火電廠凝氣設備介紹及運行分析

楊德禮

摘 要：凝汽器的主要作用是在汽輪機排汽缸處建立并維持所需真空，使蒸汽在汽輪機中盡量膨脹到較低壓力多做功?，F(xiàn)代電站使用的凝汽器主要是以水為冷卻介質(zhì)的表面式凝汽器和大量空氣冷卻風扇組構(gòu)成的空冷島式凝汽器。資料表明，超臨界600MW濕冷機組額定工況下，真空下降1KPa將影響供電煤耗2.35g/（KW.h），循環(huán)水溫度變化1℃，影響煤耗0.6g。灌水查漏工作的質(zhì)量直接關(guān)系到機組大修后啟動凝結(jié)水水質(zhì)快速達標與否，同時保證機組啟動后真空值達到優(yōu)秀。

關(guān)鍵詞：凝汽器 表面式凝汽器 真空 灌水查漏

中圖分類號：TM621文獻標識碼：A文章編號：1003-9082（2019）11-0-02

火力發(fā)電廠汽輪機輔助設備中的凝汽設備，是電廠熱力循環(huán)中的重要一環(huán)，對整個火電廠的安全運行有著決定性的作用。認真研究火電廠凝汽設備的性能，通過合理的運行分析提供有價值的技術(shù)改造方案，同時通過優(yōu)化運行努力提高凝汽設備的效率意義重大。

一、凝汽設備介紹

1.凝汽器的作用

凝汽器的主要作用是在汽輪機排汽缸處建立并維持所需真空，使蒸汽在汽輪機中盡量膨脹到較低壓力多做功;汽輪機排汽通過與循環(huán)水換熱凝結(jié)成水，再經(jīng)凝泵等升壓后回熱加熱作為鍋爐給水循環(huán)使用。凝汽器抽真空設備還可除去不凝結(jié)氣體，凝汽器的疏水擴容器也是機組疏水的主要去處。

凝汽器的設計應符合下列要求：

1.1結(jié)構(gòu)上的高嚴密性，即高真空度。

1.2較高的換熱系數(shù)。凝汽器的換熱管束一般采用導熱性能好的鈦合金管或者不銹鋼管。

1.3汽阻要小。凝汽器內(nèi)蒸汽由其喉部經(jīng)管束流向熱井方向及真空泵抽氣口，不可避免的會產(chǎn)生流動阻力，即汽阻。

1.4凝結(jié)水的含氧量。含氧量過大會引起凝結(jié)水系統(tǒng)管道和設備的腐蝕。

1.5循環(huán)水流動阻力（即水阻）。

二、凝汽器的分類

現(xiàn)代電站使用的凝汽器主要是以水為冷卻介質(zhì)的表面式凝汽器和大量空氣冷卻風扇組構(gòu)成的空冷島式凝汽器。為了改善大機真空，還會將經(jīng)空冷風機冷卻后的凝結(jié)水送入小機凝汽器用循環(huán)水進行水冷，后者常被稱為尖峰凝汽器。

1.表面式凝汽器

表面式凝汽器在火電廠中廣泛使用，冷卻水管裝在凝汽器內(nèi)兩側(cè)的管板上，蒸汽進入凝汽器后在冷卻水管外汽側(cè)空間冷凝，然后匯集到熱井中，由凝泵抽走。冷卻水從進口水室進入凝汽器，先進入下部冷卻水管束，通過聯(lián)通水室流入上部冷卻水管束內(nèi)，再由冷卻水出口水室排出。

同一股冷卻水在凝汽器內(nèi)轉(zhuǎn)向，前后兩次流經(jīng)冷卻水管的稱為雙流程凝汽器;同一股冷卻水不在凝汽器內(nèi)轉(zhuǎn)向的稱為單流程凝汽器。

凝汽器的傳熱面分為主凝結(jié)區(qū)和空氣冷卻區(qū)，其間用擋板隔開。汽輪機排汽剛進入凝汽器時，所含的空氣量占比極小，凝汽器的總壓力可用蒸汽分壓力代替。蒸汽在主凝結(jié)區(qū)大量凝結(jié)后到達空氣冷卻區(qū)入口，剩下的混合物進入空冷區(qū)蒸汽繼續(xù)凝結(jié)，到空氣抽出口處空氣的分壓已經(jīng)和蒸汽的大致相當，對應的飽和溫度也明顯降低，空氣才有可能被冷卻減少容積流量，以利于抽氣設備工作。

