凝結(jié)水過冷度產(chǎn)生的原因及消除對策

1、中國科技袁在線http: /vww paper edu cn凝結(jié)水過冷度產(chǎn)生的原因及消除對策肖國俊華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院（430074）E-inail : u（opai126com摘 要：本文從各個方面分析了礙結(jié)水過冷度產(chǎn)生的原因及其對機組適行經(jīng)濟性、安全性的 影響，從凝汽器的設(shè)計、改送、檢修以及運行維護的角度，提出了減小凝結(jié)水過冷度的對策， 以此來提商機組運行的經(jīng)濟性和安全性。關(guān)錢詞：凝汽器；過冷度；經(jīng)濟性；安全性1引言凝汽器是凝汽式汽輪機的主耍輔助設(shè)備，是汽輪機組（汽輪機裝置）的幣；耍組成部分， 它的匸作性能的好壞苴接影響著整個機組的熱經(jīng)濟性和安全性。而凝汽器運彳r狀態(tài)的優(yōu)劣集 中

2、衣現(xiàn)在如卜三個方面：是否保持在垠佳典空、凝結(jié)水的過冷度是否最小以及凝結(jié)水的胡質(zhì) 是否介格。其中凝結(jié)水的過冷度越人，說明被冷卻水額外帶疋的熱彊越多，而這部分熱損失 ?？垮仩t多燃燒燃料來號補，從而導(dǎo)致系統(tǒng)熱經(jīng)濟性的降低。|何且過冷度越人，凝結(jié)水中的 含氧屆也越多，從而加速了相關(guān)管道、設(shè)備的腐蝕速度。因此需從各個方而對凝汽水過冷度 加以重視并采取措施使其最小，以此來提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性。2.凝結(jié)水過冷度的定義和表示方法2.1定義凝結(jié)水過冷度表征了凝汽器熱井中凝結(jié)水的過度冷卻程度，凝汽器熱井出I I凝結(jié)水溫度 弓凝汽器在排汽壓力卜對W的飽和溫度之差即稱為過冷度2.2表示方法（一）溫度形式：r”

3、 = t:-tc式中：3”一凝結(jié)水過冷度；&一凝汽器絕對壓力卜的飽和溫度； 乙一凝汽器熱井屮凝結(jié)水溫度。（二）熱單位形式：廠”=*-£Mg式中：Ag-表示凝結(jié)水過冷度的焙值；匚一凝汽器無過冷度時凝結(jié)水焙值匚二4J86L廠一凝結(jié)水仃過冷度時凝結(jié)水焙值衣二4.186/； 3過冷度產(chǎn)生的原因凝汽器運行中產(chǎn)生凝結(jié)水過冷現(xiàn)彖可能是凝汽器設(shè)計中的問題，也可能是運行不當(dāng)而產(chǎn) 生的，一般主要原因有以卜兒個。3.1凝汽器內(nèi)管束排列不好在IH式結(jié)構(gòu)的凝汽器上，凝結(jié)水過冷度町能很人。這些凝汽器通常均為非回?zé)崾降模?汽器內(nèi)宙J：冷卻水管束布置過密和排列不當(dāng)，使汽7混合物在通往凝汽器的管束中心和I、

4、部 時存在很人的汽阻，引起凝汽器內(nèi)部絕對壓力從凝汽器入11到抽氣11逐漸降低，使紂凝汽器 人部分區(qū)域的蒸汽實際凝結(jié)溫度耍低凝汽器入11處的飽和溫度，形成了過冷度。這同時造 成了蒸汽負(fù)荷人部分集中在上部排管處，蒸汽所凝結(jié)的水通過密集的管束，又在冷卻水符外 側(cè)形成一層水膜，又起到再冷卻凝結(jié)水的作用，加之押汽不能回?zé)釤峋Y(jié)水，進一步加 劇了凝結(jié)水的過冷卻。3.2空氣漏入凝汽器或抽氣器工作不正常機組在運行的過程中，處J：真空條件卜的汽輪機的排汽缸、凝汽器以及低壓給水加熱系 統(tǒng)等部分，若冇不嚴(yán)密處，則會造成空氣的漏入；另一方面，抽氣器工作不正常，不能及時 地把凝汽器內(nèi)漏入的空氣抽走。這兩方面使得凝汽

