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        火電廠凝氣設(shè)備介紹及運(yùn)行分析

        2019-12-13 07:18:08楊德禮
        中文信息 2019年11期
        關(guān)鍵詞:凝汽器

        楊德禮

        摘 要:凝汽器的主要作用是在汽輪機(jī)排汽缸處建立并維持所需真空,使蒸汽在汽輪機(jī)中盡量膨脹到較低壓力多做功?,F(xiàn)代電站使用的凝汽器主要是以水為冷卻介質(zhì)的表面式凝汽器和大量空氣冷卻風(fēng)扇組構(gòu)成的空冷島式凝汽器。資料表明,超臨界600MW濕冷機(jī)組額定工況下,真空下降1KPa將影響供電煤耗2.35g/(KW.h),循環(huán)水溫度變化1℃,影響煤耗0.6g。灌水查漏工作的質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)組大修后啟動凝結(jié)水水質(zhì)快速達(dá)標(biāo)與否,同時保證機(jī)組啟動后真空值達(dá)到優(yōu)秀。

        關(guān)鍵詞:凝汽器 表面式凝汽器 真空 灌水查漏

        中圖分類號:TM621文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1003-9082(2019)11-0-02

        火力發(fā)電廠汽輪機(jī)輔助設(shè)備中的凝汽設(shè)備,是電廠熱力循環(huán)中的重要一環(huán),對整個火電廠的安全運(yùn)行有著決定性的作用。認(rèn)真研究火電廠凝汽設(shè)備的性能,通過合理的運(yùn)行分析提供有價值的技術(shù)改造方案,同時通過優(yōu)化運(yùn)行努力提高凝汽設(shè)備的效率意義重大。

        一、凝汽設(shè)備介紹

        1.凝汽器的作用

        凝汽器的主要作用是在汽輪機(jī)排汽缸處建立并維持所需真空,使蒸汽在汽輪機(jī)中盡量膨脹到較低壓力多做功;汽輪機(jī)排汽通過與循環(huán)水換熱凝結(jié)成水,再經(jīng)凝泵等升壓后回?zé)峒訜嶙鳛殄仩t給水循環(huán)使用。凝汽器抽真空設(shè)備還可除去不凝結(jié)氣體,凝汽器的疏水?dāng)U容器也是機(jī)組疏水的主要去處。

        凝汽器的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求:

        1.1結(jié)構(gòu)上的高嚴(yán)密性,即高真空度。

        1.2較高的換熱系數(shù)。凝汽器的換熱管束一般采用導(dǎo)熱性能好的鈦合金管或者不銹鋼管。

        1.3汽阻要小。凝汽器內(nèi)蒸汽由其喉部經(jīng)管束流向熱井方向及真空泵抽氣口,不可避免的會產(chǎn)生流動阻力,即汽阻。

        1.4凝結(jié)水的含氧量。含氧量過大會引起凝結(jié)水系統(tǒng)管道和設(shè)備的腐蝕。

        1.5循環(huán)水流動阻力(即水阻)。

        二、凝汽器的分類

        現(xiàn)代電站使用的凝汽器主要是以水為冷卻介質(zhì)的表面式凝汽器和大量空氣冷卻風(fēng)扇組構(gòu)成的空冷島式凝汽器。為了改善大機(jī)真空,還會將經(jīng)空冷風(fēng)機(jī)冷卻后的凝結(jié)水送入小機(jī)凝汽器用循環(huán)水進(jìn)行水冷,后者常被稱為尖峰凝汽器。

        1.表面式凝汽器

        表面式凝汽器在火電廠中廣泛使用,冷卻水管裝在凝汽器內(nèi)兩側(cè)的管板上,蒸汽進(jìn)入凝汽器后在冷卻水管外汽側(cè)空間冷凝,然后匯集到熱井中,由凝泵抽走。冷卻水從進(jìn)口水室進(jìn)入凝汽器,先進(jìn)入下部冷卻水管束,通過聯(lián)通水室流入上部冷卻水管束內(nèi),再由冷卻水出口水室排出。