2.雙背壓凝汽器

目前600MW及以上機組通常采用多背壓凝汽器。如果汽輪機有多個排汽缸，相應地有多殼凝汽器分別接收這些排汽缸的排汽，或單殼凝汽器設計成具有多個獨立的蒸汽室，分別接收多缸排汽，那么通過讓冷卻水依次流過各獨立殼體或獨立汽室內(nèi)的冷卻管使多殼凝汽器的各個殼內(nèi)或凝汽器的各個蒸汽室內(nèi)達到不同的設計壓力值，這種凝汽器稱為多壓凝汽器。具有2個殼體或2個汽室的凝汽器可以構(gòu)成雙背壓凝汽器。

三、凝汽系統(tǒng)設備的組成

1.凝汽器的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)以東方汽輪機廠生產(chǎn)的N-18250-9型凝汽器為例介紹。該凝汽器為單殼體、雙流程、單背壓表面式凝汽器，包括喉部，2個殼體（包括熱井、水室、回熱管系），循環(huán)水連通管，汽輪機排汽缸與凝汽器連接的不銹鋼膨脹節(jié)，底部的滑動、固定支座等組成的全焊結(jié)構(gòu)[1]。

1.1喉部

喉部的四周由厚20mm的鋼板焊成，內(nèi)部桁架支撐，整個喉部剛性較好。喉部上布置有組合式低壓加熱器、給水泵汽輪機的排汽接管、汽輪機旁路系統(tǒng)的減溫減壓器等。

第5～8段抽汽管道從喉部頂端引入，第5、6段抽汽管通過喉部殼壁引出，7、8段抽氣管接入組合式低壓加熱器。

與之不同的雙背壓凝汽器抽空氣系統(tǒng)為串聯(lián)方式，抽氣管道在低壓側(cè)和高壓側(cè)之間通過節(jié)流孔串聯(lián)連接，經(jīng)低壓側(cè)殼體引出。

1.2殼體和水室

殼體由20mm厚的鋼板拼焊而成，內(nèi)有支撐桿等加強件。殼體被分隔為A、B兩側(cè)分別通入循環(huán)水冷卻。

冷卻水管在殼體內(nèi)組成4組管束（管束為三角形排列）。冷卻水經(jīng)入口水室進入中間兩組管束，經(jīng)聯(lián)通水室回轉(zhuǎn)，然后分別從兩側(cè)的兩組管束流經(jīng)出口水室流出凝汽器。在每組管束下部均設有空氣冷卻區(qū)，其空氣抽出管由氣側(cè)空間引出，空氣冷卻管采用φ22*0.7/TP316L不銹鋼管，主凝結(jié)區(qū)頂部外圍兩排冷卻水管采用φ22*0.7/TP316L不銹鋼;主凝結(jié)區(qū)管束均采用φ22*0.5/TP316L不銹鋼管。冷卻水管的兩端采用脹焊方式固定在端管板上。

凝結(jié)水出口設置在熱井底部，出口處設置了消渦裝置。

入、出口水室及聯(lián)通水室均為由鋼板卷制成的弧形結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、流動性好、阻力小振動小，利于水流進入冷卻水管等優(yōu)點。在喉部、殼體下部、水室上均有人孔，以便對凝汽器進行檢修、維護。

1.3連接和和支撐方式

凝汽器與汽輪機排汽口采用不銹鋼膨脹節(jié)撓性連接，凝汽器下部為剛性支撐，運行時凝汽器上、下方向的熱膨脹由喉部上面的波形膨脹節(jié)來補償，在其底部設有一個固定支架、4個滑動支座。

三、運行分析與凝汽器灌水查漏

各種運行因素對機組熱耗影響的對比表明，凝汽器真空下降3KPa對熱耗的影響程度比主、再熱蒸汽溫度下降14℃、高加停用的影響要大得多[2]，所以必須對凝汽設備的運行加強監(jiān)視。資料表明，超臨界600MW濕冷機組額定工況下，真空下降1KPa將影響供電煤耗2.35g/（KW.h），循環(huán)水溫度變化1℃，影響煤耗0.6g。

從運行安全角度講保持凝汽器真空系統(tǒng)的嚴密性，防止空氣漏入，提高熱交換率，不斷排出不凝結(jié)氣體至關(guān)重要。凝汽器水側(cè)的嚴密性主要是防止循環(huán)水漏入被冷凝的汽側(cè)，導致凝結(jié)水質(zhì)惡化，電廠很多時候凝結(jié)水質(zhì)變化與水側(cè)泄露有關(guān)。

有關(guān)提高凝汽器換熱系數(shù)方面，除了必要的金屬材料外，我們也應當關(guān)注防止銅管管束壁結(jié)垢以及降低汽側(cè)含氧量等。關(guān)于汽阻的影響，合理布置管束盡可能減小和均勻汽阻尤為重要，汽阻一般為0.27～0.4KPa。

