机组凝汽器传热效能下降原因分析及其对策

发布时间：2022-03-13 15:54:31 浏览数：次

(神华国华国际电力股份有限公司北京热电分公司，北京 100025)

摘要：文章根据国华北京热电分公司200MW汽轮机机组凝汽器的实际运行情况，分析了影响凝汽器传热能力的主要因素及其对机组热效率的影响，并提出了相应的改进措施。

关键词：凝汽器；传热系数；热效率；清洁系数

中图分类号：TM611.1 文献标识码：B 文章编号：1007—6921(2009)23—0087—02

凝汽器传热效能降低主要表现为凝汽器的真空度降低和端差增大。真空度是表征凝汽器工作的主要指标，是影响汽轮机经济运行的主要因素之一。真空度降低使汽轮机的有效焓降降低，影响汽轮机的出力和机组设备的安全性。电厂凝汽器一般运行经验表明：凝汽器真空下降1kPa，汽轮机组热耗会增加1.5%～2.5%。而且，凝汽器真空下降，会使排汽温度升高，会使汽轮机轴承中心偏移，严重时会使机组产生振动。此外，当机组真空降低时，为保证机组出力不变，必须增加蒸汽量，而蒸汽流量增大又将导致轴向推力增大，使推力轴承过负荷，影响汽轮机安全运行^［1］。影响汽轮机凝汽器真空的因素比较复杂，如：凝汽器传热特性、凝汽器热负荷、清洁系数、冷却水量、冷却水温等。
1 设备简介

北京热电分公司现装有两台产自德国ABB公司的200MWDKEH-1ND31型双抽气凝汽式机组，于1999年投产发电。单台机组凝汽器的总铜管数为13600根，冷却水流量23040m3/h，管径为28×1(主凝区)，28×1.5(迎汽区及空冷区)，有效长度为9408mm。冷却水管材质为加砷黄铜管HSn701，管束共两组，每组设有10块支托隔板。

循环水的循环方式:循环水源取自通惠河，冷却方式为直流式。
2 存在的问题分析及其对机组热效率的影响
2.1 设备运行现状

运行时真空度不理想，严重影响机组经济性；冷却管腐蚀损坏，堵管增多；污垢、水垢严重；从割管检查情况看，铜管内壁结垢较严重。
2.2 运行中凝汽器的真空度降低原因分析

改善传热效率是提高凝汽器真空、达到节能降耗、提高机组运行经济性的重要办法，在忽略辐射传热的情况下，表面式凝汽器的总传热热阻由水侧对流换热热阻、管壁的纯导热热阻、汽侧的对流换热热阻和内外侧污垢热阻构成。

凝汽器传热热阻由相互串联的热阻构成，传热总热阻ΣR是传热系数的倒数，即:
ΣR=1/K
以管外表面积为基准的传热总热阻ΣR0为

ΣR0=[WB](1/αi)(d0/di)+ri(d0/di)+(d0/2λ)ln[DW](d0/di)+r0+(1/α0)

式中，d0、di为管外径和管内径；α0、αi为管外和管内放热系数；r0、ri为管外和管内污垢热阻；λ为管材的导热系数。

传热系数为:K=(1/ΣR0)

由于循环冷却水直接与外界环境接触，其中ri(d0/di)数值大到不可忽略，有时污垢热阻往往大大超过管壁导热热阻^［2］。

由于冷却水都有一定硬度，换热过程中盐分析出，产生水垢附着在管壁的水侧表面；此外，水中含有的微生物在凝汽器的管壁上滋生繁衍并夹杂污泥造成微生物污染。由于凝汽器管壁温度一般在30℃～40℃之间，这是各种微生物繁衍的最佳温度，凝汽器开式循环水系统由微生物而产生的污垢热阻也很大。水垢和污垢共同形成所称的污垢热阻。

真空严密性差，大量空气漏入凝汽器汽侧，则会增加外壁凝结换热热阻。

由表1可见，垢层热阻是黄铜的100多倍，空气的热阻是黄铜的1500余倍，因此，即使是很薄的污垢，也足以使铜管的导热热阻忽略不计，因而影响凝汽器整体传热系数的决定因素在于污垢。
2.3 节能效益分析

凝汽器端差降低的节能效益是体现在同环境冷却源的温度下有效焓降增加，而提高汽轮机装置效率在焓-熵图上表示如图1所示^［3］。


3 解决方案

实际运行情况表明:汽轮机大小修后，通过对凝汽器真空严密性的综合治理，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的传热系数K的影响相对不变。

当机组热负荷变化不大，冷却水量及冷却水质相对稳定的情况下，凝汽器铜管的传热系数K主要与凝汽器铜管的清洁度有关。其主要原因是:随着运行时间的增加，凝汽器逐渐脏污，热阻增大，由前面的分析可知，0.1mm厚污垢的热阻足以让1mm厚的铜管的导热热阻被忽略不计。因此在机组停机时对铜管逐根进行高压水清洗，额定负荷下真空度提高明显，效果立竿见影。

为了减少污垢热阻，提高传热效果，具体做法如下:①运行中进行反冲洗；②胶球清洗；③停机时用高压水清洗。上述清洗方法特点的比较列于表3：

针对目前凝汽器的具体情况，为提高机组运行中的真空度，采用机组运行中的胶球清洗和停机过程中高压水冲洗相结合的办法。

结合其他厂家的经验，针对目前凝汽器的具体情况，拟采取如下对策:①加强凝汽器在线清洗；②对铜管进行探伤检查并更换已损坏的和存在隐患的铜管，并对凝结器铜管进行必要的防腐保护；③停机过程中对凝结器铜管进行高压水清洗，维持凝结器铜管在高清洁系数下运行。
4 结论

实际运行情况表明:真空严密性对凝汽器的传热系数K的影响相对不变。当冷却水质相对稳定的情况下，凝汽器的整体传热系数K主要与凝汽器铜管的清洁度系数和污垢的形成有关。随着运行时间的增加，凝汽器铜管因腐蚀壁面变得粗糙而使脏物易于附着，水流截面积减少，污垢热阻增大，因此换热效果降低；同时因凝汽器真空度下降，端差上升，会影响汽轮机的出力和运行的经济性。由此，维持凝结器铜管在高清洁度系数下运行、防止铜管结垢、及时清理铜管内的脏物是提高运行中凝结器换热效果的有效方法。
［参考文献］
［1］郑李坤，顾昌，闫桂焕.运行参数变化对凝结器真空影响的探讨［J］.汽轮机技术，2002.
［2］杨世铭.传热学［M］.北京：高等教育出版社，1980.
［3］华中工学院.汽轮机［M］.北京：电力工业出版社，1980.
［4］曾丹苓，等.工程热力学［M］.北京：人民教育出版社，1980.
［5］李建刚.汽轮机设备及运行［M］.北京：中国电力出版社，2006.

相关热词搜索： 凝汽器 传热效能机组对策