凝汽器运行经济性分析

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摘要：凝汽器是火力发电厂热力循环不可或缺设备，是凝汽式汽轮发电机组最重要的组成部分之一。凝汽器的运行状况对整个机组的经济性和安全性有着重大的影响。凝汽器的状态分析是通过对凝汽器运行中主要状态数据进行综合分析以确定影响凝汽器达到理论真空因素，进而改善凝汽器运行状态。

关键词：凝汽器运行；经济性；因素；影响判定

中图分类号： U462.3+4 文献标识码： A

1.影响凝汽器真空的因素

凝汽器真空从根本上取决于内外两个因素：内因是凝汽器自身的换热特性，在凝汽器结构形式确定的情况下，它对凝汽器真空的影响取决于凝汽器热负荷、冷却水流量、冷却水温度、凝汽器换热面积以及换热热阻；外因是凝汽器内不凝结气体量，它取决于机组的真空严密性和真空泵的抽吸能力。从理论上，我们可以通过传热方程和热平衡方程计算出影响凝汽器真空的各个参数的数值，然而实际运行中凝汽器的实际热负荷、换热热阻、实际循环水量、有效换热面积等都难以确定，往往在运行时凝汽器是否在正常状况运行以及偏离正常状态的原因都难以有一个直观清晰的判断。在机组正常运行中，由于现场条件限制，冷却水流量和冷却管清洁系数不便在现场测量，所以通过绘制凝汽器汽水温度变化曲线监督凝汽器运行特性为一种有效的方法。

如下图所示，绘制出设计工况下凝汽器冷却水温升、传热端差、过冷度的趋势线；然后测取运行工况下冷却水进水温度、冷却水出水温度、凝汽器压力下的饱和温度和凝结水温度绘制出运行趋势线，将运行趋势线和设计趋势线进行比较：

tw1--凝汽器循环水进口温度 tw2—凝汽器循环水出口温度

ts—低压缸排汽饱和温度tc—凝结水温度

上图中红色、品红色曲线分别为一号机325MW和225MW凝汽器运行性能曲线

上图中蓝色、青色曲线分别为二号机325 MW和225 MW凝汽器运行性能曲线

选取了循环水入口温度均在30℃，在不同负荷情况下对两台机凝汽器运行情况进行比较分析。通过分析图中各段曲线的斜率的变化可以判断出影响凝汽器运行效果的因素。如果各段曲线斜率变化不大，只是平移地上升或下降，则表示由于冷却水温度的变化或者符合的变化引起凝汽器运行真空的改变，而并非凝汽器本体工作性能的缺陷。从上图中可以看出，两台机凝汽器目前都存在影响运行的因素。

一号机 一号机 二号机 二号机

负荷（MW） 325 225 325 225

循环水温升（℃） 9.9 7.5 9.0 6.6

凝汽器端差（℃） 4.5 3.3 4.9 3.8

过冷度（℃） 2.8 2.2 2 2.1

1.1对比一号机325MW和225MW的温升、端差及过冷度发现一号机在高负荷时存在循环水量不足

1.2二号机在相同负荷条件时，凝汽器端差较大，排除不凝结气体对真空的影响凝汽器特定运行条件下理论真空对应的饱和温度计算公式[3]如式③所示。

式③

式中：——循环水进水温度，℃；

——凝汽器热负荷，KW；

——循环水流量，kg/s；

——循环水比热容，kj/(kg.℃)；

K——凝汽器总传热系数，kw/(m2.℃)；

A——凝汽器换热面积，m2

同时根据凝汽器热平衡方程可以得出凝汽器热负荷[3]：

式④

式中——循环水出水温度，℃。

综合式③和式④可以得出：

式⑤

在相同的循环水进水温度情况下，短时间内传热系数、换热面积和循环水量基本稳定，因而对于短时间内不同负荷工况可以得出比例公式①:

式①

公式①表明如无不凝结气体的影响相同凝汽器特性参数的情况下凝汽器饱和温度和循环水温度之差与循环水温升比值为定值。因而当这个比值发生变化时，则凝汽器内不凝结气体已对凝汽器真空造成影响。使用此公式进行不凝结气体影响因素的判断的表征意义为：当凝汽器真空（即对应饱和压力）随循环水温升（循环水温升表征机组热负荷）变化不明显时，则不凝结气体的聚集对机组的真空产生了制约。

2.凝汽器自身特性造成影响的判断

由凝汽器的传热方程可以得出其理论计算公式[3]为：

式②

从公式②可以看出为当凝汽器特性参数不变的情况下循环水温升与凝汽器端差的比值为常数，与热负荷和循环水入口温度无关。因此，运行过程中与换热面积和总换热系数之积AK成正比，与循环水量成反比。公式②表征的物理意义为：当传热系数减小时（即热阻增加）凝汽器循环水温升减小，端差增大；当循环水量减小或者有效换热面积减小时凝汽器循环水温升增大，端差减小。凝汽器钛管堵塞或者水室聚集不凝结气体均会造成凝汽器有效换热面积的减小，凝汽器换热面积的减小同时伴随凝汽器水侧水阻的增加，因而可以根据分析凝汽器进回水压力进一步进行区分。

名称 工况 机组负荷(MW) 机组真空(kpa) 凝汽器真空对应饱和温度(℃) 循环水入口温度(℃) 循环水出口温度(℃)

设计工况 330 5.88 35.8 24 32.0 1.5 2.1

#1机 7月6日11:06 300 9.035 44.2 31.15 40.34 1.42 2.38

7月5日11:13 253 8.595 42.89 31.15 39.435 1.42 2.40

#2机 7月6日11:06 300 9.085 43.6 30.86 39.05 1.55 1.8

7月5日11:13 250 8.785 42.1 30.86 38.02 1.57 1.75

2.1#1机两种负荷下比值偏差较小，故而不凝结气体含量不对凝汽器真空造成制约，真空严密性和真空泵工作状态良好。#2机两种负荷下比值偏差较大，可见不凝结气体含量已对凝汽器真空造成严重的制约。

2.2#1机比值超过设计参数过多，存在循环水量不足或者有效换热面积偏小的问题。查运行记录，相同循环水泵运行状况下，凝汽器循环水压降由50KPa增加到接近70KPa，因而可以判断#1机凝汽器有效换热面积减小。

2.3#2机比值偏小，应为传热热阻增大造成，与不凝结气体增加有关。