火力發(fā)電機(jī)組真空系統(tǒng)的優(yōu)化治理

王利平

(甘肅大唐八○三熱電有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 732850)

0 引言

凝汽器真空作為發(fā)電廠重要的運(yùn)行參數(shù)之一，其變化直接影響汽輪機(jī)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行。

(1)凝汽器真空每降低1 kPa 則會(huì)使汽輪機(jī)汽耗增加1.5 %～2.5 %，發(fā)電煤耗增加3～4 g。同時(shí)真空降低會(huì)使汽輪機(jī)排汽溫度升高，引起汽輪機(jī)中心偏移，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹌啓C(jī)振動(dòng)超標(biāo)。

(2)凝汽器真空降低時(shí)，為保證機(jī)組出力不變，必須增加蒸汽流量，從而導(dǎo)致汽輪機(jī)軸向推力增大，影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。

(3)凝汽器真空系統(tǒng)嚴(yán)密性不合格時(shí)，漏入凝汽器中的空氣增加會(huì)使凝結(jié)水溶氧不合格，從而腐蝕汽輪機(jī)、鍋爐設(shè)備，影響機(jī)組運(yùn)行的安全。

因此在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，必須加強(qiáng)對凝汽器真空系統(tǒng)的監(jiān)視和維護(hù)。

1 凝汽設(shè)備工作原理

凝汽設(shè)備在汽輪機(jī)裝置的熱力循環(huán)中起著冷源的作用，用于降低汽輪機(jī)排汽壓力和排汽溫度，以提高循環(huán)熱效率。凝汽設(shè)備以水為冷卻介質(zhì)，主要由凝汽器、抽氣器、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵以及它們之間的連接管道組成。

在凝氣器中，進(jìn)入凝汽設(shè)備的汽輪機(jī)排氣被通過循環(huán)水泵送入凝汽器銅管內(nèi)的冷卻水冷卻成凝結(jié)水，然后由凝結(jié)水泵抽走。凝汽器內(nèi)的凝結(jié)空間是汽水兩相共存的，其壓力為蒸汽凝結(jié)溫度下的飽和壓力。由于冷卻水溫度一般為20 ～35 ℃，正常運(yùn)行條件下蒸汽凝結(jié)溫度為20 ～40 ℃。而20～40 ℃的飽和溫度對應(yīng)的飽和壓力為3～5 kPa，遠(yuǎn)小于大氣壓力，故需在凝汽器內(nèi)形成高度真空。由于凝汽器汽側(cè)處于負(fù)壓狀態(tài)，較易漏入空氣而阻礙傳熱，影響凝汽器端差，因此需要用抽氣器不斷將汽側(cè)空氣和不凝結(jié)氣體抽走。

2 保持凝汽器真空的條件

由凝汽設(shè)備的工作原理可知，凝汽器真空的建立是由于蒸汽凝結(jié)后所對應(yīng)的飽和壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大氣壓力，因此要維持這一真空狀態(tài)必須滿足以下3個(gè)條件：

(1)向凝汽器銅管內(nèi)不間斷地輸入冷卻水；

(2)凝結(jié)水泵不間斷地將凝結(jié)水抽走，避免因水位升高而影響蒸汽凝結(jié)；

(3)抽氣器不間斷地將凝汽器內(nèi)的空氣和不凝結(jié)氣體抽走。

3 衡量真空系統(tǒng)嚴(yán)密性的標(biāo)準(zhǔn)

真空系統(tǒng)為動(dòng)態(tài)運(yùn)行系統(tǒng)，必須定期進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)以判斷真空系統(tǒng)嚴(yán)密性。按照DL/T 609-1996《300 MW 級汽輪機(jī)運(yùn)行導(dǎo)則》的規(guī)定，機(jī)組負(fù)荷在80 %以上，衡量真空嚴(yán)密性的試驗(yàn)方法為：關(guān)閉運(yùn)行抽汽器空氣門后，前3 min 對真空下降值進(jìn)行觀察，記錄后5 min 真空下降平均值，以平均值作為評價(jià)真空嚴(yán)密性是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。真空下降平均值≤400 Pa 為合格。

4 影響真空系統(tǒng)嚴(yán)密性的因素

一般情況下，凝汽器真空系統(tǒng)包括了凝汽器汽側(cè)部分的軸封系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、部分低壓抽汽系統(tǒng)以及低壓缸排汽部分。此外，凝汽器真空系統(tǒng)還與循環(huán)水系統(tǒng)、冷卻塔的冷卻效果有很大的聯(lián)系。由此可見，真空系統(tǒng)是一個(gè)極其龐大的綜合系統(tǒng)，其中任何一個(gè)相關(guān)系統(tǒng)的工況變化都會(huì)對其嚴(yán)密性產(chǎn)生影響。

(1)每臺(tái)機(jī)組均配套安裝了與凝汽器相匹配的膠球清洗裝置，長期運(yùn)行后一旦膠球系統(tǒng)不能正常投入運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致凝汽器銅管結(jié)垢越來越嚴(yán)重，從而影響凝汽器的換熱效果。

(2)機(jī)組長期運(yùn)行后，與凝汽器相連的真空系統(tǒng)設(shè)備會(huì)出現(xiàn)不同程度的老化，例如，彈簧片彈性的降低，使得軸封間隙增大導(dǎo)致軸封密封不嚴(yán)，直接影響凝汽器真空的嚴(yán)密性。

(3)冷卻水入口溫度會(huì)隨著冷卻塔的性能和運(yùn)行方式以及環(huán)境溫度的變化而變化，從而直接影響凝汽器真空的嚴(yán)密性。

(4)軸封供氣和回汽系統(tǒng)存在缺陷，例如，軸封回汽不暢、閥門泄漏、管道焊縫有裂紋、閥門法蘭及具盤根存在不同程度的漏氣，致使真空系統(tǒng)嚴(yán)密性不合格。

