350MW超临界抽凝式热电联产机组凝汽器系统优化运行

国峰 冯宗田 娄汉强

一、前言

汽轮机真空严密性、凝汽器传热端差直接影响汽轮机的效率，提高凝汽器系统经济性，首先提高凝汽器的清洁度、降低端差、提高真空泵的抽吸能力，本文从系统设置、真空泵冷却水选择以及减少凝汽器热负荷等方面进行分析。

二、工程概况

国家能源泰安热电有限公司装机两台350MW超临界燃煤抽凝式热电联产机组，于2015年投产。锅炉为超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、一次中间再热、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉，汽轮机为上海汽轮机厂生产的C350-24.2/0.343/566/566型超临界、一次中间再热、两缸两排汽、单轴、单背压、抽凝式、八级回热、湿冷凝汽式汽轮机。#1、2机分别配置两台水环式真空泵，维持凝汽器系统真空运行。

三、真空系统概述

汽轮机凝汽装置是发电机组的重要组成部分，在汽轮机装置的热力循环中起着冷源的作用，通过降低汽轮机的排汽压力和温度来提高循环效率。以水为介质的凝汽设备由凝汽器、抽汽器、循环水泵和凝结水泵以及它们之间的连接管道、阀门和附件组成，利用较低温度的冷却水使排汽凝结并形成高度的真空。

汽轮机组真空对机组的运行效率影响十分突出，对于1台350MW机组来说。凝汽器真空每下降1kPa，在主蒸汽流量不变的情况下，主机作功效率降低约0.7%，负荷将降低2.5MW。此外真空的泄漏还将影响蒸汽凝结及热交换性能，增大过冷度和换热端差，增加真空泵的负担。同时影响二次除氧效果，加剧低压设备管道腐蚀，对机组的安全运行非常不利。由于真空对机组的经济运行至关重要，因此汽轮机的真空成为决定汽轮机经济运行的一个主要评价指标。

凝汽器的真空主要由三方面的因素决定：

1）冷卻水进口温度。主要决定于电厂所在地的气候和季节，水温越低真空越好。

2）冷却水温升。决定于凝汽器的循环倍率、蒸汽比焓和凝结水比焓。循环倍率越大真空越高。

3）凝汽器的传热端差。增大凝汽器的换热面积可以减少端差。

提高凝汽器的真空虽然可以使汽轮机的理想比焓降增大，功率提高，但无论从设计角度还是运行角度来看却不是真空越高越好。增加凝汽器的面积有利于提高真空但需要增加投资;增大循环水量有可能汽轮机凝汽器真空提高而多发的电反而少于循环水泵多耗的电，得不偿失。因此在机组负荷和参数一定的条件下，凝汽器运行压力与机组功率、微增功率有着密切的关系，凝汽器的最佳真空应通过设备投资、增加收益和运行费用等因素的综合比较确定。

四降低凝汽器的传热端差

凝汽器传热端差是衡量凝汽器性能的重要标志，其值为凝汽器压力下饱和温度与冷却水出口温度之差。对已投运的凝汽器，影响其传热端差的主要因素是：

1）凝汽器清洁度

2）进人凝汽器的热负荷

3）冷却水入口温度

受自然环境条件的限制，在电厂厂址确定后循环冷却水的温度也就确定了，因此对端差的影响主要是前两项因素，清洁系数对凝汽器压力的影响更为显著。在凝汽器冷却管保持清洁的情况下，增加凝汽器冷却面积对改善真空的效果是不明显的。通常情况下凝汽器设计采用的清洁度为0.85，但在实际运行中由于循环水的污染，凝汽器的清洁度常常达不到设计要求。为改善循环水在换热管水侧表面形成的污垢，在循环水系统中一般要设置胶球清洗装置来维持换热管表面的清洁。

五真空泵冷却系统的选择

凝汽器的真空系统主要由抽真空装置及其管道系统等组成，用以维持凝汽器系统真空。目前火力发电厂的抽真空系统主要有两种方式：一是采用射水抽气器抽气系统;二是采用真空泵抽气系统。前者设计由于系统复杂、能耗大、启动时间长主要用于中小型机组，真空泵抽气系统因为具有管道布置简洁、占地面积小、广泛应用于300MW、600MW及以上机组。

