通过端差分析查找凝汽器真空值偏低原因通过端差分析查找凝汽器真空值偏低原因【摘 要】 某电厂 1#、2#机组自投运以来凝汽器冷端真空值一直偏低。对此，工作人员从凝汽器真空的物理定义入手，通过对能反映凝汽器性能指标的参数传热端差进行分析后认为，导致该厂 1#、2#机组凝汽器真空值偏低的主要原因是t真空泵入口逆止阀弹簧弹力过大所致。【关键词】 凝汽器；端差；逆止阀1 凝汽器真空的物理定义凝汽器真空的物理定义某电厂 1#、2#机组自投运以来凝汽器冷端真空值一直偏低，比设计值低aKP4，造成供电煤耗高达，这严重影响了 1#、2#机组运行的经济性与可aKP5hkWg6 .388靠性。为此，查找凝汽器真空值偏低的原因是提高该电厂机组经济运行的一项重要举措。然而，要查找凝汽器真空低的原因，首先需要从凝汽器真空的物理定义入手。而汽轮机凝汽器真空的物理定义为当地大气压减去凝汽器排汽压力，即为凝汽器真空值。因而可见，凝汽器真空值与凝汽器排汽压力紧密相连，而凝汽器排汽压力是根据凝汽器排汽温度来确定的。若凝汽器循环水入口水温为，出口水温为，凝汽器传热端差为，则排1wt2wtt汽温度如式(1)所示：=+ (1)ct1wttt根据上式(1)由水蒸汽热力性质表查出排汽温度对应下的饱和压力，亦凝汽器排汽压力。ct由式(1)可知，凝汽器排汽温度由凝汽器循环水入口水温、冷却水温升和传热ct1wtt端差决定。又因排汽压力是排汽温度单值函数，所以tkpct=（，） （2）kp1wttt式(2)说明，自变量、的数值越小，应变量和与之相对应排汽温度也1wtttkpct越小，凝汽器真空值就越高。通过对上述凝汽器真空物理定义的分析知，要提高凝汽器真空值应当从循环水入口水温、冷却水温升和端差三个特性参数入手分析，以找到提高真空值的有效措施。1wttt 2 通过端差分析凝汽器真空值的意义通过端差分析凝汽器真空值的意义2.1 通过对凝汽器进口冷却水温通过对凝汽器进口冷却水温的分析的分析1wt由式（1）可知，循环水入口水温直接影响凝汽器排汽温度，且越高，凝汽器1wtct1wt排汽温度就越高，排汽压力越大，凝汽器真空越低。但是，循环水入口水温是与ctkp1wt冷却塔淋水填料层的维护、冷却塔喷嘴疏通、电厂位置、环境等因素有关的量，所以该量不能表征凝汽器性能的优劣。只能在利用检修期间对水池底部淤泥、杂物进行清理，对冷却塔淋水填料层、冷却塔喷嘴进行相应维护以提高循环冷却水回水在冷却塔内的散热效果来降低回水温度。2.2 通过对凝汽器进出口温升通过对凝汽器进出口温升的分析的分析【1】t冷却水温升是指凝汽器出口水温与入口水温之差，根据凝汽器热力平衡关系，t2wt1wt可得出关系式(3)及衍生出冷却水温升式(4)= (3)Q)(cskhhDK AmtpCWt= (4)tWChhDpcsk)( WChDpkkpDWCh MChp式中，为凝汽器热负荷，为凝汽器蒸汽负荷（即汽轮机的排汽量） ，为汽轮机QkDsh排汽比焓，为凝结水比焓，为总传热系数，为对数平均温差，为冷却面积，chKmtA为循环水流量， 为冷却水出口温度，为冷却水进口温度，为端差，为凝汽W2wt1wttM器倍率。为低压缸排汽在凝汽器内凝结比焓降，机组运行时，该值变化很小，通常约为h，在计算中认为恒定不变；为凝汽器倍率，在设计选型时就已定，其值范kgkJ2100M围一般在之间；为冷却水定压比热容，其值在机组运行时，基本保持不变。12050pC因此，由(4)可知，当、为定值或变化很小时，冷却水温升也变化不大，hMpCt所以凝汽器冷却水温升也不能作为反映凝汽器性能的指标。t2.3 通过对凝汽器传热端差通过对凝汽器传热端差的分析的分析t由上述可知，循环水入口水温与冷却水温升分别与自然条件和设计有关，在运1wtt行过程中可改变的余量不大。