提高凝汽器冷凝效率的措施探讨

卢定坤

【摘 要】凝汽器冷凝效率的提高，能够为发电热效率的提高和汽轮机发电负荷的保证提供基础。

【Abstract】Condenser efficiency improvement can provide the basis for the improvement of the electric heating efficiency and the guarantee of the turbine power generation load.

【关键词】凝汽器；冷凝效率；发电

【Keywords】condenser；condensing efficiency；electricity generation

【中图分类号】TM623 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）03-0098-02

1 引言

凝汽器是发电过程中汽轮机排汽口真空状态形成的重要部分，能够形成机组排气的膨胀做功，从而最大限度减少冷源损失。因此，加强凝汽器的冷凝效率研究具有十分重要的意义。

2 凝汽器的作用原理

凝汽器属于表面式热交换器的一种类型，随着管束内循环冷却水的流动，在冷凝器内、冷凝管束外的蒸汽体积也会快速减小，甚至形成真空的状态，其压力为凝结水温度对应的饱和压力，而这种凝汽器真空状态的保持也需要动态关注，保证蒸汽持续进入凝汽器，并在蒸汽凝结后释放出来，从而带走热量，避免空气被抽走[1]。

3 凝汽器热平衡计算

3.1 冷凝器热负荷计算

根据以下能量平衡可算出冷凝器热负荷：

Q=WKME-Wq-ΔQ

其中，WKME——核岛热功率，kW；Wq——发电机电功率，kW；ΔQ——汽轮发电机组各项损失之和，kW。

3.2 冷凝器传热系数

根据传热原理算出冷凝器传热系数

t1——冷凝器循环水入口平均温度，℃；t2——冷凝器循环水出口平均温度，℃；ts——冷凝器背压对应的饱和温度，℃；A——冷凝器冷却管总傳热面积，m2。

3.3 冷凝器传热系数构成因素

从传热管的构成上看，其传热系数由水侧热阻与管侧热阻构成，其计算公式为：K=1/（Ri+Rw+Ro+Rf）

其中，Ri为冷凝器管内水侧的热阻；Rw为管壁的热阻；Ro为管外蒸汽侧的热阻；Rf为污垢热阻。

4 凝汽器效率的影响因素及改进措施

4.1 影响因素

机组正常运行期间，冷凝器效率总是低于理论值，原因如下：第一，冷凝器内真空度下降，从电厂冷凝器以往的实践经验来看，冷凝器真空下降1kPa，汽轮机组热耗率会增加1.5%-2%。第二，冷凝器传热管的换热系数下降，而换热系数除开传热管本身材质的因素外，主要是由于冷却水水质变坏导致结垢从而使换热系数降低。因为冷却水的硬度相对较大，换热盐分析出时，导致水垢在管壁的水侧表面附着，同时，凝汽器管壁上的水中会有大量的微生物滋生与繁衍，甚至会形成微生物污染。

4.2 改进措施

实际运行情况表明：对配有凝汽器抽真空系统的汽轮机组，其真空系统的严密性在相当一段时间内变化不大，也就是说，真空严密性对凝汽器传热系数的影响相对不变。因此为了提高冷凝器的效率，除了保证冷凝器的真空度，需不断提高其传热管的换热系数，措施主要有：

第一，采用新型强化传热元件，新型强化传热元件是提高传热效率的有效途径。其机理为管内充分发展的层流换热，其主流方向与温度梯度方向近似于垂直，因而对流换热能力差。若能使液体在管内垂直于主流方向产生二次流，能使流动方向与温度梯度和夹角减小，同时又使温度剖面更加饱满，使得壁面处的温度梯度增大，实现传热的强化。

第二，采用合理的冷凝盘管结构与尺寸。蒸发式冷凝器只有在正确的设计安装条件下，才能获得最佳的换热效果。合理的管路系统是蒸发式冷凝器运行正常及提高效率的重要保证。

第三，冷却水的防垢。表1为金属、污垢、空气的导热系数表，由表1可知，污垢导致的热阻为金属的100多倍，总地来看，尽管污垢层相对较薄，且铜管所产生的导热热阻量也相对较小，甚至可以忽略不计，所以，对凝汽器整体传热系数产生直接影响的因素主要在于污垢。

为了减少污垢热阻，提高传热效果，具体做法如下：

①胶球在线清洗；

②停机时用高压水清洗。

停机时用高压水清洗不仅耗费大量的人力，且在机组投运一段时间后，会再次结垢导致整体清洗效果不好，因此推荐采用胶球在线清洗系统定期清除传热管内的污垢。此外，循环水在凝汽器管中流动时，流速为1.5-2.4m/s之间，经过7-10分钟后，会形成稳定的平流层。而在热量传递过程中，平流层会耗热35%，污垢耗热40%。因此可看出，平流层对传热影响很大。胶球系统除了可以清洗传热管中污垢外，还可以破坏平流层的形成。因此控制胶球通过的时间很重要，经过时间控制为5分钟左右。

5 冷凝系统改良优化

根据汽轮机满负荷下运行时冷凝系统蒸汽额定参数，对进入汽轮机的蒸汽流量加以确定。在汽轮机超负荷或满负荷运行过程中，一旦遇到循环水温度上升或是气温过高，则无法获得最佳的冷却效果，随着凝汽器排汽温度的逐步提高，其真空压力也会逐渐降低，因而会在一定程度上影响汽轮机的做功能力，这种情况下，直接可以进行喉部喷水降温以及凝汽器除盐补水处理，从而增强凝汽器的冷却能力。

综上所述，由笔者进行的研究可知，改造和优化冷凝系统，能够保证部分凝结水泵输出凝结水的流出，并利用外置冷却器进行冷却，经凝汽器喉部喷水将其送回汽水循环系统。凝汽器喉部乏汽能够与冷却后的凝结水直接混合，进而提高排汽真空，降低降温，这就能够实现循环水、汽平衡，增强冷凝系统的冷凝效率，改善凝汽器的冷却换热能力。

改造方案见图1。

【参考文献】

【1】常屹，朱其春，付喜亮，等.直接空冷凝汽器冷却风机空气动力场优化改造分析[J].内蒙古电力技术，2015，33（6）：66-67.

【2】陈志峰，肖梁，权成刚.600 MW直接空冷机组空冷风机加装空气导流装置改造[J].内蒙古电力技术，2015，33（1）：68-71.

【3】周兰欣，孙会亮，马士英，等.直接空冷单元内加装一种导流装置的数值模拟[J].汽轮机技术，2013，55（1）：13-15.

【4】石磊，石诚，李育蕾.空气凝汽器模拟用空冷单元数值模型的建立[J].热力发电，2010，39（6）：21-23.