水环式真空泵由于具有使用安全、操作简单、运行经济、工作可靠、被广泛采用。

水环真空泵是利用水作为介质进行工作的，通过泵壳体内的水环与叶轮形成的偏心结构来实现吸气、压缩、排气的过程，从而达到连续抽气的目的，所以泵体内的工作水温决定了泵内各小室空间在旋转过程中所能达到的真空。水环式真空泵在运行时，为保持抽吸能力，其工作水温度必须低于凝汽器喉部吸入室压力对应的饱和温度，也就是必须保持一定的过冷度，如水温升高，则真空泵发生汽化，不仅造成汽蚀，还会降低抽吸能力。

凝汽器负压系统运行过程中，或多或少存在泄漏，随着凝汽器内空气的积聚，这时凝汽器的压力受真空泵极限抽真空压力的限制，在其他条件不变的情况下，真空泵的工作水温度是制约水环真空泵性能的主要因素，时提高真空泵的工作能力的关键问题。

真空泵工作中产生的热量要通过工作水冷却器带走，冷却器冷却水的温度决定了工作水的温度。开式循环水温度低，目前大多数机组采用开式循环水冷却工作水，同时保持换热器清洁，降低换热环节端差，以更有利于降低工作水温度。此外，板式冷却器较管式冷却器有更高的换热效率和更低的端差，因此推荐采用板式换热器。

六减少真空系统的泄漏

凝汽器除接受汽轮机的排汽外，还要接收小汽机排汽、低压旁路排汽及各路疏水以及阀门泄漏引起的高品位蒸汽和疏水。为了回收工质、提高效率，回收凝汽器的疏水越来越多，疏水参数的差异也越来越大，因此真空系统越来越广，所有这些处于负压运行的设备、管道和阀门等不严密处都可能漏入空气，如果漏入的空气量较大，而抽气设备又无法及时地将其排出，则凝汽器非凝结气体集聚，使热阻增加，传热系数降低，导致凝汽器传热端差增大，真空降低，凝结水过冷度增加，从而降低了循环效率。真空系统易泄漏空气的薄弱环节主要有：

1）凝汽器热井、低压加热器水位计经常出现漏点，造成严密性下降。

2）轴封加热器水位偏低，水封无法建立，导致空气漏入。

3）给水泵密封水排至凝汽器，水封无法有效建立，导致空气漏入。

4）低压缸防爆门、小汽机排汽管防爆门、凝汽器人孔门等密封不严，导致空气漏入。

5）大机、小机低压轴封供汽不足，造成轴封泄漏，另外，汽封间隙的大小、汽封的完好程度也是造成轴封泄漏的重要因素。

6）凝结水泵进口管道法兰、进口滤网法兰、滤网放水、凝泵水封泄漏也会影响真空导致凝结水溶氧不合格。

7）负压管道上的疏水阀、排汽阀关闭不严，导致真空泄漏。

七结束语

凝汽器系统对机组的经济性影响较大，而影响凝汽器真空的因素又很多，既有凝汽器系统设备本身设计选型的问题，也有系统运行方式上的原因。提高凝汽器系统经济性措施：

1）凝汽器的最佳真空应通过优化确定，并不是越高越好，机组在不同负荷、不同水温条件下最佳背压可以结合循环水泵的不同运行方式通过计算和试验确定。

2）真空泵的补水采用除盐水或凝结水。冷却水采用开式水，换热器采用板式，提高换热效率，降低工作水温度，以提高真空泵的极限抽真空能力。

3）真空系统泄漏也是造成真空低的主要原因，建设安装采用质量高、密封性好的阀门能减少向凝汽器的内漏，

4）高、低压加热器的疏水管道布置、阀门选型应保证正常疏水畅通，运行中加强水位控制，防止事故疏水经常开启，造成凝汽器热负荷增加影响真空。

5）选用合适的轴封供汽压力、调整合理汽封间隙，可以减少轴封系统漏入凝汽器的空气，给水泵密封水和轴加疏水采用多级水封，水封高度既保证水封不被破坏又应有利于疏水通畅。

6）机组检修调停机会及时凝汽器负压系统注水检漏，排查系统漏点，提高系统严密性。

7）提高凝汽器受热面清洁程度，加强循环水质检测，提高循环水品质，胶球清洗定期投运，选用合理规格胶球，清洗设备加强维护，提高收球率。

作者简介：国峰，国家能源泰安热电有限公司运行部，汽机专工，工程师，一直从事电厂汽机运行管理工作，研究方向：汽轮发电设备运行。