降低汽輪鼓風(fēng)機(jī)組蒸汽單耗的研究與應(yīng)用

崔海濤

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司設(shè)備能源部，河北 張家口 075100）

在保持機(jī)組負(fù)荷不變的情況下，汽輪機(jī)凝汽器真空度決定著汽輪機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性。隨著真空度的下降，會增大汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，使得軸向推力增大，從而導(dǎo)致葉片負(fù)荷過大，影響汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。同時，會引起排汽溫度的上升，從而使得排汽缸變形、機(jī)組重心偏移，導(dǎo)致機(jī)組的振動增加、凝汽器銅管產(chǎn)生松弛、變形或斷裂，影響汽輪機(jī)的安全性。

1#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器循環(huán)水在5#泵站循環(huán)水系統(tǒng)末端，循環(huán)水系統(tǒng)中的雜物大多流入1#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器，其凝汽器銅管泥垢較多，特別是凝汽器南側(cè)銅管堵塞嚴(yán)重。通過對1#風(fēng)機(jī)凝汽器進(jìn)行檢查，凝汽器南側(cè)約30%的換熱管堵塞，影響凝汽器的換熱，端差增大，凝汽器真空下降至-0.083MPa。另外1#汽輪鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速汽閥閥桿漏汽嚴(yán)重，每天風(fēng)量按640萬m3計算，每小時漏1t蒸汽，單耗提高0.0375t/萬m3。鑒于以上原因，1#汽輪鼓風(fēng)機(jī)組蒸汽單耗優(yōu)化項目勢在必行。

1 凝汽器真空的影響因素分析

冷卻水溫、冷卻水量、真空系統(tǒng)嚴(yán)密性、管壁潔凈度、冷卻面積、總體傳熱系數(shù)是影響凝汽器真空的六大要因，詳細(xì)分析如下。

（1）循環(huán)冷卻水溫度的影響。循環(huán)冷卻水溫度是影響凝汽器真空和傳熱系數(shù)的重要因素，它會影響凝汽器的端差。在同等條件下，凝汽器的真空度與冷卻水溫度成反比例關(guān)系。

因此，合理調(diào)整間冷塔百葉窗開度，根據(jù)循環(huán)水入口溫度的上升，及時增大間冷塔百葉窗開度，開啟速率根據(jù)入口溫度升高速率調(diào)整，直至百葉窗全開。若間冷塔百葉窗全開時仍無法滿足機(jī)組負(fù)荷要求，可進(jìn)行間冷塔扇面沖洗操作，減小百葉窗熱阻，提高熱交換效率[1]。

圖1 冷卻水溫度和真空的關(guān)系

（2）循環(huán)冷卻水量因素。機(jī)組正常運(yùn)行時，凝汽器內(nèi)部汽輪機(jī)低壓缸排氣冷卻主要依靠持續(xù)不斷的循環(huán)冷卻水來保證，夏季高溫期間正常運(yùn)行時若需多臺循環(huán)冷卻水泵來維持，當(dāng)一臺或多臺循環(huán)冷卻水泵跳閘或故障時，將使循環(huán)冷卻水量不足，導(dǎo)致凝汽器工作效率下降，真空下降[2]。

（3）真空系統(tǒng)嚴(yán)密性的影響。在真空條件下，如果凝汽器、低壓給水加熱系統(tǒng)、排汽缸等結(jié)構(gòu)不嚴(yán)密，凝汽器內(nèi)會漏入空氣。漏氣量受凝汽器的結(jié)構(gòu)、尺寸、工藝、質(zhì)量和運(yùn)行情況等因素影響，一般真空每下降1%，汽耗約增加1%。

汽輪機(jī)的真空程度的嚴(yán)密性較差的話，危害主要集中體現(xiàn)在：一旦真空嚴(yán)密性降低，那么就會有更多的空氣進(jìn)入到真空系統(tǒng)中去，如果這些空氣沒有及時的被真空泵抽走的話，汽輪機(jī)的機(jī)組壓力與排汽溫度數(shù)值就會不斷攀升，致使汽輪機(jī)工作效率降低，最終導(dǎo)致能源消耗的增加，嚴(yán)重的情況就會影響到汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。