因而，均不能作为反映凝汽器性能的指标，也亦通过、1wt提高凝汽器真空值的潜力有限。而传热端差集中反映了凝汽器热交换性能、真空密tt闭性。所以，通过分析影响凝汽器端差的因素入手，来提高凝汽器真空具有重要意义。t 3 通过端差分析凝汽器真空低的原因通过端差分析凝汽器真空低的原因根据式(3)、式(4)及下式(5)凝汽器传热过程中的对数平均温差，推导出凝汽器端差mt的数学表达式(6)= mt2112ttttInttss tttInt（5）= t1WCKApet（6）通过式(4)知，在设计选定后，凝汽器冷却水温升在运行过程中一般变化不大。而t通过循环水流量改变端差，继而改变真空，是需要对循环水泵运行方式及运行经济Wt性进行综合考量后确定的。因此，由式(6)知，通过端差查找凝汽器真空值偏低的原因最有效的切入点就是传热系数，亦端差随传热系数的增大而减小，从而将使凝汽器真KtK空增大。而通过传热系数查找真空值偏低的原因就得从凝汽器换热铜管的气侧换热热阻K与水侧换热热阻入手。3.1 通过对凝汽器换热铜管水侧换热热阻的查找通过对凝汽器换热铜管水侧换热热阻的查找该电厂凝汽器换热铜管束材质为黄铜，其传热系数为 5565；查阅有hmkcal关资料数据显示水垢传热系数为 0.51.0、微生物污染层传热系数为 0.05hmkcal；通过以上数据数量级大小对比分析可知，水垢热阻是黄铜的 100 倍左右，hmkcal微生物污染层热阻是黄铜的 1000 倍左右【2】。因此，在凝汽器换热铜管内壁，即使存在很少的污垢热阻，将足以使换热铜管的导热热阻忽略不计，使传热系数降低、端差增大、Kt凝汽器排汽温度增大，真空下降。ct该电厂为减小凝汽器换热铜管水侧换热热阻采取以下处理方案：(1) 为减少凝汽器水侧污垢热阻，提高传热效果，该厂每日定期投用胶球在线清洗装置对凝汽器换热铜管水侧进行在线清洗以清除铜管污泥，投用胶球清洗装置后，收球率达到95%，从收球率来看，对凝汽器铜管水侧清洗达到较高的清洗效果。(2) 对冷却塔前池滤网进行定期清扫，防止杂物、废料等进入凝汽器换热铜管水侧，影响管束水侧换热系数。通过对前池滤网进行定期清扫使进入凝汽器的循环水保持了较高的清洁度。但是，采取上述处理措施，经 DCS 控制画面显示，凝汽器真空数值并没有得到有效改善，其值为左右，与设计值仍然偏离较大。这说明导致该厂凝汽器真空值偏aKP87aKP91低的原因可能是凝汽器换热铜管气侧积有不凝结气体。3.2 通过对凝汽器换热铜管气侧换热热阻的查找通过对凝汽器换热铜管气侧换热热阻的查找(1) 首先需要进行真空严密性试验，以验证凝汽器真空系统密闭性是否合格。对于湿冷机组真空下降速度不大于 270Pa/min 为合格。该电厂 1#、2#机组试验数据如表 1 所示：试验机组试验时间试验负荷真空下降速度1 号机2011.02.1683.3MW64Pa/min2 号机2011.03.0411.3MW98Pa/min通过上表中的试验结果来看，真空系统严密性符合要求，亦真空下降速度270Pa/min。(2) 对凝汽器及真空系统所连接的各阀门、法兰、接头、焊缝，如真空泵入口手动阀、气动蝶阀，凝结水泵轴端密封装置、凝汽器喉部焊缝处、处于负压状态下的汽轮机六段、七段抽汽口等处使用密封胶带进行再密封处理，以保障真空系统的严密性。经上述处理后，经运行显示凝汽器真空数值没有变化。(3) 该机组凝汽器抽真空系统为两台水环式真空泵，一运一备，两泵并联设置母管，机组启动时两台泵同时运行，正常运行时一台运行，一台备用。通过对该机组凝汽器真空系统抽真空的原理、各设备结构原理、工作原理进行深入的剖析后发现，真空泵本体及与之相连的入口手动阀、气动蝶阀、逆止阀是否是导致该机组凝汽器真空值偏低的原因所在，即真空泵本身是否存在性能缺陷、真空泵入口连接的各阀门开启状态能否满足正常抽真空需求。