吴义常1 李冲2 边海鹏2
中国能源建设集团天津电力建设有限公司 天津 300000
摘要：火电厂发电的基础循环为朗肯循环。循环介质为水，首先水在锅炉中被加热成高温水蒸气，其次高温高压的水蒸气带动汽轮机做功，随后汽轮机推动发电机发电。采用水为冷却介质，通常包含有凝汽器、凝结水泵、循环水泵、抽气设备以及连接管道和附属的动力机械设施。循环水泵将冷却水不断地送入凝汽器的冷却水管中，蒸汽在汽轮机做完功后排入凝汽器中，在冷却管外发生相变凝结成水，冷却水将气体凝结中放出的热量带走。凝结水泵将凝结水从凝汽器的热井中抽出后作为锅炉给水再次利用，在凝汽器中的不凝结的空气由抽气设备抽出，从而使凝汽器保持需要的真空。
关键词：火力发电厂；汽机；凝汽器；安装技术
引言
目前，汽轮机凝汽器的真空度偏低和严密性差是火电厂机组运行中最普遍存在的问题。凝汽器的真空度偏低对整个机组的经济效益和稳定运行有较大的影响，真空低会产生以下问题：①汽轮机的末级焓降减少，反动度增大，导致引起轴向推力增大；②排汽温度升高，导致低压缸变形从而引起机组振动超标；③机组的能耗增加导致经济效益降低。凝汽器运行性能的优劣直接影响电厂的经济效益和运行的可靠性，因此本文主要对近年研究广泛的改善凝汽器工作性能的研究进展进行系统综述。
1基本构成
汽轮发电机排气口与冷凝器集汽波纹管法兰连接，冷却水泵与冷凝器冷却水腔进水连接，冷却水工作完直接排出舷外。空气抽气器与冷凝器喉部下部连接。要使汽轮发电机凝汽系统正常运行，需要满足以下条件:保持一定的真空度，凝水过冷度最小，凝水质量符合要求。对汽轮发电机来说，增加负荷则首先要提高驱动能力，提升拖带负荷能力。随着负荷增加，工作后排入冷凝器的蒸汽量(通常称为工作废蒸汽，因其具有一定的剩余温度和压力，可以通过凝汽系统凝结成水进行回收)随之增加，增大了冷凝器内部空间的介质密度。同时冷凝器导入冷却水量、冷却水温等参数变化，都会引起冷凝器内部真空度出现变化。
如冷凝器真空度降低1%，汽轮发电机的蒸汽耗汽量平均增加1%～2%，既增加锅炉的供汽负荷，也影响汽轮机动力系统的状态稳定。冷凝器喉部温度是流经冷凝器的冷却水与排入其中的工作废蒸汽温度热量混合交换的直观参数，两者之间正常的温差在3～10℃，该参数变化显示工作废蒸汽在冷凝器中被冷凝成水的过程，温度过高，就需要增加冷凝器冷却水量和流速，加快工作废蒸汽凝结并降低温度;温度过低则说明冷凝器缺少接收工作废蒸汽量，操作方法就是相应减少冷却水。在冷凝器能量交换中，需要控制汽轮机排入冷凝器的工作废蒸汽压力，使压力维持在0.10～0.15MPa之间，以保证其顺利流向冷凝器。工作废蒸汽压力过高，冷凝器过度充盈且导致工作废蒸汽冷凝和抽气不及时，会导致真空度下降;压力过低则流进冷凝器的汽量减少，凝结水量减少，冷凝器凝水工作水位降低。因此冷凝器喉部温度值和工作废蒸汽压力值这2个外观参数值变化会影响冷凝器的凝水效果和真空度的稳定，但工作废蒸汽压力是由汽轮机排汽结构所确定的，一般常规操作增减负荷不会产生故障变化，因此，冷凝器喉部温度在汽轮发电机实际的运行操作、维护管理中是需要予以调整并控制的。如某海区水温在26～32℃之间，发电机冷凝器的正常工作喉部温度应在29～42℃较为适宜。汽轮发电机实际操作时，该温度值往往偏高一点，但不能超过50℃。