        同一股冷卻水在凝汽器內(nèi)轉(zhuǎn)向,前后兩次流經(jīng)冷卻水管的稱為雙流程凝汽器;同一股冷卻水不在凝汽器內(nèi)轉(zhuǎn)向的稱為單流程凝汽器。

        凝汽器的傳熱面分為主凝結(jié)區(qū)和空氣冷卻區(qū),其間用擋板隔開。汽輪機(jī)排汽剛進(jìn)入凝汽器時,所含的空氣量占比極小,凝汽器的總壓力可用蒸汽分壓力代替。蒸汽在主凝結(jié)區(qū)大量凝結(jié)后到達(dá)空氣冷卻區(qū)入口,剩下的混合物進(jìn)入空冷區(qū)蒸汽繼續(xù)凝結(jié),到空氣抽出口處空氣的分壓已經(jīng)和蒸汽的大致相當(dāng),對應(yīng)的飽和溫度也明顯降低,空氣才有可能被冷卻減少容積流量,以利于抽氣設(shè)備工作。

        2.雙背壓凝汽器

        目前600MW及以上機(jī)組通常采用多背壓凝汽器。如果汽輪機(jī)有多個排汽缸,相應(yīng)地有多殼凝汽器分別接收這些排汽缸的排汽,或單殼凝汽器設(shè)計(jì)成具有多個獨(dú)立的蒸汽室,分別接收多缸排汽,那么通過讓冷卻水依次流過各獨(dú)立殼體或獨(dú)立汽室內(nèi)的冷卻管使多殼凝汽器的各個殼內(nèi)或凝汽器的各個蒸汽室內(nèi)達(dá)到不同的設(shè)計(jì)壓力值,這種凝汽器稱為多壓凝汽器。具有2個殼體或2個汽室的凝汽器可以構(gòu)成雙背壓凝汽器。

        三、凝汽系統(tǒng)設(shè)備的組成

        1.凝汽器的結(jié)構(gòu)

        現(xiàn)以東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N-18250-9型凝汽器為例介紹。該凝汽器為單殼體、雙流程、單背壓表面式凝汽器,包括喉部,2個殼體(包括熱井、水室、回?zé)峁芟担?,循環(huán)水連通管,汽輪機(jī)排汽缸與凝汽器連接的不銹鋼膨脹節(jié),底部的滑動、固定支座等組成的全焊結(jié)構(gòu)[1]。

        1.1喉部

        喉部的四周由厚20mm的鋼板焊成,內(nèi)部桁架支撐,整個喉部剛性較好。喉部上布置有組合式低壓加熱器、給水泵汽輪機(jī)的排汽接管、汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的減溫減壓器等。

        第5~8段抽汽管道從喉部頂端引入,第5、6段抽汽管通過喉部殼壁引出,7、8段抽氣管接入組合式低壓加熱器。

        與之不同的雙背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)為串聯(lián)方式,抽氣管道在低壓側(cè)和高壓側(cè)之間通過節(jié)流孔串聯(lián)連接,經(jīng)低壓側(cè)殼體引出。

        1.2殼體和水室

        殼體由20mm厚的鋼板拼焊而成,內(nèi)有支撐桿等加強(qiáng)件。殼體被分隔為A、B兩側(cè)分別通入循環(huán)水冷卻。

        冷卻水管在殼體內(nèi)組成4組管束(管束為三角形排列)。冷卻水經(jīng)入口水室進(jìn)入中間兩組管束,經(jīng)聯(lián)通水室回轉(zhuǎn),然后分別從兩側(cè)的兩組管束流經(jīng)出口水室流出凝汽器。在每組管束下部均設(shè)有空氣冷卻區(qū),其空氣抽出管由氣側(cè)空間引出,空氣冷卻管采用φ22*0.7/TP316L不銹鋼管,主凝結(jié)區(qū)頂部外圍兩排冷卻水管采用φ22*0.7/TP316L不銹鋼;主凝結(jié)區(qū)管束均采用φ22*0.5/TP316L不銹鋼管。冷卻水管的兩端采用脹焊方式固定在端管板上。