5、器內(nèi)積存的空氣等不凝結(jié)氣體增加，這不 僅會在冷卻水管的表面形成傳熱不良的空氣膜，降低傳熱效果，増加傳熱端差；同時還使得 凝汽器內(nèi)的汽氣混合物屮空氣成分的增高，造成空氣分床提高、蒸汽分斥降低，而凝結(jié)水是 在対應(yīng)蒸汽分斥的飽和溫度卜冷凝，所以此時凝結(jié)水溫度必然低凝汽器壓力卜的飽和溫 度，因而產(chǎn)生了凝結(jié)水的過冷卻。為分析空氣漏入凝汽器對凝結(jié)水過冷度的影響，通過計算將備凝結(jié)階段開始時凝結(jié)水的 過冷度列衷1。山表1可知，一直到蒸汽已凝結(jié)99%時，空氣漏入對凝結(jié)水過冷度的影響 仍然極小。此后蒸汽繼續(xù)凝結(jié)時，過冷度逐漸増加，當(dāng)蒸汽己凝結(jié)99. 99%時，過冷度已 相半人。但是由J味用這部分凝結(jié)蒸汽吊已很少，

6、所以對全部凝結(jié)水平均過冷度不會仃多人 影響。由此可見，空氣漏入凝汽器會造成凝結(jié)水的過冷卻，但不是使凝結(jié)水產(chǎn)生過冷度的主要因素。表1空氣漏入凝汽器對過冷度的形響給定條件:凝汽器壓力匕=0.0019 MPa,空氣相對含最£ =5.3X10 5 （開始凝結(jié)時）凝結(jié)階段汽氣混合物熬汽分壓力MPa相對于蒸汽分壓凝結(jié)水溫度X?過冷度*c總J k力MPa力的飽和溫度9開始凝結(jié)0. 00190. 001899832. 5532. 550C展結(jié)99%0. 00190. 001883932. 5032. 500. 05C凝結(jié)99. 9%0. 00190. 001743631.9531.950. 60己凝

7、結(jié)99. 99%0. 00490. 003685227. 6027. 604.953.3凝結(jié)水水位過高遠(yuǎn)行過程中，由凝結(jié)水泵真空部分漏入空氣或It它故障，使凝汽器熱井中凝結(jié)水水位 過高，淹沒了卜部的冷卻水管，這樣冷卻水又帶走一部分凝結(jié)水的熱乗，使凝結(jié)水再次被冷 3卻，過冷度必然增人。同時，凹熱蒸汽的流動因此也受到 定的限制，傳熱管束落卜的凝結(jié) 水不能得到充分回?zé)幔@也增加了凝結(jié)水的過冷度。3.4冷卻水漏入凝結(jié)水內(nèi)凝汽器內(nèi)冷卻水管破裂或冷卻水管的管環(huán)盤根不嚴(yán)，造成冷卻水漏入凝結(jié)水內(nèi)，使凝結(jié) 水溫度降低，過冷度増加，此時還伴何凝結(jié)水駛度增人的現(xiàn)彖發(fā)生。35凝汽器冷卻水入口溫度和流量的影響現(xiàn)代人型電

8、站凝汽器通常均為回?zé)崾降模擞泻侠碓O(shè)計的管束結(jié)構(gòu)，汽阻極小，在額泄 的設(shè)計工況卜運行時，凝結(jié)水過冷度實際可為零。在這種情況F,凝結(jié)水過冷度主要受凝汽 設(shè)備運彳亍工況因索的影響，其屮最巫要的因索是凝汽器冷卻水的入I I溫度和流駅。試驗與運行經(jīng)驗衷明，在定的蒸汽負(fù)荷卜，當(dāng)冷卻水入II溫度降低或流砒增加時，凝 汽器壓力降低，真空增加，進入熱井的凝結(jié)水的過冷度將增人。凝汽器熱井進II處凝結(jié)水過 冷度與冷卻水入【I溫度及凝汽器真空之間的關(guān)系如圖1所示。7社結(jié)水過冷度，r65431 00.030.040.050.060.070.08凝汽器其空.MPa圖1在冷卻水入口溫度不同時，凝結(jié)水過冷度與凝汽器真空的實