凝結(jié)水溶氧量過大引起凝結(jié)水管道腐蝕進而引發(fā)管道應力弱點斷裂的事故在運行中也發(fā)生過不少，所以凝結(jié)水水質(zhì)監(jiān)測是化學監(jiān)督的重要部分。提高凝汽器循環(huán)水管束內(nèi)壁清潔度對于減少管壁結(jié)垢和腐蝕非常有效，而膠球沖洗系統(tǒng)是電廠最常用的方法，同時循環(huán)水在凝汽器內(nèi)的水阻也會大大減小。此外循環(huán)水入口水室加裝可以反沖洗的二次濾網(wǎng)也是不錯的方法。

以下重點就對凝汽器真空嚴密性有至關(guān)重要性的灌水查漏工作進行討論。機組大修后啟動前都要進行凝汽器凝結(jié)水側(cè)灌水查漏工作，以查找冷卻水管及管板焊口等處有無漏點，設法消除缺陷保證機組安全啟動。

1.凝汽器灌水查漏做措施

1.1確認相關(guān)系統(tǒng)停運：檢查大、小機已打閘且小機排汽門關(guān)閉，檢查小機抽真空手動門關(guān)閉，汽輪機系統(tǒng)消壓為零，檢查凝泵、循泵已停電。

1.2關(guān)閉系統(tǒng)相應閥門：關(guān)閉凝汽器汽側(cè)、電側(cè)放水門，關(guān)閉凝泵入口門、抽真空門，關(guān)閉機組真空破壞門。關(guān)閉與真空泵相連的凝汽器抽空氣門，關(guān)閉凝泵機械密封水供、回水門，關(guān)閉凝結(jié)水和凝補水至給水泵機械密封水冷卻水。關(guān)閉除氧器溢流及輔汽等至凝汽器疏擴的手動門。

1.3對主、再熱汽系統(tǒng)閥門的校嚴：主蒸汽管道、主汽門前、主汽門上、下閥座、高調(diào)門導管疏水門校嚴。高壓內(nèi)缸及高排逆止門前、后疏水門，高壓缸倒暖、VV閥前、低旁電動門疏水門校嚴。中壓缸本體及中聯(lián)門相關(guān)疏水門、門桿泄汽疏水門的校嚴。

1.4回熱加熱器系統(tǒng)放水、放氣門的關(guān)閉：關(guān)閉3號高加事故疏水調(diào)門后手動門，關(guān)閉5～8號低加相關(guān)事故疏水管道放氣、放水門，疏冷段放氣門、啟動排氣門，關(guān)閉相關(guān)正常疏水管道放空氣、放水門。關(guān)閉一三四五六段抽汽逆止門、抽汽電動門、小機供汽電動門前后疏水門。

1.5雜項母管相關(guān)用戶及軸封系統(tǒng)的隔離：關(guān)閉低壓缸噴水、水幕噴水、疏擴減溫水、三級減溫水手動門，關(guān)閉凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)門后手動門。關(guān)閉小及軸封系統(tǒng)供、泄汽各疏水門，汽缸夾層加熱疏水門，關(guān)閉大機軸封高、低壓汽源供汽管路及高、中、低壓軸封供汽疏水門，回汽疏水門。關(guān)閉軸加至多級水封筒手動門。

1.6凝汽器水側(cè)的措施：關(guān)閉凝汽器水室出、入口電動門，微開出入、口水室及聯(lián)通水室放水、放氣門，斷開出入口水室電動門電源開關(guān)。注意循環(huán)水排污泵坑排污泵運行良好。

2.灌水查漏

灌水查漏措施做完后，檢修人員需對凝汽器底部做剛性立柱支撐，因為原來的彈簧支撐不足以支持灌水查漏過程。凝汽器底部和凝結(jié)水熱井底部凝結(jié)水管道留有預接觀察水位軟管的細管（帶閥門），注水工作開始前應將臨時水位軟管接好并保證足夠灌水查漏高水位使用。

灌水查漏注水初期用凝補水泵通過凝汽器上水調(diào)門注水，待水位升至凝汽器水位計可見處可改用機組大除鹽水箱啟動除鹽水泵補水，注水標準為水位達到汽輪機排汽缸與凝汽器連接的不銹鋼膨脹節(jié)處，靜置6～8小時。檢修人員可通過凝汽器水室放空氣、放水門有無見水初步判斷凝汽器是否泄漏，同時檢修人員需打開凝汽器各人孔門檢查冷卻水管與管板，管板與殼體等處焊點有無開焊。凝汽器臨時水位計水位的下降速度也可以輔助判斷泄漏速度。

灌水查漏工作的質(zhì)量直接關(guān)系到機組大修后啟動凝結(jié)水水質(zhì)快速達標與否，同時保證機組啟動后真空值達到優(yōu)秀。

參考文獻

[1]東方汽輪機廠. N-18250-9型凝汽器：東方汽輪機廠.

[2]中國大唐集團公司，長沙理工大學組編.單元機組設備運行. [M]中國

電力出版社，2009.12.