综上所述，汽轮发电机工作时，冷凝器真空度可以维持在一定的范围，一是由于其低压工作废蒸汽在冷凝器中凝结成水，气态变为液态，介质体积改变，同样的空间密度较小;二是空气抽气器从冷凝器中抽出由汽轮机漏入的未凝结成水的空气后，冷凝器内部空间介质密度减少。2种效应产生的共同结果，就形成了冷凝器内部空间真空状态，同时也为冷凝器继续接收汽轮机排出的工作废蒸汽进行凝结创造条件。空气抽气器抽气接口设置在冷凝器喉部附近，其工作状态与凝水的水位没有直接的关联，但凝水的水位上升会浸没冷却水管，影响冷凝器的冷却管冷凝蒸汽效果，而且单靠空气抽气器无法完全抽出汽轮机排放出来的全部混合气体，这将妨碍冷凝器真空度维持在稳定的状态。
冷凝器正常运行真空度维持在－0.088MPa到－0.098MPa之间，汽轮机高负荷时由于工作蒸汽量增大，相应的排汽量增加，导致进入冷凝器工作废蒸汽密度也增大，冷凝器会暂时出现真空度降低的现象，如系统此时再漏入大量空气，真空度控制措施失衡，就会导致无法恢复到规定真空度范围，造成汽轮发电机停机。在整个汽轮发电机系统正常情况下，直至负荷稳定，冷凝器真空度是可以由操作者通过对冷却水泵、空气抽气器及凝水泵进行调节操作，适应性地调整冷凝器的冷却水量、空气抽气量以及凝水水位等指标，恢复并维持系统正常真空度的稳定状态，否则就需要进行故障检修。空气抽气器是建立和维持冷凝器真空度的重要设备，一个单级射流抽气器抽真空能力，最高只可以使冷凝器真空度达到－0.065MPa左右，要满足汽轮发电机运行冷凝器的高真空度－0.095MPa以上，就需要配置1台双级空气抽气器。
双级空气抽气器就是由2个不同级别压缩功射流泵串联组合成的，其作用是建立高真空度，将凝汽系统中混合了漏入空气的混合气体由一级冷凝器中抽出，并被二级接力加压至大气压力以上，排向大气，。空气抽气器双级喷嘴工作介质是温度250～260℃、压力1.2～1.6MPa的蒸汽，采用双级主要是在降低空气抽气器压缩功的同时，更有利于排出空气。扩压管外壁由冷却水流经，冷却管内混合气里的蒸汽，使其快速凝结，进一步与混杂的空气分离，凝结水从各自疏水阀排出，难以被冷凝分解的空气由排空气阀排出。
2控制容积仿真模型
为使核电机组凝汽器仿真具备工程应用能力，需要通过以下两种方式：第一，仿真模型必须具备实时能力；第二，仿真模型需要尽可能的具备较高的仿真计算精度。(1)计算模型目前，一般将整个凝汽器仿真近似为单个压力节点或者两个以上压力节点，未将由于蒸汽沿着换热管道流动引起沿程压降纳入计算，精度较差。采用控制容积法，在多个压力控制区的基础上，运用动量方程将蒸汽沿着换热管道流动引起沿程压降纳入计算，在单压力动态分布模型的基础上更加精细划分节点进行仿真计算。(2)模型假设控制容积法凝汽器仿真模型需要进行如下简化假设：1、凝汽器内部流体均做定向流动；2、壳侧湿度较大蒸汽处于热平衡状态；3、忽略由湿度较大蒸汽相间滑移引起的能降；4、循环冷却水流动方向上，各控制容积体积相同；5、气(汽)体均做理想气体假设。(3)控制容积划分本文以单压双流程型式凝汽器为研究对象，采用控制容积法进行建模，沿循环冷却水流动方向划分了8个控制容积。凝汽器管侧为单相循环冷却水，壳侧为汽水混合物。两相汽水混合物沿管道垂直方向流动，热量由循环冷却水不断带出，蒸汽不断凝结。按照控制容积法划分控制区后，各划分区都包含汽水混合区，循环冷却水区以及换热管区。蒸汽凝结后落入热阱，独立计算。为单压双流程凝汽器的合理简化和控制容积的沿程划分，采用控制容积方法、结合模型假设，实现了模型的二维仿真。
3结语
凝汽器运行性能的优劣，主要表现在凝汽器压力、凝结水过冷度和凝结水品质等几个方面。采用降低凝汽器的热负荷、增加热传递系数、改变冷却管的布置等方法来改变凝汽器的工作性能，能使其达到最佳的运行效果。
参考文献
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