凝结器抽气汽混合物管道加装蒸汽水回收装置在60MW机组上的应用

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[摘 要]山东南屯电厂60mw机组凝结器自投产以来，凝汽器真空度经常偏低，严重影响了机组的安全经济运行。分析造成真空度低的主要原因，并提出在气汽混合物管道上加装冷却器。改造后机组的运行结果表明：节能改造措施有效提高了凝汽器的真空度，降低了机组的热耗率，产生了巨大的经济效益。本文结合我厂60MW机组凝结器改造为例，本文着重阐述了凝汽器真空提高装置的技术原理、技术特点及其所带来的经济效益。

[关键词]凝汽器、真空、经济效益、节能降耗

中图分类号：TE08 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）36-0252-01

一、设备现状

山东南屯电厂60MW机组凝结器采用水冷方式并结合水环真空泵（或射水抽气器）来维持机组真空，满足现场运行。但，因春末秋初及整个夏季环境温度较高，降低了机组凝结器蒸汽凝结效率，使得机组的真空较差，对机组热经济性影响较大且还导致大量可回收利用的蒸汽水和高能热值无法回收。

二、原因分析

1、由于环境温度升高，凝结器蒸汽凝结效率下降，导致凝结器内大量的水蒸气不能凝结，使得去真空泵（或射水抽气器）的气汽混合物管道内含水蒸汽太多，同时，高温蒸汽在真空泵（或射水抽气器）内放热，使得真空泵（或射水抽气器）工作温度升高，腐蚀真空泵的叶片（或射水抽气器混合腔体）并降低抽吸能力，结果凝汽器内含气量更多；

2、由于凝结器及气汽混合物管道中含有三分之二的水蒸汽和三分之一的空气（环境温度在30℃以上时测得），其中水蒸气的重量是空气的5-8倍，混合气体流动阻力增大（水蒸气的流动阻力占绝大部分），流速降低，真空泵（或射水抽气器）的抽吸量减少；

3、由于真空泵（或射水抽气器）前侧为绝对真空，在此条件下，水的汽化温度只有45℃，因抽气汽混合物管道内壁有少量的凝结水存在，凝结水随着管道压差，滞留在真空泵前端，与从凝汽器不断涌进的大量水蒸气在此混合，产生放热----吸热现象，使得真空泵（或射水抽气器）前端的凝结水再次汽化，产生汽爆，形成管道两相流，管道内混合气体流动阻力大大增加，并诱发管道震动；

4、浪费大量蒸汽水和高能热值。

若能将气汽混合物管道中的蒸汽水凝结并疏出，则：

1、可降低气汽混合物在管道内的流动阻力（气汽混合物管道的的阻力就是凝结器气汽混合物口的压力与抽吸室的压力之差。）；

2、减少水蒸汽在真空泵（或射水抽气器）内的放热，提高真空泵（或射水抽气器）的抽吸效率；

3、消除真空泵（或射水抽气器）前端的凝结水再次汽化；

4、回收大量的蒸汽水和高能热值。

三、提出改造方案

增加“一种凝汽器抽气汽混合物管道加装蒸汽水回收装置”（也称为凝汽器真空提高装置），在提高凝汽器真空上具有极其明显的效果。其原理就是：

1、是在气汽混合物管道上加装冷却器，把蒸汽水凝结成水并疏出；

2、减少水蒸汽在真空泵内的放热，使工作水温降低，提高了真空泵的抽吸能力；

由于加装“蒸汽水回收装置”后将管道中的水蒸汽凝结，在管道入口压力与吸入室压力差不变的情况下，即：真空泵（或射水抽气器）抽出的量不变，则从凝结器中要抽出比未装前多3倍左右的汽气混合物才能满足真空泵的出力，从而提高了凝汽器的真空。同时回收了大量的蒸汽水和高能热值（每小时10吨左右的冷却水水温可从25度左右提高到40度左右），大大降低了真空泵（或射水抽气器）的腐蚀结垢，同时还可以消除真空泵（或射水抽气器）振动。

另外，再从抽真空设备的工作水温（水环式真空泵（或射水抽气器）的水环温度）对其抽吸能力影响特别大，下表给出了某大型机组抽真空装置工作水温对排汽压力和机组功率的影响，从表中可以看出水温在25℃～30℃之间时，每变化一度影响机组平均出力为300KW以上。

对真空泵，当水环水温超过40℃时，对凝汽器真空的影响相当大。这主要因为当工作水温升高到一定程度后，在高度真空的喷管喉部，部分工作水汽化，体积突然膨大，而使抽吸能力下降。并使真空泵的管道内形成两相流，诱发管道的振动。

有些机组抽真空系统的水环水温度高达42～45℃，而水环水温度的设计值一般是30℃。

采用一部分化学补充水（水温在25℃左右，压力在0.2mpa以上）在冷却器内经雾化喷淋与从凝汽器来以切向方式进入冷却器的气汽混合气体进行混合换热，使混合气体内的水蒸汽凝结，并与雾化水一起经冷却器底部疏出，通过水封进入凝结器热井。剩余不凝结气体从冷却器顶部流出经下游的气汽混合物管道进入真空泵。

五、效益分析：

从热力学原理来说，机组真空提高1kpa，发电标准煤耗就降低3g/kw.h 左右，采用本装置后，真空提高300pa左右（济南京能科技有限公司承诺机组真空提高不低于200pa），一般可提高200-700pa，则机组发电标准煤耗就降低1g/kw.h 左右。

若机组的年平均运行小时按3500小时（环境温度在25℃以上）计算则，年节标煤为：

1×10-6×3500×600000=2100吨

每吨标煤按500元人民币计算，一年可为电厂节省人民币500×2100=105万元。

同时回收了大量蒸汽水（约为日均补水量的25%左右）和高热量的热值。热值约为：

10T/H ×3500H=35000T的水从25度左右提高到50度左右。

上述计算只考虑了降低工作水温对热经济性的影响，事实上，加装了冷却装置后，抽气管道流动阻力减小，也有利于提高抽真空设备的抽吸能力，降低真空泵的电机功率，降低真空泵叶片腐蚀；同时由于凝汽器内空气的分压力降低，传热端差减小，传热效果增强，凝结水含氧量降低，有利于提高低加传热效果，降低低加金属氧化腐蚀速度。

该冷却器具有体积小、投资少、换热效率高、无端差、免维护。可以使用20年以上，使用该技术可提高凝汽器真空200pa～700pa，降低发电标煤耗1g/kw.h～2g/kw.h。

六、结论

凝汽器的运行情况、状态和真空系统的严密程度决定了凝汽器的真空，提高真空度，增加蒸汽在汽机内部有效焓降，从而收到较好经济效益。针对影响传热的因素分析采取合理可行对策，是提高凝汽器工作效率，保证机组经济运行的关键。

参考文献

[1] 王利国，吴小洪，齐延韦，赵伟，任斌.一种实现火电厂循环水泵变频调速的方法[J].变频器世界，2005年08期.

[2] 张新春，刘郁.超超临界机组汽轮机旁路系统的选型[J].电力设备，2006年01期.