汽輪機(jī)凝汽器端差運(yùn)行診斷分析

徐世明

(大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司,湖南湘潭 411100)

凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪機(jī)裝置的一個重要組成部分,凝汽器真空是汽輪機(jī)運(yùn)行中的重要參數(shù),其數(shù)值大小對汽輪機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、安全性及調(diào)節(jié)性能都有很大的影響〔1〕。由現(xiàn)場實(shí)際可知影響凝汽器的 3個溫度中,重要的是凝汽器端差的大小,所以在某種程度上,汽輪機(jī)凝汽器端差大小是凝汽器是否正常運(yùn)行的綜合體現(xiàn)。例如,某機(jī)組計算結(jié)果:端差每增加 1℃,熱耗增加 0.26%～0.6%〔2〕。

1 凝汽器理論端差的定義及應(yīng)達(dá)值

1.1 凝汽器理論端差

理論端差的物理意義:假設(shè)實(shí)際運(yùn)行工況的凝汽器臟污程度和空氣漏入量對傳熱的影響程度與基準(zhǔn)工況相同時,實(shí)際運(yùn)行工況在實(shí)際的循環(huán)水量Dw、進(jìn)水溫度 tw1下,理論上可達(dá)到的端差〔2〕。結(jié)合實(shí)際情況,即 3號機(jī)檢修后首次開機(jī)為基準(zhǔn)工況,此時凝汽器的清潔率是最好的,即認(rèn)為理想情況,應(yīng)滿足清潔率要求;另外,凝汽器真空抽氣系統(tǒng)改造后可消除 2個汽室相互干擾導(dǎo)致抽氣不均、影響傳熱性能的狀況,所以可認(rèn)為此時的空氣影響系數(shù)是理想值 (參見表 1)。

由能量平衡公式可知,循環(huán)冷卻水通過凝汽器管束吸收的熱量等于排汽傳遞給冷卻水的熱量:

式中 k為總體傳熱系數(shù) (當(dāng)蒸汽負(fù)荷大于 40 kg/m2· h時應(yīng)考慮蒸汽負(fù)荷率的修正〔3〕);k0為基本傳熱系數(shù);C為取決于冷卻水管外徑的計算系數(shù);υw為冷卻水管流速;ξc為清潔系數(shù);βt為冷卻水入口水溫修正系數(shù);βm為冷卻水管材和壁厚修正系數(shù)。

由式 (1),(2)得同一負(fù)荷下基準(zhǔn)工況為

現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行工況為

式中 υw為冷卻管內(nèi)流速 (m/s);Δt為冷卻水溫升;?t凝汽器端差 (℃);Ac為凝汽器傳熱面積(m2);Ad為凝汽器水側(cè)通流面積 (m2);υw為冷卻管內(nèi)流速 (m/s);Δt′為變工況后冷卻水溫升(℃);?t′為變工況后凝汽器端差 (℃);A′c為凝汽器變工況后的傳熱面積 (m2);A′d為凝汽器變工況后水側(cè)通流面積 (m2);D′c為凝汽器變工況后的排汽量 (kg/s)。

在同一負(fù)荷 2種工況下 Dc=D′c,C′=C(只與冷卻管外徑有關(guān) ),A′d=Ad, β′m=βm(與管材、壁厚有關(guān)),A′c=Ac(通過運(yùn)行凝汽器水位控制可以實(shí)現(xiàn)),由式 (3)～(6)聯(lián)立得

并假定理想情況 ξ′=ξ,得出理論端差

3號機(jī)組檢修后首次投運(yùn)凝汽器高、低壓的原始數(shù)據(jù)見表 1。

表 1 原始數(shù)據(jù)基準(zhǔn)表

1.2 應(yīng)達(dá)值分析

1.2.1 應(yīng)用此公式可避開一些麻煩的測量與繁瑣的計算,現(xiàn)場應(yīng)用性強(qiáng)。例如,循環(huán)水量在工程上一直都沒有很好的測量方法。

1.2.2 此公式應(yīng)用的一個重要的條件是在負(fù)荷一定的情況下進(jìn)行比較,以消除負(fù)荷對端差的影響,即保證 D′c=Dc,其中凝結(jié)水流量是一個很重要的參考數(shù)據(jù)。

1.2.3 確定不為運(yùn)行人員所感覺的變化以便收到較好的經(jīng)濟(jì)效果,例如由 0.83變到 0.73,?t就會升高 0.66℃,不在極限真空范圍內(nèi)背壓大概升高0.2 kPa左右,影響的經(jīng)濟(jì)性由公式 Δb=?ηb0=b得到,對某機(jī)組粗略計算每小時大概多0耗 0.3 t標(biāo)煤。

1.2.4 排除真空低時盲目查找原因的情況。例如,理論端差合格,南方水溫因氣候原因可達(dá) 30℃以上,且溫升不大,此時若為提高真空而多啟真空泵,則只能是浪費(fèi)廠用電。另外由于溫度對溫度系數(shù)影響很大,一般情況下低壓凝汽器比高壓凝汽器端差高是正?，F(xiàn)象,同時,環(huán)境溫度降低,冷卻水溫下降會有端差增大的趨勢。建議實(shí)際端差比理論端差大0.5℃時,在排除容易確定的因素后則需進(jìn)一步深入查找原因:(1)查看近期水質(zhì)、膠球投入與回收率情況等,即找 ξc的原因;(2)查找漏氣與抽氣情況等〔4〕方面的原因。例如,某次做真空嚴(yán)密性試驗(yàn),試驗(yàn)前經(jīng)計算得理論端差:低壓凝汽器 (L)5.028℃,高壓凝汽器 (H)4.25℃,現(xiàn)場實(shí)測 L:4.96℃,H:4.67℃,與理論值相差小于 0.5℃,則允許;停真空泵 4min后 L端差變?yōu)?6.37℃,H變?yōu)?7.565℃,所以 L比理論值大1.342℃,H比理論值大 3.315℃,差值大于 0.5℃,則不允許。這是因真空泵停 ,Φa下降導(dǎo)致。

