火力发电机组真空系统的优化治理

2014-03-24王利平

电力安全技术 2014年4期

关键词：严密性轴封凝汽器

王利平

(甘肃大唐八○三热电有限责任公司，甘肃兰州 732850)

0 引言

凝汽器真空作为发电厂重要的运行参数之一，其变化直接影响汽轮机的安全、经济、可靠运行。

(1)凝汽器真空每降低1 kPa 则会使汽轮机汽耗增加1.5 %～2.5 %，发电煤耗增加3～4 g。同时真空降低会使汽轮机排汽温度升高，引起汽轮机中心偏移，严重时甚至会引起汽轮机振动超标。

(2)凝汽器真空降低时，为保证机组出力不变，必须增加蒸汽流量，从而导致汽轮机轴向推力增大，影响汽轮机的安全运行。

(3)凝汽器真空系统严密性不合格时，漏入凝汽器中的空气增加会使凝结水溶氧不合格，从而腐蚀汽轮机、锅炉设备，影响机组运行的安全。

因此在汽轮机运行过程中，必须加强对凝汽器真空系统的监视和维护。

1 凝汽设备工作原理

凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起着冷源的作用，用于降低汽轮机排汽压力和排汽温度，以提高循环热效率。凝汽设备以水为冷却介质，主要由凝汽器、抽气器、循环水泵、凝结水泵以及它们之间的连接管道组成。

在凝气器中，进入凝汽设备的汽轮机排气被通过循环水泵送入凝汽器铜管内的冷却水冷却成凝结水，然后由凝结水泵抽走。凝汽器内的凝结空间是汽水两相共存的，其压力为蒸汽凝结温度下的饱和压力。由于冷却水温度一般为20 ～35 ℃，正常运行条件下蒸汽凝结温度为20 ～40 ℃。而20～40 ℃的饱和温度对应的饱和压力为3～5 kPa，远小于大气压力，故需在凝汽器内形成高度真空。由于凝汽器汽侧处于负压状态，较易漏入空气而阻碍传热，影响凝汽器端差，因此需要用抽气器不断将汽侧空气和不凝结气体抽走。

2 保持凝汽器真空的条件

由凝汽设备的工作原理可知，凝汽器真空的建立是由于蒸汽凝结后所对应的饱和压力远远小于大气压力，因此要维持这一真空状态必须满足以下3个条件：

(1)向凝汽器铜管内不间断地输入冷却水；

(2)凝结水泵不间断地将凝结水抽走，避免因水位升高而影响蒸汽凝结；

(3)抽气器不间断地将凝汽器内的空气和不凝结气体抽走。

3 衡量真空系统严密性的标准

真空系统为动态运行系统，必须定期进行真空严密性试验以判断真空系统严密性。按照DL/T 609-1996《300 MW 级汽轮机运行导则》的规定，机组负荷在80 %以上，衡量真空严密性的试验方法为：关闭运行抽汽器空气门后，前3 min 对真空下降值进行观察，记录后5 min 真空下降平均值，以平均值作为评价真空严密性是否合格的标准。真空下降平均值≤400 Pa 为合格。

4 影响真空系统严密性的因素

一般情况下，凝汽器真空系统包括了凝汽器汽侧部分的轴封系统、抽真空系统、部分低压抽汽系统以及低压缸排汽部分。此外，凝汽器真空系统还与循环水系统、冷却塔的冷却效果有很大的联系。由此可见，真空系统是一个极其庞大的综合系统，其中任何一个相关系统的工况变化都会对其严密性产生影响。

(1)每台机组均配套安装了与凝汽器相匹配的胶球清洗装置，长期运行后一旦胶球系统不能正常投入运行，会导致凝汽器铜管结垢越来越严重，从而影响凝汽器的换热效果。

(2)机组长期运行后，与凝汽器相连的真空系统设备会出现不同程度的老化，例如，弹簧片弹性的降低，使得轴封间隙增大导致轴封密封不严，直接影响凝汽器真空的严密性。

(3)冷却水入口温度会随着冷却塔的性能和运行方式以及环境温度的变化而变化，从而直接影响凝汽器真空的严密性。

(4)轴封供气和回汽系统存在缺陷，例如，轴封回汽不畅、阀门泄漏、管道焊缝有裂纹、阀门法兰及具盘根存在不同程度的漏气，致使真空系统严密性不合格。

(5)循环水泵存在缺陷，例如，循环水泵盘根漏入空气，影响凝汽器真空的严密性。

(6)由于低压缸体积庞大、刚性差、容易变形，在机组启停过程中会产生相当大的交变应力，随机组运行时间的增加，其变形量越来越大，从而造成空气从低压缸处漏入，影响凝汽器真空的严密性。

(7)部分低压加热器疏水管道泄漏也会影响凝汽器真空的严密性。

5 真空系统严密性不合格的危害

(1)真空系统严密性不合格时，漏入真空系统的空气较多，若抽气器或真空泵不能够将漏入的空气及时抽走，机组的排汽压力和排汽温度就会上升，从而降低汽轮机组的效率，增加供电煤耗，并威胁汽轮机的安全运行。

(2)空气漏入后，导致凝汽器过冷度过大，系统热经济性降低，凝结水溶氧增加，造成低压设备腐蚀，存在安全隐患。

(3)空气漏入后，蒸汽与冷却水的换热系数降低，导致凝汽器端差升高。

(4)空气漏入后，凝汽器真空降低，有效焓降减少，循环水带走的热量增多，冷源损失增加。

(5)空气漏入后，凝汽器端差升高，抽气器的负荷增加，提高了工业用水消耗量或厂用电率，引起资源浪费。

(6)真空降低导致低压缸排汽的体积流量减少，对末级叶片工作不利。有资料显示，当机组汽耗量不变时，真空恶化1 %，将引起汽轮机的功率约降低额定容量的1 %。当汽轮机的负荷不变时，真空恶化1 %，相当于电厂的燃煤消耗量约增加1 %～2 %。

6 优化治理的措施

(1)利用汽轮机解体大修机会更换轴封汽封。

(2)对低压加热器疏水系统进行排查，及时消除疏水系统缺陷,确保运行的可靠性。

(3)对循环泵进出口门、联络门进行检修，确保足够的冷却水供应。

(4)对机组所有真空表进行校对，对凝汽器的信号管线进行打压试验，彻底消除漏点。

(5)保持循环水质在合格范围内。

(6)对运行人员进行技术培训，提高他们对运行中真空突然降低的事故的处理能力。

(7)在机组大、小修期间对凝汽器进行清洗，清除凝汽器的水垢。

(8)在机组大、小修期间对真空系统进行灌水找漏。

7 优化治理后的经济性推算

根据发电机组真空每提高1 kPa 机组经济性可提高3 %的规律计算，对于200 MW 发电机组，每小时可增加发电量6 000 kWh，每天可增加发电量144 000 kWh。按机组每年运行7 500 h 计算，可增加发电量4.5×107kWh。若1 kWh 电按0.27 元计算，每年可多收入1 215 万元。同理， 300 MW 发电机组每年可多增加收入1 822.5 万元。

同时，真空系统严密性提高后，机组发电煤耗会大幅度降低。按发电机组真空每降低1 kPa 机组煤耗可降低3 ～4 g 计算，1 台300 MW 机组每年的发电量为3×105×7 500=2.25×109kWh 的电，每年可节约煤6 750 ～9 000 t。以每吨煤500 元计算，每年可节约成本337.5万～450万元。由此可见，真空系统优化治理的经济效益非常可观。