熱力電廠凝結(jié)水過冷現(xiàn)象的分析

房錦

摘 ? ?要：汽輪機的排汽溫度達到其凝汽器壓力下的飽和溫度即理論凝結(jié)溫度時并不能凝結(jié)，要在這個飽和溫度以下的某一溫度（稱為實際開始凝結(jié)溫度）才開始凝結(jié)，即在這個過程中實際凝結(jié)溫度總是低于理論凝結(jié)溫度的，兩者的溫度差值就稱為過冷度。熱力電廠中凝結(jié)水過冷度代表凝汽器熱水井中凝結(jié)水的過度冷卻程度。理論上凝結(jié)水過冷度越大造成機組經(jīng)濟性越差，熱力電廠凝結(jié)水過冷度一般控制為0.5～2℃之間，機組運行中關(guān)注凝結(jié)水過冷度這個指標(biāo)范圍也能從中反映出機組在運行安全性、經(jīng)濟性等方面的問題。因此分析凝結(jié)水過冷度偏差大的原因，如何采取針對措施有效縮小凝結(jié)水過冷度對于熱力電廠汽輪發(fā)電機組運行工作具有不可忽視的經(jīng)濟價值和安全意義。

關(guān)鍵詞：熱力;凝結(jié);分析;對策

中圖分類號：TM621 ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1004-7344（2019）03-0075-02

1 ?凝結(jié)水過冷度偏大現(xiàn)象分析

在熱力發(fā)電廠投入使用的過程中，不時會發(fā)生機組凝結(jié)水過冷度較突出的現(xiàn)象，導(dǎo)致凝結(jié)水過冷度偏差的因素很多，可能是冷凝器設(shè)計或者操作不當(dāng)引起的，所以從以下幾個方面進行分析：

1.1 ?凝結(jié)器構(gòu)造上存在缺陷

由于冷凝器冷卻水管束布置過于緊密且不盡合理，使蒸汽混合物在管束中心到冷凝器中有較大的蒸汽阻力，導(dǎo)致冷凝器內(nèi)部的絕對壓力從冷凝器入口到出口逐漸減少，使得冷凝器實際冷凝的蒸汽溫度低于冷凝器入口處的飽和溫度，導(dǎo)致冷卻過度。結(jié)果，大部分蒸汽負(fù)荷集中在上部冷卻管束中。冷凝水通過致密管束并在冷卻管外側(cè)形成一層水膜，該水膜附著在循環(huán)水冷卻管上，使冷凝水的過冷卻加重。

1.2 ?空氣漏入凝汽器或真空泵工作不正常

在該裝置運行期間，處于真空狀態(tài)的汽輪機的排氣缸、冷凝器和低壓給水加熱系統(tǒng)如果存在任何不當(dāng)操作，都會導(dǎo)致漏氣。此外，真空泵的異常工作，不能適時地排出漏氣進入冷凝器。這兩個原因使冷凝器中積聚的空氣和非冷凝氣體增加，不僅會在冷卻水管表面形成不良的傳熱膜，阻擋傳熱效果，增加傳熱端差;同時，它還使冷凝器中蒸汽氣體混合物中的空氣成分增加，導(dǎo)致空氣分壓的增加和蒸汽分壓的相對降低，而蒸汽在其自身的分壓下仍然冷凝。使冷凝水溫度低于排氣壓力下的飽和溫度，導(dǎo)致過度冷卻。

1.3 ?運行中凝汽器水位過高

如果冷凝泵運行不正常或操作員的處理錯誤，會導(dǎo)致冷凝器熱水井中的冷凝水位過高，淹沒了冷卻水管，使冷卻水管中的循環(huán)水帶走部分熱量。使冷凝水的過度冷卻突增。

1.4 ?凝汽器冷卻水入口溫度和流量的影響

試驗與運行經(jīng)驗表明，在一定的蒸汽負(fù)荷下，當(dāng)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(jié)水的過冷度將增大。