        凝結(jié)水出口設(shè)置在熱井底部,出口處設(shè)置了消渦裝置。

        入、出口水室及聯(lián)通水室均為由鋼板卷制成的弧形結(jié)構(gòu),具有結(jié)構(gòu)簡單、流動性好、阻力小振動小,利于水流進(jìn)入冷卻水管等優(yōu)點(diǎn)。在喉部、殼體下部、水室上均有人孔,以便對凝汽器進(jìn)行檢修、維護(hù)。

        1.3連接和和支撐方式

        凝汽器與汽輪機(jī)排汽口采用不銹鋼膨脹節(jié)撓性連接,凝汽器下部為剛性支撐,運(yùn)行時凝汽器上、下方向的熱膨脹由喉部上面的波形膨脹節(jié)來補(bǔ)償,在其底部設(shè)有一個固定支架、4個滑動支座。

        三、運(yùn)行分析與凝汽器灌水查漏

        各種運(yùn)行因素對機(jī)組熱耗影響的對比表明,凝汽器真空下降3KPa對熱耗的影響程度比主、再熱蒸汽溫度下降14℃、高加停用的影響要大得多[2],所以必須對凝汽設(shè)備的運(yùn)行加強(qiáng)監(jiān)視。資料表明,超臨界600MW濕冷機(jī)組額定工況下,真空下降1KPa將影響供電煤耗2.35g/(KW.h),循環(huán)水溫度變化1℃,影響煤耗0.6g。

        從運(yùn)行安全角度講保持凝汽器真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性,防止空氣漏入,提高熱交換率,不斷排出不凝結(jié)氣體至關(guān)重要。凝汽器水側(cè)的嚴(yán)密性主要是防止循環(huán)水漏入被冷凝的汽側(cè),導(dǎo)致凝結(jié)水質(zhì)惡化,電廠很多時候凝結(jié)水質(zhì)變化與水側(cè)泄露有關(guān)。

        有關(guān)提高凝汽器換熱系數(shù)方面,除了必要的金屬材料外,我們也應(yīng)當(dāng)關(guān)注防止銅管管束壁結(jié)垢以及降低汽側(cè)含氧量等。關(guān)于汽阻的影響,合理布置管束盡可能減小和均勻汽阻尤為重要,汽阻一般為0.27~0.4KPa。

        凝結(jié)水溶氧量過大引起凝結(jié)水管道腐蝕進(jìn)而引發(fā)管道應(yīng)力弱點(diǎn)斷裂的事故在運(yùn)行中也發(fā)生過不少,所以凝結(jié)水水質(zhì)監(jiān)測是化學(xué)監(jiān)督的重要部分。提高凝汽器循環(huán)水管束內(nèi)壁清潔度對于減少管壁結(jié)垢和腐蝕非常有效,而膠球沖洗系統(tǒng)是電廠最常用的方法,同時循環(huán)水在凝汽器內(nèi)的水阻也會大大減小。此外循環(huán)水入口水室加裝可以反沖洗的二次濾網(wǎng)也是不錯的方法。

        以下重點(diǎn)就對凝汽器真空嚴(yán)密性有至關(guān)重要性的灌水查漏工作進(jìn)行討論。機(jī)組大修后啟動前都要進(jìn)行凝汽器凝結(jié)水側(cè)灌水查漏工作,以查找冷卻水管及管板焊口等處有無漏點(diǎn),設(shè)法消除缺陷保證機(jī)組安全啟動。

        1.凝汽器灌水查漏做措施

        1.1確認(rèn)相關(guān)系統(tǒng)停運(yùn):檢查大、小機(jī)已打閘且小機(jī)排汽門關(guān)閉,檢查小機(jī)抽真空手動門關(guān)閉,汽輪機(jī)系統(tǒng)消壓為零,檢查凝泵、循泵已停電。

