行第二版北京-中國電力出版社，2006.

[2]王國清汽輪機(jī)運(yùn)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(yùn)行北京-水利電力出版社，1986.