9、驗特性關(guān)系3.6蒸汽負(fù)荷的影響凝汽器蒸汽負(fù)荷的人小對凝結(jié)水過冷度也有一定的影響。根據(jù)詢蘇聯(lián)BTH的試驗結(jié)果, 對J：汽流向心式凝汽器,隨著蒸汽負(fù)荷的提高,過冷度增大;而對丁汽流向側(cè)式凝汽器,蒸 汽負(fù)荷升高時，過冷度減小。對門口式罪回?zé)崾侥?，蒸汽?fù)荷減小時，不可避免地會引 起過冷度增加。張家口電廠300MW機組的負(fù)荷與凝結(jié)水過冷度關(guān)系曲線如圖2所示。由圖可知,隨著 機組負(fù)荷的提高，蒸汽負(fù)荷隨Z提高，過冷度有逐漸増人的趨勢。3.7將溫度較低的補充水直接補入凝汽器的熱水井機組在運行過程中，由J：鍋爐排污等原因，導(dǎo)致工質(zhì)在循環(huán)過程中產(chǎn)生了汽水損失，因 此為了滿足汽輪機進汽吊的盂耍，必須及時在水側(cè)對

10、系統(tǒng)進行補入。補充水補入的位宜仃除 氧器和凝汽器兩種方案。如果采用補入凝汽器方案，冬犬時補允水溫度一般低設(shè)計工況時 凝汽器屮凝結(jié)水溫度可達(dá)十兒攝氏度。這樣將溫度較低的補充水直接補入凝汽器的熱井，并 fl在補充水流晟較人時，勢必會造成凝結(jié)水溫度的降低，致使過冷度増加。4過冷度對機組運行經(jīng)濟性和安全性的影響4.1對機組運行經(jīng)濟性的影響圖3 凝結(jié)水過冷度的熱單位表示示意圖凝汽器過冷度會增加冷源損火，引起作功能力的損失，降低系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性。借助J等 效熱降方法國，可對過冷度所引起的作功能力損失進行定量分析，見圖3。顯然，由過冷度*,的出現(xiàn)，使N.ol加熱器的耗熱彊冊加弘皿，抽汽屋也相應(yīng)地增 加。依據(jù)等

11、效熱降原理，新蒸汽的等效熱降將減少：如果N.ol加熱器是匯集式的，則過冷度還將影響N.0 1段抽汽在加熱器屮的放熱吊 這時的將變?yōu)閝gq，這時過冷度使新蒸汽等效熱降下降：曲5舌叫裝況的效率柑対降低:xlOO% H_AH苴中：孫為凝結(jié)水份額：m為n.o 1加熱器的抽汽效率：qi為N o 1段抽汽在加熱器中的放熱駁，kJ/ kg：H為新蒸汽等效熱降，kJ/kgo中國科技袁在線http:paper 卜面將利用上述所得公式,求得幾種典型機組在凝結(jié)水過冷度M=2C（亦即 r”=8.374） 時的少和助計算值,結(jié)果列于表2。表2幾種典型機組在M=2*C時的計算值機紐熨號等效熱降A(chǔ)/A kJ kg效率相對降

12、低6樸N100 一&83/5350.5540.055N200-12.75/535/5350.5870 045N300-16.18/550/5500.4600.038通過對N100 一 8.83/535熨汽輪機實例計算結(jié)果衷明，當(dāng)凝結(jié)水過冷卻度増加2C時， 新蒸汽等效熱降減少0.554kJ/kg ,機組效率相對降低0 055%，電廠標(biāo)準(zhǔn)煤耗增加 0.209g4cWho假設(shè)該機組年運行小時數(shù)為7500 h,那么，一臺該型號機組每年多耗標(biāo)煤為 156.8t,相當(dāng)J：每年多支出燃料成本5.18 ）1.可見，凝結(jié)水過冷度対機組的經(jīng)濟運行有明 顯的影響，是一項不可忽視的指標(biāo)，因此采取各種措施降低凝

13、結(jié)水過冷度是十分必要和有意 義的。4.2對機組運行安全性的影響凝結(jié)水過冷度的存在會威脅機組運行的安全性和可常性。凝結(jié)水溫度過低，即凝結(jié)水水 面上的蒸汽分壓力的降低，氣體分壓力的增高,使得溶解于水中的氣體含量增加，因為溶于 凝結(jié)水的氣體磺和熱井水面上氣體的分斥力成正比。岡此若凝結(jié)水出現(xiàn)過冷度，則其含氧罠 増加，這將導(dǎo)致凝汽器內(nèi)換熱管、低加及相關(guān)管道閥門腐蝕加劇，以致降低設(shè)備的使丿U壽命, 不利J機組的安全運彳這同時也加巫了除氧器的工作負(fù)擔(dān)，使除氧器的除氧效果變基，嚴(yán) 盧時會腐蝕處F高溫工作環(huán)境F的給水管道和鍋爐省煤器管，引起泄涌和爆管。據(jù)統(tǒng)計,2003 年某電廠凝汽器冷卻水管腐辿造成的泄漏，使凝

