摘要：火力發(fā)電廠是我國目前最主要的發(fā)電廠，而凝汽器是火力發(fā)電廠最重要的組成部分之一?，F(xiàn)對雙壓凝汽器的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運行特點進(jìn)行了分析，針對雙壓凝汽器的優(yōu)化運行提出了最佳的負(fù)荷分配方案，能夠提高雙壓凝汽器的運行熱經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：雙壓凝汽器;計算;比較;優(yōu)化

1 雙壓凝汽器簡介

1.1? ? 雙壓凝汽器工作原理

現(xiàn)如今運行的大功率汽輪發(fā)電機(jī)組都有兩個或兩個以上的低壓缸，并且每個低壓缸都有兩個排汽口，每個或者是每對排汽口都與一個凝汽器的殼體相連接，并且每個殼體之間互不相通，這就使得它們各自在運行中都有著不同的壓力，這就是雙壓凝汽器。

1.2? ? 雙壓凝汽器結(jié)構(gòu)

雙壓凝汽器的殼體被中間的隔壓板分成了左右兩個獨立的部分，做功后的蒸汽從汽輪機(jī)低壓缸出來后分別進(jìn)入左右兩個汽室A、B與冷卻水發(fā)生換熱，分別凝結(jié)匯聚后一起由凝結(jié)水泵送往低壓加熱器，最終送往鍋爐進(jìn)行下一個循環(huán)。

從結(jié)構(gòu)來看，雙壓凝汽器與單壓凝汽器相差不大，冷卻水的入口、出口位置也基本相同，不同之處在于雙壓凝汽器比單壓凝汽器多了中間的隔壓板。冷卻水在流動過程中，首先會流經(jīng)左側(cè)的汽室，接著才會流過右側(cè)的汽室。雙壓凝汽器與單壓凝汽器相比，在沿管束長度方向上蒸汽負(fù)荷是不均勻的。對雙流程的凝汽器，或者雖然是單流程，但同一殼體內(nèi)兩個對稱管束冷卻管內(nèi)的冷卻水水流方向相反時，則可在一定程度上減輕這種蒸汽負(fù)荷的不均勻性。

1.3? ? 雙壓凝汽器運行分析

圖1展示了蒸汽分別在單壓和雙壓凝汽器內(nèi)的換熱過程，其中實線表示雙壓，虛線表示單壓。從圖中可以看出蒸汽的換熱過程被中間隔壓板分成了兩部分，也正因為如此，蒸汽在雙壓凝汽器內(nèi)的整體平均溫度要低于在單壓凝汽器內(nèi)的溫度，這也是雙壓凝汽器優(yōu)于單壓凝汽器的原因之一。

在雙壓凝汽器傳熱的前一部分，蒸汽的凝結(jié)溫度小于在單壓凝汽器內(nèi)的凝結(jié)溫度;而在后一部分，蒸汽的凝結(jié)溫度大于在單壓凝汽器內(nèi)的凝結(jié)溫度，所以左右兩側(cè)汽室也分別被稱為低壓汽室和高壓汽室。

1.4? ? 雙壓凝汽器的布置、結(jié)構(gòu)設(shè)計

大型發(fā)電機(jī)組雙壓凝汽器有多種布置形式，一般來說，單壓凝汽器的各種布置形式，雙壓凝汽器也都可以采用。在電廠的實際運行中，具體采用哪種布置方式，應(yīng)根據(jù)電站設(shè)備布置要求、汽輪機(jī)基座形式、冷卻水管線布置和凝汽器設(shè)計條件等綜合確定。

雙壓凝汽器能提高電站循環(huán)效率，這需要通過凝汽器結(jié)構(gòu)設(shè)計來保證。

1.4.1? ? 凝結(jié)水的輸送

冷端的凝結(jié)水能在熱端回?zé)崾翘岣咂啓C(jī)循環(huán)效率的原因之一，由于冷端和熱端存在著壓力差ΔP =Pk2-Pk1，當(dāng)把冷端凝結(jié)水輸送到熱端時，必然要消耗一部分附加能量以及抵消一部分雙壓凝汽器的收益。

凝結(jié)水采用輔助泵輸送，除需要增設(shè)專用的凝結(jié)水泵外，還要增加廠用電的消耗，必然使得電廠的投資成本增大。在多壓運行的凝汽器中，廣泛采用的方案是重力輸水，它是借助冷、熱端凝結(jié)水位的高度差，由凝結(jié)水泵將凝結(jié)水打入回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)。

選擇重力輸水方式需要有一個合適的水位差，即冷端凝結(jié)水位要比熱端凝結(jié)水位高出H值，并且還要考慮一定的裕量，建議高度差取H=1.133ΔP，其中ΔP =Pk2-Pk1。設(shè)計時應(yīng)取雙壓凝汽器運行可能出現(xiàn)的最大壓力差ΔP，一般H≥300 mm。

1.4.2? ? 凝結(jié)水在熱端的回?zé)?/p>

冷端的凝結(jié)水借助高度差流到熱端的凝結(jié)水分配盤上，在那里與熱端的凝結(jié)水混合后從淋水盤小孔流下，再由熱端蒸汽加熱到接近熱端蒸汽下的飽和溫度。凝結(jié)水的回?zé)嵊嬎惚砻?，被回?zé)岬哪Y(jié)水從淋水孔落下的高度不能低于300 mm。顯然具有回?zé)崾诫p壓凝汽器的熱井要比單壓式凝汽器熱井高度增加300 mm。這種高度增加所帶來的金屬材料費用的增加，必然為凝結(jié)水回?zé)崽岣唠娬狙h(huán)效率所補償。