1.5 ?溫度較低的補充水直接補入凝汽器的熱水井

在該裝置運行期間，由于鍋爐污水排放等因素，在循環(huán)過程中失去了蒸汽水分。因此，為了使汽輪機正常進氣，需要適當(dāng)?shù)匮a充到蒸汽水的循環(huán)系統(tǒng)中。通常，補充水直接添加到冷凝器中，冬季補充水的溫度通常低于設(shè)計條件下的溫度。這樣，低溫補充水直接加入冷凝器的熱水井中，當(dāng)補充水流量大時，必然會導(dǎo)致冷凝水溫度降低，導(dǎo)致過冷度增加。

1.6 ?凝汽器冷卻水管破裂

在工作狀態(tài)下，萬一出現(xiàn)凝汽器冷卻水管破裂問題，造成循環(huán)水漏入凝結(jié)水，將使凝結(jié)水溫度降低，過冷度增加，此時還伴有凝結(jié)水硬度增大的現(xiàn)象發(fā)生。

2 ?過冷度對機組運行的影響

2.1 ?對機組運行經(jīng)濟性的影響

冷凝水過冷標(biāo)志著冷凝器運行經(jīng)濟性的主要性能。過冷度低意味著循環(huán)水散失的熱量少，經(jīng)濟性高;然而，過冷度高意味著循環(huán)水散失的熱量多，冷源損失增加，造成增多發(fā)電機組的能耗，使經(jīng)濟性較低。據(jù)了解，過冷度提高1℃，單位時間內(nèi)的熱耗散率提高0.02%?？梢钥闯觯淠倪^冷度對單元的經(jīng)濟運行具有顯著影響，并且是至關(guān)重要的運行監(jiān)控指標(biāo)。

2.2 ?反映機組運行安全性能

當(dāng)冷凝物的過冷度增加時，冷凝物表面上的蒸汽壓力降低并且空氣壓力增加。參考物理學(xué)定律，溶解在冷凝水中的氣體含量與熱水井水面上的氣體分壓成正比。可以看出，溶解在水中的氣體含量升高會導(dǎo)致冷凝水中氧含量增加。目前的高參數(shù)大容量的熱發(fā)電機組對冷凝水的氧含量有嚴(yán)格的要求。氧氣增加會導(dǎo)致冷凝器、軸加、低加交換管和腐蝕加劇及相關(guān)管道閥門，影響設(shè)備的使用壽命，根據(jù)自身操作經(jīng)驗多年，在冷凝器銅管泄漏運行碰巧也是時不時發(fā)生，并且反思工作中的漏洞，往往犧牲了整體的運作效率，增加了機組運作的安全隱患。另外，冷凝水中氧含量的增加也增加了除氧器的工作負(fù)擔(dān)，這使得除氧器的脫氣效果更差。在嚴(yán)重的情況下，它會腐蝕供水管道和鍋爐節(jié)能器，過熱器，再熱器和其他高溫和高壓管道，導(dǎo)致泄漏和管道爆炸?？梢钥闯觯S著冷凝水過冷度的增加，出現(xiàn)了一系列問題，不容忽視。冷凝水的過冷度應(yīng)作為衡量火電機組運行安全性，可靠性和經(jīng)濟性的重要指標(biāo)之一。

3 ?減小凝結(jié)水過冷度的對策

通過上述凝結(jié)水過冷度偏大原因及其對機組運行經(jīng)濟性和安全性影響的分析可知，保持較低的凝結(jié)水過冷度有利于機組運行的安全性和經(jīng)濟性，若凝結(jié)水過冷度異常增大則有必要查明原因并采取措施加以改善。以下將從設(shè)計安裝、運行、檢修等方面采取措施以減小凝結(jié)水過冷度。

3.1 ?設(shè)計安裝中所采取的對策

（1）在冷凝器冷卻水管束的設(shè)計中，在管束結(jié)構(gòu)的安裝中留有足夠?qū)挼恼羝ǖ?，這不僅可以確保蒸汽均勻地流入管束的每個區(qū)域，而且還可以確保部分廢蒸汽能夠連接到冷凝器底部，以降低冷凝水的過冷度。

（2）為了避免部件在運行過程中出現(xiàn)空氣泄漏，應(yīng)采用彈性連接，實現(xiàn)汽輪機出口與冷凝器的連接。

（3）為了排放到冷凝器中的疏水性，補充水和循環(huán)水以及其他附加流體等，連接到冷凝器的位置必須高于冷凝水的位置，連接到冷凝器的最佳上部蒸汽空間，以便及時取出空氣中的水和擋板，防止沖洗冷卻水管，從而導(dǎo)致冷凝水的過冷度增加。