14、結(jié)水哽度超標(biāo)，迫使機組降低出力帶負(fù)荷査 漏次數(shù)多達(dá)8次可見，凝結(jié)水過冷度的存在對機組運行安全性極為不利。5減少凝結(jié)水過冷度的對策通過上述対凝結(jié)水過冷度產(chǎn)生原肉及武對機組運行經(jīng)濟性和安全性的影響的分析可以 看到，凝結(jié)水過冷度的存在威脅著機組運行的安全性和可靠性，同時也會降低機組運彳f的經(jīng) 濟性。因此須從設(shè)計、改造、檢修以及運彳j維護等各個環(huán)卩對其采取仃效措施，以期降低凝 結(jié)水過冷度，提高機組運行的經(jīng)濟性和安全性。5.1設(shè)計中所采取的對策（1）在冷卻水管束設(shè)計屮改進管束的布置，在管束結(jié)構(gòu)中適當(dāng)留仃足夠?qū)挼恼羝ǖ? 這除了可以保證汽流均勻進入管朿務(wù)區(qū)域外，還可保證部分排汽可直接通至凝汽器底部，以

15、加熱凝結(jié)水，減少凝結(jié)水過冷度：同時應(yīng)使抽氣II位置離開凝結(jié)水遠(yuǎn)-些，以減少凝結(jié)水過 冷度：（2）從凝汽器入II至抽氣II的路徑應(yīng)力求直接，且冇足夠的流通面積，蒸汽進入管束 的流速不超過40m/s50m/s,蒸汽沿程阻力盡杲小，以減少汽阻，降低凝結(jié)水的過冷度；（3）合理選擇凝汽器內(nèi)的淋水裝置，優(yōu)化設(shè)計循環(huán)冷卻水最；（4）汽輪機排汽II與凝汽器的連接采用柔性連接，以防止運行屮膨脹不暢導(dǎo)致空氣的漏入;（5）X4 J-lt入凝汽器的各種疏水、補允水、再循壞水及其它附加流體，接至凝結(jié)器的 位豐一定要高r凝結(jié)水水位，垠好接至凝結(jié)器上部蒸汽:空間，并裝折流檔板，防止沖刷冷卻 水管，以除掉這些水源中的空氣，減

16、少對凝結(jié)水溶氧及對過冷度的影響。（6）利用鍋爐連續(xù)排汚對補允水進行加熱，以減少補入凝汽器的補充水對凝結(jié)水的過 冷卻。一般凝汽器的補充水箱與除氧器、連續(xù)排污擴容器布宣在同一平臺處，因此可在補充水箱內(nèi)加裝-組管式換熱器，由連續(xù)排污擴容器引出一管，將排污水送入換熱器中作為熱源,以加熱補充水,一連續(xù)排污擴容器一補充水箱一電動閥門一地溝圖4 鍋爐連續(xù)排污加熱補充水系統(tǒng)5.2改造中所采取的對策IH式凝汽器通常均為非回?zé)崾降模鋮s管束通道很窄，汽阻很大，可達(dá)1.32.0kPa. 這本身就町使過冷度達(dá)到5C10°Co対這兆老式凝汽器，凝結(jié)水過冷度與工況I大I素兒乎 無關(guān)，消除這種過冷現(xiàn)彖唯一有效的措

17、施是改造凝汽器冷卻管束結(jié)構(gòu)。如：（1）拆除一部分冷卻水管（減少一部分冷卻面枳），讓排汽町深入到冷卻面屮部，并 留勺足夠的寬度，但不穿通，便蒸汽能沿著冷卻面作均勻的分配，并使凝結(jié)水加熱到排汽溫 度；（2）在冷卻管束中合理布置一些集水、排水尤件：（3）限制管束屮汽流流速，使具盡町能不超過40m/ s50m，'s。5.3檢修中所采取的對策（1）對真空系統(tǒng)進行灌水查漏，巫點檢査凝汽容喉部、低壓抽汽管路、低壓缸軸対蒸 汽進出管道焊I、低壓缸法蘭接介而、熱井焊接處、凝結(jié)水管道法蘭連接處、凝汽器水位計 接頭處、疏水?dāng)U容器焊接處、與熱井連接的真空系統(tǒng)閥門等部位,并修補洶漏處：（2）檢査凝汽器內(nèi)的淋水裝

