凝汽器传热及其对机组效益影响分析

曾卫新

摘 要：本文分析了凝汽器傳热的过程，论证了影响汽轮发电机组凝汽器传热的各种因素，并结合中核运行二厂的实际运行工况，提出了提高凝汽器真空和机组效益的对策。

关键词：凝汽器 真空 传热 效益

凝汽器是汽轮发电机组的一个重要组成部分，其作用是将汽轮机排汽冷却成凝结水，形成高度真空，使进入汽轮机的蒸汽能膨胀到低于大气压力，多做功。其运行工况的正常与否，直接影响到整个机组的安全和经济运行。所以电厂运行人员应了解该设备运行特性，做好运行监视、维护工程，保持凝汽器良好运行工况，保证达到最有利的真空状态。

1.传热与真空的关系

正常运行时凝汽器的排汽压力与排气温度的关系是饱和蒸汽的压力和温度的关系，也就是说凝汽器的排汽压力是由相应的饱和蒸汽温度来决定的，而饱和蒸汽的温度与外界冷却介质的热交换程度有关。在凝汽器中，蒸汽受冷却发生相变，相变时凝结水在整个换热面上保持饱和温度T（冷凝水），蒸汽汽化潜热被冷却水吸收。其中：

2.分析

（1）当作为凝汽器循环冷却水的海水进口温度“T进”下降，海水吸收的热量就增加，蒸汽冷凝温度“T（冷凝水）”就越低。

（2）当受热面积F增加和传热系数K越大，则冷却水出口水温度上升，其吸收热量就增加，蒸汽冷凝温度就越低。

（3）当海水冷却水流量增加时其吸收的热量就增加，其增加的幅度由上式可看出，按数量级估算，就不及上面两种情况，当然它同样也可使蒸汽冷凝温度降低。

总之，冷凝温度的下降可使排汽压力相应降低，增大蒸汽在汽机内部的焓降，使得有更多热能在汽机中转化成机械能。

3.影响传热系数的因素

传热系数表证了传热过程的强烈程度，传热系统数越大，传热过程越强，热阻越小。

下面对每一个过程进行分析。

（1）蒸汽在管子外壁的凝结换热。蒸汽冷却凝结时壁面被一层液膜覆盖，凝结放出的热量必须穿过液膜才能传到冷却面，这时液膜层就成为换热的主要热阻。影响凝结换热的因素从运行角度看主要是不凝结气体（即空气），它对凝结换热产生十分有害的影响，即使含量极微。在靠近液膜表面的蒸汽侧，随着蒸汽的凝结，蒸汽分压力减小，不凝性气体的分压力增大。

（2）管子内外壁的传热。清洁钛管的导热换热系数由其材质和结构尺寸决定，其热阻是很小的，然而冷凝器运行一段时间后，换热面上会积起水垢、污泥、油污之类的覆盖污垢层，有时还由于换热面与流体的相互作用发生腐蚀而引起覆盖污垢层。所有这些覆盖物都表现为附加热阻，换热性能下降。

（3）对流换热的影响因素。影响换热的因素包括影响流动的因素及影响对流换热热量传递的因素，后者是由物性参数决定，前者与流速、特征尺寸及物性参数有关，而运行中能改变的只有流速，提高流速（海水流量）对换热十分显著，但同时它又增加了流动阻力，阻力与流速的二次幂成正比，所以循环水泵功率也要增大，这就需要综合考虑。

4.结合中核运行二厂实际运行浅谈提高真空的途径

为了简单地说明问题，将凝结水温度简化成下面的式子：

T（冷凝水）== T进+△T（海水温升）+δT（端差）

T进：海水温度对真空的影响比较大，冬天的真空就比夏天高许多，但这个没法人为改变。

△ T（海水温升）：海水温升主要取决于蒸汽的焓降、海水流量，蒸汽的焓降主要由汽机负荷和T（冷凝水）决定，运行人员应保证抽汽的正常运行，尽量减少各种到凝汽器的疏水排汽。海水流量对真空也是有影响的，夏天潮位高的时候真空就好些，潮位下去真空也下降，主要是夏天海水温度太高的缘故。所以夏天循环水泵应尽量保持高速运行，提高海水流量。在冬天，海水流量对真空的影响较小，因为海水温度很低，它起决定作用。

δT（端差）：δT（端差）是不可避免的，否则就没有传热了，但是过大就说明钛管传热有问题或海水流量不够了，钛管传热系数主要是与钛管的清洁度和不凝气体的抽出程度相关。δT（端差）越小，说明凝汽器的效率越高。这点也适用于各级抽汽加热器，即抽汽温度与出水温度越接近，说明这个抽汽加热器效率越高。因此，机组大修期间，

对于中核运行二厂，因为凝汽器抽真空泵由常规岛闭式冷却水系统（SRI系统）提供冷却水，该冷却水冷却真空泵水环中的水。抽真空泵里面并非绝对真空，它的真空度取决于水环中的水温，即等于该水温对应的饱和压力。凝汽器里的真空取决于冷凝水温度，而不凝气体的抽出主要靠这两个真空之间的压差。所以，只要抽真空泵的水温比凝汽器水温低些，不凝气体就能抽出。夏天真空泵的水环水温一直比凝汽器水温低几度，所以夏天改变真空泵的水温对真空的影响不大，而海水温度和潮位影响更大一些。冬天就不一样，由于冬天时中核运行二厂的SRI温度控制的比较高，抽真空泵的水温与凝汽器水温差不多，影响不凝气体的抽出，从而影响了真空和含氧量，所以冬天SRI温度对真空影响较大，需要加强关注和调节。

5.结束语

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度。减小凝汽器换热面的蒸汽负荷、循环水的进口温度，提高循环水量、根据季节控制好常规岛闭式冷却水系统的水温、保持冷却表面的清洁程度和真空系统的严密性，均可降低排汽压力，提高真空度，增加蒸汽在汽机内部有效焓降，从而收到较好的经济效益。