若真空泵泵体存在性能缺陷或泵体入口的各连接阀门开启状态不到位，这都将造成抽真空系统管路不畅，存在堵塞现象，导致凝汽器铜管气侧聚集不凝气体或凝汽器内不凝气体无法有效排出，凝汽器气侧传热热阻增大，使汽轮机排汽压力升高，凝汽器真空下降。针对上述分析，立即对真空泵及泵体入口阀门进行检查。在联系真空泵厂家并经协商，厂家提供一台全新的并经过性能试验测试合格的新泵运抵运行现场进行测试，经新旧泵运行结果对比分析表明，真空泵泵体不存在性能缺陷。真空泵本体性能缺陷被排除后，检查真空泵泵体入口手动阀、气动蝶阀和逆止阀。通过对手动阀和气动蝶阀进行的开关试验，其开关度均能达到规定行程。但在对真空泵入口逆止阀人工开启的操作过程中发现，该逆止阀是双弹簧控制逆止阀阀芯且弹簧弹性系数较大，在阀芯开启的过程中所需克服的弹簧弹力较大。这就是说，在真空泵抽真空过程中，需要克服的弹簧弹力较大，当真空泵抽吸力小于逆止阀阀芯弹簧弹力时，这将引起逆止阀无法完全打开，导致抽真空系统空气管道通流面积减小，致使凝汽器换热管束汽侧不凝汽体无法彻底排净，造成机组真空值降低。为验证上述结论，立即组织技术人员现场做试验进行验证。试验分为逆止阀阀芯拆除前与拆除后两种情况进行，试验测试数据见下表 2 所示：参数名称逆止阀阀芯未拆除前逆止阀阀芯拆除后量纲负荷119120MW循环水进口温度1818.5循环水出口温度3129排汽温度37.933传热端差64真空值-87-91KPa通过上表的数据知，在凝汽器其它相关参数近相等的情况下，逆止阀阀芯拆除后得到的凝汽器真空值比逆止阀阀芯拆除前的真空值提高 4KPa，达到-91KPa，接近设计值。其它3 台真空泵入口逆止阀经过上述处理并经试验验证后，凝汽器真空值均比处理前提高 4KPa左右。因此，造成该电厂凝汽器真空低的主要因素是在抽真空系统设计选型时，真空泵制造厂家对真空泵入口逆止阀的选型不科学，所选的真空泵入口逆止阀弹簧弹力过大，超过真空泵抽吸力，使逆止阀阀芯无法完全打开，引起抽真空系统空气管道通流面积减小、流通不畅，致使凝汽器换热管束汽侧不凝气体聚集且无法彻底排净，造成凝汽器气侧传热热阻增大，传热系数降低、端差增大、机组背压升高，真空下降。Kt 4 生产实践应用与经济效益分析生产实践应用与经济效益分析4.14.1 生产实践的应用生产实践的应用通过对凝汽器端差的分析，找到了凝汽器真空低的原因，经现场试验确认正确、合t理后，将该方法直接运用到生产实践，以达到节能降耗的目的。具体做法是将该厂 1、2#机组 1-2、2-2 真空泵入口逆止门门芯拆除，并长期运行 1-2、2-2 真空泵，同时将逆止阀阀芯未拆除的 1-1、2-1 真空泵作为备用。但是为保证 1-2、2-2 真空泵能够长期安全的运行，防止发生运行真空泵故障，造成不安全事件，制订了相关的预控防范措施，以便保障机组长期安全、经济运行。4.24.2 经济效益分析经济效益分析当地大气压为，当凝汽器真空值由增大到时，凝汽0pKPa6 .95KPa87KPa91器排汽压力降低，为计算由此而带来的经济效益，采用定量计算的方法进行计算。KPa4凝汽器真空值增大，则相应的排汽压力降低，利用计算机程序将凝汽器真空通用曲线拟kp合成排汽压力与机组功率变化的关系式可得，当排汽压力降低时，机组功率增加值KPa4为。Nkw7 .7086又经计算知，阀芯处理前机组热耗为 8178.3；阀芯处理后，亦当排汽压0qhkWkJ力降低（凝汽器真空增大）时，机组热耗为为 7770.69。因此，KPa4KPa41qhkWkJ凝汽器真空提高，机组热耗降低为 407.65，标准煤耗降低为KPa4qh