提高凝汽器冷凝效率的措施探討

盧定坤

【摘 要】凝汽器冷凝效率的提高，能夠?yàn)榘l(fā)電熱效率的提高和汽輪機(jī)發(fā)電負(fù)荷的保證提供基礎(chǔ)。

【Abstract】Condenser efficiency improvement can provide the basis for the improvement of the electric heating efficiency and the guarantee of the turbine power generation load.

【關(guān)鍵詞】凝汽器；冷凝效率；發(fā)電

【Keywords】condenser；condensing efficiency；electricity generation

【中圖分類號】TM623 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）03-0098-02

1 引言

凝汽器是發(fā)電過程中汽輪機(jī)排汽口真空狀態(tài)形成的重要部分，能夠形成機(jī)組排氣的膨脹做功，從而最大限度減少冷源損失。因此，加強(qiáng)凝汽器的冷凝效率研究具有十分重要的意義。

2 凝汽器的作用原理

凝汽器屬于表面式熱交換器的一種類型，隨著管束內(nèi)循環(huán)冷卻水的流動(dòng)，在冷凝器內(nèi)、冷凝管束外的蒸汽體積也會(huì)快速減小，甚至形成真空的狀態(tài)，其壓力為凝結(jié)水溫度對應(yīng)的飽和壓力，而這種凝汽器真空狀態(tài)的保持也需要?jiǎng)討B(tài)關(guān)注，保證蒸汽持續(xù)進(jìn)入凝汽器，并在蒸汽凝結(jié)后釋放出來，從而帶走熱量，避免空氣被抽走[1]。

3 凝汽器熱平衡計(jì)算

3.1 冷凝器熱負(fù)荷計(jì)算

根據(jù)以下能量平衡可算出冷凝器熱負(fù)荷：

Q=WKME-Wq-ΔQ

其中，WKME——核島熱功率，kW；Wq——發(fā)電機(jī)電功率，kW；ΔQ——汽輪發(fā)電機(jī)組各項(xiàng)損失之和，kW。

3.2 冷凝器傳熱系數(shù)

根據(jù)傳熱原理算出冷凝器傳熱系數(shù)

t1——冷凝器循環(huán)水入口平均溫度，℃；t2——冷凝器循環(huán)水出口平均溫度，℃；ts——冷凝器背壓對應(yīng)的飽和溫度，℃；A——冷凝器冷卻管總傳熱面積，m2。

3.3 冷凝器傳熱系數(shù)構(gòu)成因素

從傳熱管的構(gòu)成上看，其傳熱系數(shù)由水側(cè)熱阻與管側(cè)熱阻構(gòu)成，其計(jì)算公式為：K=1/（Ri+Rw+Ro+Rf）

其中，Ri為冷凝器管內(nèi)水側(cè)的熱阻；Rw為管壁的熱阻；Ro為管外蒸汽側(cè)的熱阻；Rf為污垢熱阻。

4 凝汽器效率的影響因素及改進(jìn)措施

4.1 影響因素

機(jī)組正常運(yùn)行期間，冷凝器效率總是低于理論值，原因如下：第一，冷凝器內(nèi)真空度下降，從電廠冷凝器以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，冷凝器真空下降1kPa，汽輪機(jī)組熱耗率會(huì)增加1.5%-2%。第二，冷凝器傳熱管的換熱系數(shù)下降，而換熱系數(shù)除開傳熱管本身材質(zhì)的因素外，主要是由于冷卻水水質(zhì)變壞導(dǎo)致結(jié)垢從而使換熱系數(shù)降低。因?yàn)槔鋮s水的硬度相對較大，換熱鹽分析出時(shí)，導(dǎo)致水垢在管壁的水側(cè)表面附著，同時(shí)，凝汽器管壁上的水中會(huì)有大量的微生物滋生與繁衍，甚至?xí)纬晌⑸镂廴尽?/p>

4.2 改進(jìn)措施

實(shí)際運(yùn)行情況表明：對配有凝汽器抽真空系統(tǒng)的汽輪機(jī)組，其真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)變化不大，也就是說，真空嚴(yán)密性對凝汽器傳熱系數(shù)的影響相對不變。因此為了提高冷凝器的效率，除了保證冷凝器的真空度，需不斷提高其傳熱管的換熱系數(shù)，措施主要有：