        1.2關(guān)閉系統(tǒng)相應(yīng)閥門:關(guān)閉凝汽器汽側(cè)、電側(cè)放水門,關(guān)閉凝泵入口門、抽真空門,關(guān)閉機(jī)組真空破壞門。關(guān)閉與真空泵相連的凝汽器抽空氣門,關(guān)閉凝泵機(jī)械密封水供、回水門,關(guān)閉凝結(jié)水和凝補(bǔ)水至給水泵機(jī)械密封水冷卻水。關(guān)閉除氧器溢流及輔汽等至凝汽器疏擴(kuò)的手動門。

        1.3對主、再熱汽系統(tǒng)閥門的校嚴(yán):主蒸汽管道、主汽門前、主汽門上、下閥座、高調(diào)門導(dǎo)管疏水門校嚴(yán)。高壓內(nèi)缸及高排逆止門前、后疏水門,高壓缸倒暖、VV閥前、低旁電動門疏水門校嚴(yán)。中壓缸本體及中聯(lián)門相關(guān)疏水門、門桿泄汽疏水門的校嚴(yán)。

        1.4回?zé)峒訜崞飨到y(tǒng)放水、放氣門的關(guān)閉:關(guān)閉3號高加事故疏水調(diào)門后手動門,關(guān)閉5~8號低加相關(guān)事故疏水管道放氣、放水門,疏冷段放氣門、啟動排氣門,關(guān)閉相關(guān)正常疏水管道放空氣、放水門。關(guān)閉一三四五六段抽汽逆止門、抽汽電動門、小機(jī)供汽電動門前后疏水門。

        1.5雜項(xiàng)母管相關(guān)用戶及軸封系統(tǒng)的隔離:關(guān)閉低壓缸噴水、水幕噴水、疏擴(kuò)減溫水、三級減溫水手動門,關(guān)閉凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)門后手動門。關(guān)閉小及軸封系統(tǒng)供、泄汽各疏水門,汽缸夾層加熱疏水門,關(guān)閉大機(jī)軸封高、低壓汽源供汽管路及高、中、低壓軸封供汽疏水門,回汽疏水門。關(guān)閉軸加至多級水封筒手動門。

        1.6凝汽器水側(cè)的措施:關(guān)閉凝汽器水室出、入口電動門,微開出入、口水室及聯(lián)通水室放水、放氣門,斷開出入口水室電動門電源開關(guān)。注意循環(huán)水排污泵坑排污泵運(yùn)行良好。

        2.灌水查漏

        灌水查漏措施做完后,檢修人員需對凝汽器底部做剛性立柱支撐,因?yàn)樵瓉淼膹椈芍尾蛔阋灾С止嗨槁┻^程。凝汽器底部和凝結(jié)水熱井底部凝結(jié)水管道留有預(yù)接觀察水位軟管的細(xì)管(帶閥門),注水工作開始前應(yīng)將臨時水位軟管接好并保證足夠灌水查漏高水位使用。

        灌水查漏注水初期用凝補(bǔ)水泵通過凝汽器上水調(diào)門注水,待水位升至凝汽器水位計(jì)可見處可改用機(jī)組大除鹽水箱啟動除鹽水泵補(bǔ)水,注水標(biāo)準(zhǔn)為水位達(dá)到汽輪機(jī)排汽缸與凝汽器連接的不銹鋼膨脹節(jié)處,靜置6~8小時。檢修人員可通過凝汽器水室放空氣、放水門有無見水初步判斷凝汽器是否泄漏,同時檢修人員需打開凝汽器各人孔門檢查冷卻水管與管板,管板與殼體等處焊點(diǎn)有無開焊。凝汽器臨時水位計(jì)水位的下降速度也可以輔助判斷泄漏速度。

        灌水查漏工作的質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)組大修后啟動凝結(jié)水水質(zhì)快速達(dá)標(biāo)與否,同時保證機(jī)組啟動后真空值達(dá)到優(yōu)秀。

        參考文獻(xiàn)

        [1]東方汽輪機(jī)廠. N-18250-9型凝汽器:東方汽輪機(jī)廠.

        [2]中國大唐集團(tuán)公司,長沙理工大學(xué)組編.單元機(jī)組設(shè)備運(yùn)行. [M]中國

        電力出版社,2009.12.

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