汽轮机凝汽器最佳真空的影响因素及确定方法

汽轮机凝汽器最佳真空的影响因素及确定方法

曲智超

（华电电力科学研究院浙江杭州310030）

摘要：凝汽器真空是汽轮机运行时的一个重要参数，对汽轮机的抽气设备安全有着重要的影响。现有的凝汽器最佳真空的确定方法只适用于凝汽器水侧管壁清洁、汽轮机真空系统严密性正常或抽气设备运行性能正常的情况。未考虑到循环水流量变化引起凝汽器真空变化的同时对汽轮机排汽阻力、凝结水过度冷却及凝结水含氧量的影响，同时还未考虑到锅炉补给水对凝汽器真空的影响。文中首先对凝汽器清洁率对最佳真空的影响进行了分析,然后提出一种新的凝汽器最佳真空的确定方法,该方法利用凝汽器综合清洁系数来体现凝汽器水侧管壁脏污程度、汽轮机真空系统严密性及抽气设备运行性能对最佳真空的影响,从而提高了最佳真空的确定精度。结合其他的影响因素，归纳总结出确定汽轮机凝汽器最佳真空的方法。

关键词：汽轮机;凝汽器；最佳真空；方法

1前言

随着我国电力市场体制的逐渐完善,竞价上网的全面展开,对汽轮机运行经济性提出了更高的要求。其中,大容量汽轮机主要辅机的合理运行方式对汽轮机的运行经济性产生很大的影响。在汽轮机众多的辅助设备中,当给水泵采用小汽轮机带动后,冷却水系统中的循环水泵成为耗电量最大的设备,约占汽轮发电机组额定发电量的1%-1.5%。这就要求汽轮机运行部门根据当时的汽轮机负荷和冷却水温度,及时调整冷却水系统的运行方式,调整循环水泵的运行台数,实现冷却水系统的优化运行,保持凝汽器在最佳真空下运行,最大限度地提高汽轮机的运行经济性。

目前,凝汽器最佳真空的确定,一般都采用计算的方法，即通过计算得到对应当时冷却水温度、冷却水流量及汽轮机排汽量之间的关系,从而得到当时的凝汽器真空,再利用与前述试验方法类似的过程,得到凝汽器的最佳真空。但现有的计算方法在计算凝汽器端差时,均是在假定当时凝汽器水侧管壁的清洁、真空系统严密性状态正常或抽气设备性能良好的情况下进行计算,而对这些因素失常时的情况考虑不够。为此,首先对现有的通过凝汽器性能计算确定最佳真空的方法进行了分析,指出其存在的问题,最后,提出一种考虑水侧管壁清洁程度、真空系统严密性或抽气设备工作性能的最佳真空的确定方法。

2影响凝汽器真空的主要因素

在设备运转正常的情况下，凝汽器的蒸汽压力可以通过饱和温度来确定，而饱和温度又直接受到循环水入口温度、循环水温升和凝汽器端差的影响，所以，这三者是影响凝汽器真空的主要因素。循环水入口温度主要受环境因素的影响较大，相同设备在冬天和夏天产生的循环水温度差异非常明显。冬天温度明显较低。入口温度还与冷却设备有一定关系，设备越好，冷却效果越好，相应的入口温度越低。根据凝汽器热平衡公式可以推算出，循环水温升主要取决于循环水的流量，循环水流量越小温升越高，真空越低。而现实生产中，循环水量主要由循环水泵决定，与循环水泵的流量和并联台数密切相关。凝汽器端差是凝汽器内汽轮机排汽压力对应的饱和温度与循环水出口温度之差，根据凝汽器热平衡公式可以推出，凝汽器端差主要受凝汽器传热系数、循环水量和排汽量的影响，凝汽器传热系数越高，凝汽器端越小，真空越高。一切影响凝汽器传热系数的因素都将影响真空。