真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性不良是造成機(jī)組真空低的主要原因，現(xiàn)從以下幾方面內(nèi)容進(jìn)行分析：①汽輪機(jī)低壓缸防爆門、小機(jī)排汽缸防爆門、凝汽器入口管板、凝汽器人孔門等破裂開縫導(dǎo)致空氣漏入。②凝汽器、軸封加熱器、低壓加熱器水位計出現(xiàn)漏點，導(dǎo)致空氣漏入。③負(fù)壓閥門關(guān)閉不嚴(yán)或法蘭泄漏導(dǎo)致空氣漏入。④軸封蒸汽壓力過低，導(dǎo)致外部空氣竄入。⑤正常運(yùn)行時真空破壞閥未關(guān)嚴(yán)或誤開導(dǎo)致空氣漏入。⑥凝結(jié)水泵入口法蘭或管道泄漏、凝結(jié)水泵密封水中斷導(dǎo)致的溶氧超標(biāo)。⑦真空泵密封水中斷，抽真空管道、閥門、法蘭泄漏導(dǎo)致空氣漏入。⑧低壓缸排氣溫度、壓力測點泄漏，導(dǎo)致空氣漏入。

（4）管壁潔凈度的影響。判斷凝汽器銅管的臟污程度和水側(cè)的傳熱性能直接指標(biāo)是清潔系數(shù)，隨著清潔系數(shù)的減小，會使得冷卻水與水管的溫差增大、傳熱端差增大、真空降低，從而使汽輪機(jī)出力下降。

銅管內(nèi)部結(jié)垢是造成凝汽器管束換熱效果劣化的重要因素。蒸汽的熱量很難穿過水垢傳給冷卻水，使得凝汽器端差增大、真空降低，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性降低。嚴(yán)重時傳熱管內(nèi)壁結(jié)垢會引起銅管垢下腐蝕，導(dǎo)致銅管穿孔破裂出現(xiàn)泄漏。

圖2 凝汽器銅管對比圖

（5）冷卻面積的影響。冷卻面積減少會增大循環(huán)水流速，從而改變傳熱系數(shù)。當(dāng)銅管出現(xiàn)泄漏時，如果堵管，會減少冷卻面積，從而影響到內(nèi)部蒸汽的傳熱量。

（6）總體傳熱系數(shù)。總體傳熱系數(shù)是衡量凝汽器傳熱強(qiáng)弱的主要參數(shù)，若用K表示總體傳熱系數(shù)，R表示凝汽器總熱阻，K與R成倒數(shù)關(guān)系，即：K=1/R。若由于冷卻水管內(nèi)管壁結(jié)垢導(dǎo)致總熱阻增大、機(jī)組真空系統(tǒng)不嚴(yán)密使凝汽器內(nèi)空氣量增加、冷卻水Dw降低均使傳熱系數(shù)K降低，傳熱減弱，凝汽器傳熱端差δt增大，凝汽器真空降低；反之，在凝汽器冷卻水管嚴(yán)重結(jié)垢進(jìn)行清洗處理后、機(jī)組真空嚴(yán)密性增加、冷卻水Dw增加均使傳熱系數(shù)K升高，傳熱增強(qiáng)，凝汽器傳熱端差δt減小，凝汽器真空升高。

2 問題排查方法

2.1 汽側(cè)灌熱水查漏法

若機(jī)組停機(jī)后具備汽側(cè)灌水條件，則可以采用汽側(cè)灌熱水查漏的方法查找泄漏的銅管。具體操作如下：

①凝汽器汽側(cè)設(shè)置玻璃管水位計或透明塑料軟管，用于監(jiān)視汽側(cè)水位；②打開所有凝汽器檢修人孔，在凝汽器底部彈簧位置加設(shè)臨時支撐；③通過凝汽器補(bǔ)水門補(bǔ)進(jìn)冷水，再通過低加出口門和凝結(jié)水再循環(huán)門補(bǔ)進(jìn)熱水，監(jiān)控凝汽器內(nèi)汽側(cè)水溫不得高于50℃，進(jìn)水高度以剛好淹沒所有銅管為宜；④在凝汽器銅管一端的所有人孔架設(shè)鼓風(fēng)機(jī)，另一端排空，注意排出的水蒸汽不得飄向電氣設(shè)施；⑤等待數(shù)小時后，觀察排空側(cè)人孔門有無水汽飄出，若基本無水汽飄出，說明銅管內(nèi)的殘水已蒸發(fā)，此時可以拆除鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行查漏；⑥銅管管口有水漏出的為泄漏銅管。上述方法可以避免以往汽側(cè)灌水查漏時誤堵銅管的情況。以往汽側(cè)灌水，因水側(cè)銅管管口有水流而不能準(zhǔn)確判斷銅管是否泄漏，經(jīng)常會將疑似漏點悶堵，造成誤堵銅管較多。采用上述方法后，可以實現(xiàn)快速查漏，精準(zhǔn)查漏，甚至能夠發(fā)現(xiàn)被異物堵塞的銅管。