2 用凝汽器清潔率監(jiān)測方法〔5〕診斷端差增大原因

2.1 計算方法

以 3號機(jī)剛檢修后為基準(zhǔn)工況,因?yàn)榇藭r凝汽器的清潔率可以認(rèn)為是最好的,令清潔率 Φ=1,計算理想清潔狀態(tài)下凝汽器總體傳熱系數(shù):

在理想清潔系數(shù)基礎(chǔ)上考慮空氣、清潔程度、管束修正為

式中 Cf為新的清潔系數(shù),單獨(dú)不受其他耦合影響的與基準(zhǔn)相比較的清潔度;Ca為空氣量修正系數(shù);Cs為凝汽器管束布置系數(shù);又有 kp=(CpDw/Ac)ln〔 (Δt+?t)/?t〕 (Dw為冷卻水同流量,Ac為凝汽器傳熱面積,Δt,?t為實(shí)際運(yùn)行中所監(jiān)測到的溫升和端差)可計算出實(shí)際運(yùn)行中的 kp。

2.2 分 析

當(dāng)真空系統(tǒng)嚴(yán)密性合格且冷卻水側(cè)足夠清潔,3號機(jī)剛剛檢修為基準(zhǔn)工況認(rèn)為可以滿足上述工況,應(yīng)有 Ca=Cf=1,Cs=kp/k0,計算出 Cs的重要意義就是為機(jī)組以后再涉及的計算提供原始數(shù)據(jù)和評價汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器內(nèi)管束布置的合理性,并確認(rèn)真空系統(tǒng)正常即真空嚴(yán)密性正?；蛩h(huán)式真空泵抽氣能力正常 (Ca=1)時,當(dāng)日后出現(xiàn)清潔率下降情況時 Cf=kp/(k′0CsCa);當(dāng)已知 Cf或已計算出近期的 Cf,應(yīng)用原始的 Cs,可計算出 Ca=k/(k′C C)〔5〕。p0sf

3 案例分析

機(jī)組經(jīng)過檢修運(yùn)行幾個月后,取某一工況進(jìn)行評估,采集數(shù)據(jù)如表 2。

表 2 機(jī)組檢修運(yùn)行后的某一工況數(shù)據(jù)

由表 2數(shù)據(jù)計算出實(shí)際運(yùn)行工況,低壓凝汽器?t=5.75℃,高壓凝汽器 ?t=3.65℃。應(yīng)用式 (8)計算出此工況下的理論端差,低壓凝汽器 ?t′=3.712℃,高壓凝汽器 ?t′=2.763℃。由上述比較可明顯看出運(yùn)行端差比理論端差 (0.5℃)大,則不允許。分析時,首先應(yīng)排除影響端差的易判斷因素;其次通過真空嚴(yán)密性試驗(yàn),結(jié)果良好,且真空泵電流和過冷度與以往此工況相比無大變化,可以排除 Ca影響;最后通過計算凝汽器新的清潔系數(shù)Cf,發(fā)現(xiàn)高壓凝汽器 Cf由 1降到 0.73,高壓凝汽器 Cf由 1降到 0.85。初步分析在很高的環(huán)境溫度下,開式循環(huán)的凝汽器幾個月的運(yùn)行后污染程度還是很大,另外此期間膠球系統(tǒng)投入率也不高,有一段時間乙流程因故停止運(yùn)行。

4 結(jié) 論

4.1 以機(jī)組首次投產(chǎn)或剛檢修后運(yùn)行工況為理想工況,建立原始數(shù)據(jù)庫,準(zhǔn)確地利用理論端差公式,為以后對凝汽器運(yùn)行狀況作出正確評估,方便快捷,并為凝汽器端差在線診斷提供理論依據(jù)。

4.2 當(dāng)理論端差過大時,應(yīng)用文中提出的清潔率監(jiān)測方法,從而做到思路清晰,考慮因素全面,縮短診斷時間,現(xiàn)場實(shí)際中起到事半功倍的效果。

〔1〕李勇,董玉亮,曹祖慶.考慮節(jié)水因素的凝汽器最佳真空的確定方法 〔J〕.動力工程,2001,21(4):1338-1341.

〔2〕李青,高山,等.火力發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用 〔M〕.中國電力出版社,2007.

〔3〕楊善讓.汽輪機(jī)凝汽設(shè)備及運(yùn)行管理 〔M〕.北京:水利電力出版社,1993.

〔4〕周蘭欣,付文鋒,等.抽氣器出力不足對凝汽器真空的影響〔J〕.汽輪機(jī)技術(shù),2008,50(1):46-48.

〔5〕李勇,陳梅 .汽輪機(jī)運(yùn)行性能診斷技術(shù)及其應(yīng)用 〔M〕.科學(xué)出版社,1999.