(5)循環(huán)水泵存在缺陷，例如，循環(huán)水泵盤根漏入空氣，影響凝汽器真空的嚴(yán)密性。

(6)由于低壓缸體積龐大、剛性差、容易變形，在機(jī)組啟停過程中會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的交變應(yīng)力，隨機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增加，其變形量越來越大，從而造成空氣從低壓缸處漏入，影響凝汽器真空的嚴(yán)密性。

(7)部分低壓加熱器疏水管道泄漏也會(huì)影響凝汽器真空的嚴(yán)密性。

5 真空系統(tǒng)嚴(yán)密性不合格的危害

(1)真空系統(tǒng)嚴(yán)密性不合格時(shí)，漏入真空系統(tǒng)的空氣較多，若抽氣器或真空泵不能夠?qū)⒙┤氲目諝饧皶r(shí)抽走，機(jī)組的排汽壓力和排汽溫度就會(huì)上升，從而降低汽輪機(jī)組的效率，增加供電煤耗，并威脅汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。

(2)空氣漏入后，導(dǎo)致凝汽器過冷度過大，系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性降低，凝結(jié)水溶氧增加，造成低壓設(shè)備腐蝕，存在安全隱患。

(3)空氣漏入后，蒸汽與冷卻水的換熱系數(shù)降低，導(dǎo)致凝汽器端差升高。

(4)空氣漏入后，凝汽器真空降低，有效焓降減少，循環(huán)水帶走的熱量增多，冷源損失增加。

(5)空氣漏入后，凝汽器端差升高，抽氣器的負(fù)荷增加，提高了工業(yè)用水消耗量或廠用電率，引起資源浪費(fèi)。

(6)真空降低導(dǎo)致低壓缸排汽的體積流量減少，對末級葉片工作不利。有資料顯示，當(dāng)機(jī)組汽耗量不變時(shí)，真空惡化1 %，將引起汽輪機(jī)的功率約降低額定容量的1 %。當(dāng)汽輪機(jī)的負(fù)荷不變時(shí)，真空惡化1 %，相當(dāng)于電廠的燃煤消耗量約增加1 %～2 %。

6 優(yōu)化治理的措施

(1)利用汽輪機(jī)解體大修機(jī)會(huì)更換軸封汽封。

(2)對低壓加熱器疏水系統(tǒng)進(jìn)行排查，及時(shí)消除疏水系統(tǒng)缺陷,確保運(yùn)行的可靠性。

(3)對循環(huán)泵進(jìn)出口門、聯(lián)絡(luò)門進(jìn)行檢修，確保足夠的冷卻水供應(yīng)。

(4)對機(jī)組所有真空表進(jìn)行校對，對凝汽器的信號(hào)管線進(jìn)行打壓試驗(yàn)，徹底消除漏點(diǎn)。

(5)保持循環(huán)水質(zhì)在合格范圍內(nèi)。

(6)對運(yùn)行人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)，提高他們對運(yùn)行中真空突然降低的事故的處理能力。

(7)在機(jī)組大、小修期間對凝汽器進(jìn)行清洗，清除凝汽器的水垢。

(8)在機(jī)組大、小修期間對真空系統(tǒng)進(jìn)行灌水找漏。

7 優(yōu)化治理后的經(jīng)濟(jì)性推算

根據(jù)發(fā)電機(jī)組真空每提高1 kPa 機(jī)組經(jīng)濟(jì)性可提高3 %的規(guī)律計(jì)算，對于200 MW 發(fā)電機(jī)組，每小時(shí)可增加發(fā)電量6 000 kWh，每天可增加發(fā)電量144 000 kWh。按機(jī)組每年運(yùn)行7 500 h 計(jì)算，可增加發(fā)電量4.5×107kWh。若1 kWh 電按0.27 元計(jì)算，每年可多收入1 215 萬元。同理， 300 MW 發(fā)電機(jī)組每年可多增加收入1 822.5 萬元。

同時(shí)，真空系統(tǒng)嚴(yán)密性提高后，機(jī)組發(fā)電煤耗會(huì)大幅度降低。按發(fā)電機(jī)組真空每降低1 kPa 機(jī)組煤耗可降低3 ～4 g 計(jì)算，1 臺(tái)300 MW 機(jī)組每年的發(fā)電量為3×105×7 500=2.25×109kWh 的電，每年可節(jié)約煤6 750 ～9 000 t。以每噸煤500 元計(jì)算，每年可節(jié)約成本337.5萬～450萬元。由此可見，真空系統(tǒng)優(yōu)化治理的經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

8 結(jié)束語

根據(jù)電力生產(chǎn)的特點(diǎn)以及電力生產(chǎn)的基本要求，只有保證電力生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)、安全、可靠，才能適應(yīng)當(dāng)今競爭日益激烈的市場化經(jīng)濟(jì)。真空作為汽輪發(fā)電機(jī)組的重要安全性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)之一，必須對其加強(qiáng)監(jiān)視以及控制，嚴(yán)格執(zhí)行并逐條落實(shí)各項(xiàng)措施以提高真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性。

1 張燕俠．熱力發(fā)電廠(第二版)[M]．北京：中國電力出版社，2006.

2 沈英林．汽輪機(jī)運(yùn)行與維護(hù)技術(shù)問答[M]．北京: 化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

3 中國大唐集團(tuán)公司．單元機(jī)組集控運(yùn)行[M]．北京：中國電力出版社，2010.

4 馬巖昕．300 MW 機(jī)組運(yùn)行中真空低的原因分析及采取的措施[J]．電力安全技術(shù)．2012(6).