18、置：（3）對凝汽器水位調(diào)節(jié)器和軸対壓力調(diào)節(jié)器進行檢修；（4）対抽真空系統(tǒng)進行檢修，保證抽氣設(shè)備的正常T作，以便運行時町及時抽出凝汽 器內(nèi)不凝結(jié)氣體。5.4運行中所采取的對策5.4.1保證真空部分的嚴(yán)密性保證真空部分的嚴(yán)密性，防止空氣漏入，同時正確配置抽氣器。這不僅是為了維持凝汽 器內(nèi)的爲(wèi)真空度，也是防止凝結(jié)水過冷的有效措施Z。投運行軸封斥力調(diào)節(jié)器，并將軸時 -#-中國科技袁在線http:paper 用力控制在規(guī)定值內(nèi)，以防止空氣從軸封漏入，影響凝汽器典空。5.4.2對凝結(jié)水水位及水質(zhì)的監(jiān)視與控制為了消除運行中凝結(jié)水水位過高血造成的凝結(jié)水過冷卻現(xiàn)彖，-方面除了耍求運行人員 對凝結(jié)水水位嚴(yán)格監(jiān)替外

19、，另-方而可通過裝設(shè)凝結(jié)水水位門動調(diào)節(jié)器和報警裝宣，使凝結(jié) 水水位保持在正常范由內(nèi)。同時，述可以利用凝結(jié)水泵本少的運行特性，采用凝汽器低水位 運行的方式。運行中凝汽器冷卻水管腐蝕泄漏，會引起凝結(jié)水破度超標(biāo)，過冷度增人。若水質(zhì)超標(biāo)不 嚴(yán)匝，町在循環(huán)水入水II處放入木糠址漏：卄水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)幣:，則采取運行中降負(fù)荷半邊凝汽 器査漏方法堵漏或停機時堵漏。5.4.3對冷卻水的流量和入口溫度調(diào)節(jié)和控制冬季冷卻水溫較低時，為了消除或盡彊減小凝結(jié)水過冷度并節(jié)約廠用電，應(yīng)減小冷卻水 流駁。當(dāng)循壞冷卻水泵采用母習(xí)制連接時，町通過改變運彳j的水泵臺數(shù)或者關(guān)小斥力管道上 的閥門來調(diào)節(jié)冷卻水流量。如果循環(huán)冷卻水親采用單兀

20、制配屋，需通過改變水泵工作葉片旋 轉(zhuǎn)角度來調(diào)打出力，或用改變電動機電極對的數(shù)以改變轉(zhuǎn)速來改變出力，或通過改變循環(huán) 冷卻水泵的工作臺數(shù)來調(diào)節(jié)出力。x rn/j空氣冷水塔的機組，可通過調(diào)整運行中的多級變 速風(fēng)機的速度和和數(shù)屆來控制冷卻水溫度，調(diào)節(jié)冷卻水流速以獲得零過冷度。6總結(jié)対J：凝汽器內(nèi)凝結(jié)水過冷度的問題，從各個方面分析了凝結(jié)水過冷度產(chǎn)生的原I大I,詳細(xì) 闡述了其対機組運彳j：經(jīng)濟性和安全性的影響，并提出了減少凝結(jié)水過冷度的對策。在凝汽設(shè) 備的運行監(jiān)測屮，凝結(jié)水過冷度是一個不容忽視的性能指標(biāo)，因此應(yīng)在設(shè)計、改造、檢修以 及運彳亍維護等各個環(huán)節(jié)采取描施控制和消除凝結(jié)水過冷度，來提高機組運行的經(jīng)濟

21、性和安全 性。參考文獻(xiàn)1張巾澄.大科電站凝汽器M.北京：機械工業(yè)出版社.1993.朱新華、江運漢、張延峰等.電廠汽輪機M.北京：水利電力出版社.1991.3.3 暢善讓.汽輪機凝汽設(shè)備及運行管理MJ.北京:水利電力出版社.1993 10.4 林力超.火電廠熱系統(tǒng)定就分析M.兩安：兩安交通大學(xué)出版It. 1985.E.U.施林徳爾.換熱器設(shè)i|- FJJJM,北京：機械工業(yè)出版U：. 1988.盧緒祥、李錄平、王運民等.凝結(jié)水過冷度及梵對機俎經(jīng)濟性的分析J.汽輪機技術(shù).2002. 44(2)： 117-119.7 肖増弘、盛偉、李國軍、黃寶誠等.減少凝結(jié)水過冷度措施的研究J.沈陽電力離籌匕科學(xué)校學(xué) 報.2003. 5(2)： 78-79.8 李曉勇.凝結(jié)水過冷度對機組的影響及對策J.電站輔機.2004. 90(3)： 12-16.Caused Reasons a