（4）為了通過添加到冷凝器中的補充水來減少冷凝物的過冷，鍋爐用于通過連續(xù)排放污水來適當(dāng)?shù)丶訜崂淠?。一組管式換熱器安裝在冷凝器輔助水箱中。從連續(xù)排污和膨脹容器中抽出管道，并將廢水作為熱源送到熱交換器以加熱補充水。但是，這增加了投資成本和設(shè)備的日常維護，因此應(yīng)根據(jù)實際情況實施。

3.2 ?運行中所采取的對策

（1）對運行中機組真空的監(jiān)視與控制

運行中應(yīng)努力設(shè)法保持機組真空在最佳狀態(tài)，加強對機組真空的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)真空異常變化應(yīng)立即查找原因，積極采取有效針對措施，迅速使之恢復(fù)正常;應(yīng)確保機組運行中抽氣器或真空泵工作正常;機組負(fù)荷、工況變化時應(yīng)加強調(diào)整，將軸封壓力控制在規(guī)定范圍以內(nèi)，防止空氣從軸封漏入。這些是防止凝結(jié)水過冷的有效措施之一。

（2）對凝汽器水位及水質(zhì)的監(jiān)視與控制

為了消除運行中凝汽器水位過高而造成的凝結(jié)水過冷卻現(xiàn)象，這就要求運行人員對凝汽器水位嚴(yán)格監(jiān)視，對凝汽器水位自動調(diào)節(jié)器做好日常運行檢查維護，在變工況的情況下能隨時保持凝汽器水位在正常范圍內(nèi)。

（3）對循環(huán)冷卻水流量的調(diào)節(jié)和控制

當(dāng)冬季冷卻水溫度較低時，為了盡量減少冷凝水的過冷度，減少冷源損失，節(jié)約能耗，應(yīng)適當(dāng)減少循環(huán)冷卻水流量。當(dāng)循環(huán)冷卻水泵通過主控制器連接時，可以通過改變運行中循環(huán)水泵的數(shù)量或關(guān)閉小循環(huán)水管道上的閥門來調(diào)節(jié)冷卻水流量。如果循環(huán)冷卻水泵采用單元系統(tǒng)配置，則應(yīng)通過改變循環(huán)水泵工作葉片的旋轉(zhuǎn)角度，或通過改變電動機電極對的數(shù)量來改變輸出，以改變輸出，或者通過改變循環(huán)冷卻水泵的工作站數(shù)量，減少冷源損失和冷凝水的過冷度。

3.3 ?檢修中所采取的對策

真空系統(tǒng)漏水大修，重點集中在冷凝器喉部，低壓抽氣管道，低壓缸體軸封蒸汽進出管接頭，低壓缸法蘭接頭面，熱井，冷凝管道接頭焊接，冷凝器水位計，排水閃蒸罐焊接接頭，真空系統(tǒng)，與冷凝器熱水管閥門部件連接等，對查找到的泄漏處進行正確有效的修補，確保系統(tǒng)無泄露。對真空泵或抽汽器進行拆體檢查，及時修復(fù)、更換受到磨損、損壞或產(chǎn)生裂紋的部件。保證運行中抽氣設(shè)備的正常工作，以便及時抽出凝汽器內(nèi)不凝結(jié)氣體，保持真空在正常范圍從而有利于凝結(jié)水過冷度的控制。

4 ?總 結(jié)

關(guān)注凝結(jié)水過冷度，在熱力發(fā)電機廠應(yīng)該引起足夠的重視。一旦凝結(jié)水過冷度異常增大，就要引起相關(guān)部門和運行人員的警惕。從機組運行經(jīng)濟性和安全性角度出發(fā)，盡早發(fā)現(xiàn)安全隱患才有利于盡快解決問題，維持機組長期高效、安全、穩(wěn)定運行。關(guān)于凝結(jié)水過冷度的分析、探討本文所提供的一些粗略建議希望能為相關(guān)討論、研究工作拋磚引玉。

*因水平有限，文中難免不當(dāng)之處，懇請讀者朋友不吝賜教、批評斧正。本人衷心感謝！

收稿日期：2018-12-7