1.4.3? ? 真空抽氣系統(tǒng)

目前，在采用雙壓凝汽器的大型發(fā)電機(jī)組中，真空抽氣系統(tǒng)一般有3種：單獨連接抽氣、串聯(lián)抽氣、并聯(lián)抽氣。這3種真空抽氣系統(tǒng)各有利弊，其中，單獨抽空氣系統(tǒng)效果最好，并聯(lián)抽空氣系統(tǒng)效果最差。

1.4.4? ? 真空破壞系統(tǒng)

運行中當(dāng)機(jī)組事故停機(jī)和正常停機(jī)時，都需要破壞真空以加速停機(jī)，縮短轉(zhuǎn)子惰走時間。目前采用雙壓凝汽器系統(tǒng)的機(jī)組所采用的真空破壞系統(tǒng)是兩個殼體共用一個真空破壞閥。

1.5? ? 雙壓凝汽器存在的問題及對策

1.5.1? ? 凝汽器端差

許多機(jī)組的運行實踐表明，在工作過程中，一般雙壓凝汽器的端差都要小于給定值。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，造成這種現(xiàn)象的原因是機(jī)組在發(fā)電過程中的嚴(yán)密性沒有達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。針對這一問題，在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)膠球系統(tǒng)維護(hù)，保證投入率和收球率;應(yīng)對凝汽器連接抽空氣管進(jìn)行調(diào)節(jié)或改進(jìn)，消除高壓側(cè)和低壓側(cè)抽空氣的排擠現(xiàn)象，以此提高雙壓凝汽器機(jī)組的真空嚴(yán)密性。

1.5.2? ? 循環(huán)水入口溫度

在發(fā)電廠的實際運行中，循環(huán)水入口溫度會高于設(shè)計值，主要原因是冷卻塔效率低和冬季低負(fù)荷時為防止真空過高引起低壓轉(zhuǎn)子振動，開啟循環(huán)水旁路管來降低真空。因此，機(jī)組檢修時，應(yīng)對冷卻塔的配水管和淋水填料等進(jìn)行檢查，更換損壞的部件，并定期對冷卻塔效率進(jìn)行試驗。

1.5.3? ? 循環(huán)水溫升

許多機(jī)組的運行實踐表明，在工作過程中，一般雙壓凝汽器的循環(huán)水溫升要小于給定值。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，造成這種現(xiàn)象的原因是機(jī)組在發(fā)電過程中循環(huán)水泵的優(yōu)化工作進(jìn)行得不夠徹底。因此，應(yīng)對循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，在實際運行中，可以根據(jù)季節(jié)變化進(jìn)行調(diào)整，比如在冬季時將兩臺循環(huán)水泵切換為單臺運行，并且要采取防止循環(huán)水管堵塞的預(yù)防措施。

1.5.4? ? 凝結(jié)水過冷度

在發(fā)電廠的實際運行中，雙壓凝汽器熱水井凝結(jié)水基本處于過熱狀態(tài)，達(dá)到了消除過冷度的效果。但在機(jī)組檢修時應(yīng)對水位標(biāo)定、熱水井底部清理、熱水井內(nèi)分配柵盤、熱水井內(nèi)U型管等項目進(jìn)行檢查。

1.6? ? 雙壓凝汽器的優(yōu)點

發(fā)電廠選用雙壓凝汽器系統(tǒng)，不僅可以提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，還可以在電廠設(shè)計建設(shè)時降低相關(guān)成本。

（1）燃料費高的地區(qū)重在降低熱耗;

（2）水源不豐富的地區(qū)重在減少冷卻水量;

（3）材料費高的地區(qū)重在減小冷卻面積。

2 雙壓凝汽器的優(yōu)化

凝汽器內(nèi)的熱力過程其實是一個傳熱過程，為使凝汽器的效率最高，就要使整個傳熱過程中產(chǎn)生的不可逆損失最小，即熵產(chǎn)最小。

以本章所提到的雙壓凝汽器為例，冷卻水入口溫度t1=20 ℃，冷卻水溫升Δt=8.2 ℃，則此雙壓凝汽器第一級熱負(fù)荷Q1=0.457Q總，該雙壓凝汽器優(yōu)化后運行參數(shù)如表1所示。

3 結(jié)語

本文以火力發(fā)電廠的凝汽器系統(tǒng)為研究對象，在理論分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合電廠的實際運行計算，為凝汽器系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運行提供了可靠的理論依據(jù)。本文通過對雙壓凝汽器的分析，提出了通過合理分配雙壓凝汽器的熱負(fù)荷來提高雙壓凝汽器的經(jīng)濟(jì)性，并結(jié)合實際計算對600 MW機(jī)組提出了具體的負(fù)荷分配方法，在實際運行中也有很強(qiáng)的可實踐性，能在一定程度上提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

收稿日期：2021-08-18

作者簡介：萬永清（1994—），男，山西忻州人，助理工程師，從事火力發(fā)電工作。