第一，采用新型強(qiáng)化傳熱元件，新型強(qiáng)化傳熱元件是提高傳熱效率的有效途徑。其機(jī)理為管內(nèi)充分發(fā)展的層流換熱，其主流方向與溫度梯度方向近似于垂直，因而對流換熱能力差。若能使液體在管內(nèi)垂直于主流方向產(chǎn)生二次流，能使流動(dòng)方向與溫度梯度和夾角減小，同時(shí)又使溫度剖面更加飽滿，使得壁面處的溫度梯度增大，實(shí)現(xiàn)傳熱的強(qiáng)化。

第二，采用合理的冷凝盤管結(jié)構(gòu)與尺寸。蒸發(fā)式冷凝器只有在正確的設(shè)計(jì)安裝條件下，才能獲得最佳的換熱效果。合理的管路系統(tǒng)是蒸發(fā)式冷凝器運(yùn)行正常及提高效率的重要保證。

第三，冷卻水的防垢。表1為金屬、污垢、空氣的導(dǎo)熱系數(shù)表，由表1可知，污垢導(dǎo)致的熱阻為金屬的100多倍，總地來看，盡管污垢層相對較薄，且銅管所產(chǎn)生的導(dǎo)熱熱阻量也相對較小，甚至可以忽略不計(jì)，所以，對凝汽器整體傳熱系數(shù)產(chǎn)生直接影響的因素主要在于污垢。

為了減少污垢熱阻，提高傳熱效果，具體做法如下：

①膠球在線清洗；

②停機(jī)時(shí)用高壓水清洗。

停機(jī)時(shí)用高壓水清洗不僅耗費(fèi)大量的人力，且在機(jī)組投運(yùn)一段時(shí)間后，會(huì)再次結(jié)垢導(dǎo)致整體清洗效果不好，因此推薦采用膠球在線清洗系統(tǒng)定期清除傳熱管內(nèi)的污垢。此外，循環(huán)水在凝汽器管中流動(dòng)時(shí)，流速為1.5-2.4m/s之間，經(jīng)過7-10分鐘后，會(huì)形成穩(wěn)定的平流層。而在熱量傳遞過程中，平流層會(huì)耗熱35%，污垢耗熱40%。因此可看出，平流層對傳熱影響很大。膠球系統(tǒng)除了可以清洗傳熱管中污垢外，還可以破壞平流層的形成。因此控制膠球通過的時(shí)間很重要，經(jīng)過時(shí)間控制為5分鐘左右。

5 冷凝系統(tǒng)改良優(yōu)化

根據(jù)汽輪機(jī)滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)冷凝系統(tǒng)蒸汽額定參數(shù)，對進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽流量加以確定。在汽輪機(jī)超負(fù)荷或滿負(fù)荷運(yùn)行過程中，一旦遇到循環(huán)水溫度上升或是氣溫過高，則無法獲得最佳的冷卻效果，隨著凝汽器排汽溫度的逐步提高，其真空壓力也會(huì)逐漸降低，因而會(huì)在一定程度上影響汽輪機(jī)的做功能力，這種情況下，直接可以進(jìn)行喉部噴水降溫以及凝汽器除鹽補(bǔ)水處理，從而增強(qiáng)凝汽器的冷卻能力。

綜上所述，由筆者進(jìn)行的研究可知，改造和優(yōu)化冷凝系統(tǒng)，能夠保證部分凝結(jié)水泵輸出凝結(jié)水的流出，并利用外置冷卻器進(jìn)行冷卻，經(jīng)凝汽器喉部噴水將其送回汽水循環(huán)系統(tǒng)。凝汽器喉部乏汽能夠與冷卻后的凝結(jié)水直接混合，進(jìn)而提高排汽真空，降低降溫，這就能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)水、汽平衡，增強(qiáng)冷凝系統(tǒng)的冷凝效率，改善凝汽器的冷卻換熱能力。

改造方案見圖1。

【參考文獻(xiàn)】

【1】常屹，朱其春，付喜亮，等.直接空冷凝汽器冷卻風(fēng)機(jī)空氣動(dòng)力場優(yōu)化改造分析[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2015，33（6）：66-67.

【2】陳志峰，肖梁，權(quán)成剛.600 MW直接空冷機(jī)組空冷風(fēng)機(jī)加裝空氣導(dǎo)流裝置改造[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2015，33（1）：68-71.

【3】周蘭欣，孫會(huì)亮，馬士英，等.直接空冷單元內(nèi)加裝一種導(dǎo)流裝置的數(shù)值模擬[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2013，55（1）：13-15.

【4】石磊，石誠，李育蕾.空氣凝汽器模擬用空冷單元數(shù)值模型的建立[J].熱力發(fā)電，2010，39（6）：21-23.