2.2 紅外線測溫儀測漏法

紅外線測溫儀測漏法的工作原理是通過對與凝汽器連接的所有閥門進(jìn)行逐一測量，從而診斷閥門是否存在泄漏。對于溫度較高的閥門，如果熱緊后溫度仍居高不下，就說明閥門存在泄漏，需及時修復(fù)。從疏水到凝汽器的管路，如有調(diào)門、氣動門的，也可以用此方法診斷排查并修復(fù)。

3 優(yōu)化措施的實施

通過對1#汽輪鼓風(fēng)機(jī)組進(jìn)行檢查和分析，發(fā)現(xiàn)蒸汽單耗高的主要原因是凝汽器南側(cè)銅管堵塞嚴(yán)重，且排汽缸與凝汽器連接處有漏點。因此，維修團(tuán)隊利用機(jī)組停機(jī)同步檢修機(jī)會，處理鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速汽閥閥桿漏汽問題，并更換凝汽器南側(cè)堵塞的銅管。

（1）施工人員進(jìn)入凝汽器內(nèi)部拆除舊銅管，同時兩端將舊銅管拔出。

（2）舊銅管拆除后，清理凝汽器內(nèi)部臟污，對管板、管板孔清掃，清除管孔泥垢、銹垢，并清掃打磨干凈，不得有毛刺、劃痕、銹皮等現(xiàn)象。

（3）換熱管的檢查：查看搬運(yùn)過程中有無損壞損傷，毛刺凹陷、壓扁，管內(nèi)部無雜物和堵塞，搬運(yùn)時應(yīng)輕拿輕放。

（4）測量管板孔與換熱管的公差，管長和外徑，在管板四周及中間用5根～7根同樣長的標(biāo)準(zhǔn)管檢查，查看管板是否變形和有無不平行等情況。

（5）穿管順序自下而上，為防止穿錯隔板孔，應(yīng)派人進(jìn)入氣側(cè)，穿管時應(yīng)輕推輕拉，防止劃傷。

（6）脹管由技術(shù)熟練的操作工進(jìn)行脹接，脹口應(yīng)符合要求，脹力要均勻，不得有過脹、欠脹。脹管深度為管板厚度的75%～90%，擴(kuò)脹系數(shù)為8%～11%，脹后進(jìn)行檢查，看有無漏脹。

（7）兩端管口露出管板1.5mm～2mm，脹口及翻邊處應(yīng)平滑光潔，無裂和明顯切痕，進(jìn)水口翻邊角度12°～15°左右。

（8）進(jìn)行水壓試驗，無滲漏為合格。

4 優(yōu)化措施實施效果

項目優(yōu)化后，汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器的冷卻面積得到有效擴(kuò)大，汽輪機(jī)做功環(huán)境得到有效改善，真空度得到有效提升，1#汽輪機(jī)鼓風(fēng)機(jī)組真空由-0.083Mpa提高到-0.087Mpa，降低了排汽溫度和端差，運(yùn)行蒸汽單耗明顯降低。

按照全年供風(fēng)220000萬m3計算，項目優(yōu)化后，機(jī)組蒸汽單耗約下降0.08t/萬m3，蒸汽費(fèi)用按163元/t計算，則年節(jié)約蒸汽費(fèi)用：

220000＊0.08＊163/10000=286.88（萬元）

按5年期折舊，則年節(jié)約效益：

286.88-60÷5=274.88（萬元）

5 總結(jié)

影響汽輪鼓風(fēng)機(jī)的真空度的原因是很多的，需要全面的問題排查方法。提高汽輪鼓風(fēng)機(jī)的真空度，可以有效提高汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和穩(wěn)定性。通過對凝汽器的排查和維護(hù)，有效地提高了汽輪鼓風(fēng)機(jī)的工作效率，降低了蒸汽單耗，節(jié)能效果顯著。