3影响凝汽器最佳真空的因素

传统的最佳真空就是指，改变循环水量使机组电功率的增加值与循环水泵所耗功率的增加值之间的差值达到最大时所对应的真空。而忽略了循环水费用、循环水最小流速、凝汽器脏污程度、真空泵损耗功率等带来的影响，从而使计算结果与现实理想结果产生偏差。

3.1最佳循环水量的影响

根据传统的最佳真空确定方法而推算出的最佳循环水量，虽然考虑了输送循环水过程中所产生的单设备功率消耗，实现了循环水系统的经济优化，但在循环水运行费用上，没有考虑水资源的消耗，以及对河流大气造成的环境污染问题。随着社会的进步，人们对环境的重视程度越来越高，政府的相关部门对环境污染问题控制严格，凝汽器所消耗的循环水量以及因此而产生的热水、热气的排放对环境的污染，因此而带来的经济损失也是不容忽视的。所以说传统的最佳真空只是能量意义上的最佳真空，要想达到真正意义上的经济最佳真空，就必须要考虑循环水本身的费用，这样才能保证汽轮机运行时的经济收益最大化。

3.2清洁程度的影响

传统的最佳真空确定方法，是在理想的情况下，假定凝汽器管壁清洁，但现实生产中这此因素不可能完全符合要求，传统的最佳真空确定方法对以上因素没有考虑。当凝汽器管壁不够清洁时，虽然循环水流量以及循环水泵消耗的功率受到的影响非常小，但是凝汽器的传热系数却受到了较大的影响，进而使得凝汽器的端差发生变化，最终影响凝汽器的最佳真空的确定。可见清洁程度在最佳真空的确定过程中也是必须要考虑的因素。

3.3真空泵单耗的影响

在汽轮机的运行过程中，由于设备密封性能等原因，难免会有空气进入汽轮机当中，从而影响凝汽器的最佳真空。而正空泵的作用就是不停的将这部分空气抽走，使得凝汽器的真空保持在最佳状态下，当真空泵运转正常、容量适合的时候，凝汽器的最佳真空主要受循环水入口温度、循环水温升和凝汽器端差等因素影响，但是当真空泵运转不正常、容量偏小时，它就不能及时的将汽轮机内的空气抽走，从而使得汽轮机的背压升高，凝汽器的真空降低，从而使得汽轮机的循环热效率大大降低。可见真空泵等抽气设备也是影响凝汽器最佳真空的一个重要因素。

3.4过冷度和含氧量的影响

凝汽器中所含的空气是产生过冷度的主要原因，漏入的空气量越多，凝结水的温度就越低，产生的过冷度就愈大，从而造成的损失就愈大。另外背压的降低会使得凝结水中的氧气含量增加，氧气含量的增加又会加大凝结水对管路和低压加热器的腐蚀，从而使得整个机组的经济性和安全性大大降低，为了除去氧气含量，势必增加除氧费用。

4凝汽器最佳真空的确定方法

通过上述对各因素的分析，可以得到凝汽器综合最佳循环水流量的确定应该是使汽轮机综合净收益最大，即

显然，公式所确定的循环水流量和其所对应的凝汽器真空值，才是综合考虑了上述各因素以后真正经济意义上的最佳真空。总之，传统意义上的最佳真空确定方法忽略了许多重要的因素，因而使计算结果有所偏差。本文的出的最佳真空确定方法，考虑了循环水费用、循环水最小流速、凝汽器脏污程度、真空泵损耗功率等因素的影响，是真正经济意义上的最佳真空。

5结束语

传统的确定凝汽器最佳真空的方法，由于没有考虑到循环水流量变化引起真空变化所产生的汽轮机排汽阻力、凝结水过冷度及凝结水含氧量的变化，同时也没有考虑到锅炉补水对凝汽器真空的影响，因此，所得到的循环水泵的组合方式实际上并不是真正最佳的。本文提出的凝汽器最佳真空的确定方法，考虑了汽轮机实际运行的各种因素对最佳真空的影响，因此，所得到的最佳真空是真正经济意义上的最佳，从而保证循环水泵在真正经济意义的最佳组合方式下运行。

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