對(duì)18MW 汽輪發(fā)電機(jī)組凝汽器真空度低的原因進(jìn)行分析，采取清洗凝汽器、恢復(fù)水循環(huán)通道、檢修兩級(jí)抽氣器等措施，有效提高凝汽器真空度，改善機(jī)組運(yùn)行工況，提高經(jīng)濟(jì)效益。

1、汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的現(xiàn)狀和問題

　　中國石油蘭州石化公司化肥廠動(dòng)力車間1# 汽輪機(jī)為EHNK40/56/20 型抽汽凝汽式汽輪機(jī)，以鍋爐裝置提供的10.0 MPa 蒸汽為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功，發(fā)電能力為18MW。機(jī)組產(chǎn)生的乏汽排入凝汽器，冷凝后匯集至熱井，經(jīng)凝結(jié)水泵加壓后，送往脫鹽水裝置。從機(jī)組第5 級(jí)抽出壓力(表壓，下同)為3.80 MPa 的蒸汽后送入蒸汽管網(wǎng)。機(jī)組凝汽設(shè)備主要包括：凝汽器、凝結(jié)水泵、兩級(jí)抽氣器、輔助抽氣器及相關(guān)管道和閥門，如圖1 所示。兩級(jí)抽氣器與輔助抽氣器均為射汽抽氣器，采用1.0 MPa 蒸汽為工作介質(zhì)。

圖1 凝汽系統(tǒng)流程

　　汽輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)凝汽器真空度為-0.070MPa、汽輪機(jī)排汽溫度55℃。2009 年發(fā)現(xiàn)機(jī)組在軸封供汽正常、凝結(jié)水水位正常的情況下，凝汽器真空度逐步升高至-0.050 MPa、排汽溫度升高至80℃， 凝汽器真空度和排汽溫度均與設(shè)計(jì)值相差較大， 導(dǎo)致排汽焓值升高， 蒸汽內(nèi)能得不到充分利用。

2、原因分析

　　2.1、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

　　循環(huán)冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)故障一般包括循環(huán)水中斷、循環(huán)水量不足、循環(huán)水溫度高，其中循環(huán)水中斷與循環(huán)水溫度高可以很容易從運(yùn)行數(shù)據(jù)上進(jìn)行判斷。

　　由于該機(jī)組循環(huán)冷卻水與其他裝置循環(huán)水均由循環(huán)水場集中供給， 循環(huán)水溫度通常在21～24℃，滿足工業(yè)用水要求;且凝汽器真空度的降低是一個(gè)漸進(jìn)的過程，不是突然發(fā)生的。因此可排除循環(huán)水中斷及循環(huán)水溫度高這兩個(gè)因素。對(duì)于集中供給的循環(huán)水系統(tǒng)， 造成循環(huán)水量不足的原因是凝汽器中流體阻力過大， 最明顯的證據(jù)就是凝汽器進(jìn)出口循環(huán)水壓差變大， 從機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)來看， 凝汽器進(jìn)口循環(huán)水壓力均為0.45MPa， 出口水壓在一個(gè)月內(nèi)從0.40 MPa 逐步降至0.33 MPa，說明凝汽器中循環(huán)水阻力增大，造成凝汽器內(nèi)部循環(huán)水流通不暢，換熱效果降低，無法有效地將蒸汽冷凝， 這是造成凝汽器真空度下降的原因之一。

　　2.2、凝汽器

　　凝汽器內(nèi)部結(jié)垢或流道堵塞均有可能造成凝汽器流體阻力過大、換熱效果下降。1# 汽輪機(jī)凝汽器為雙通道并聯(lián)結(jié)構(gòu)(為方便表述用A 側(cè)、B 側(cè)加以標(biāo)識(shí))，循環(huán)水走管程，如圖2 所示。在日常對(duì)凝汽器進(jìn)、回水溫度的檢測中發(fā)現(xiàn)，通過對(duì)凝汽器循環(huán)水量的調(diào)節(jié)，可將A 側(cè)進(jìn)、出水溫差控制在5℃以上，而B 側(cè)進(jìn)、出水溫差始終未超過3℃， 說明B 側(cè)循環(huán)水通道可能存在短路。在機(jī)組大檢修過程中，打開凝汽器封頭進(jìn)行檢查，在銅管內(nèi)壁有明顯可見垢層，凝汽器銅管內(nèi)有淤泥，B 側(cè)進(jìn)水通道與回水通道之間的擋板與殼體之間斷開10 cm(見圖2)，折流通道被淤泥堵塞。

圖2 凝汽器結(jié)構(gòu)及循環(huán)水通道示意

　　凝汽器銅管結(jié)垢，使凝汽器熱阻增大，傳熱系數(shù)降低;凝汽器折流通道堵塞，導(dǎo)致凝汽器阻力增大;進(jìn)、回水擋板與殼體之間的斷層致使循環(huán)水通過斷開處直接進(jìn)入回水通道， 未能在凝汽器內(nèi)形成有效循環(huán)。以上三個(gè)方面的因素共同作用，最終降低了凝汽器換熱效果，導(dǎo)致凝汽器真空度下降。

　　2.3、抽氣器

　　汽輪機(jī)的排汽進(jìn)入凝汽器殼程， 與管內(nèi)循環(huán)水進(jìn)行換熱， 使蒸汽凝結(jié)為水， 體積縮小形成真空。而凝汽器在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的真空是靠射汽抽氣器抽出其中的空氣建立的， 抽氣器在機(jī)組正常工作中將不凝氣體抽出，以維持機(jī)組的真空穩(wěn)定。射汽抽氣器結(jié)構(gòu)如圖3 所示，主要由工作噴嘴、混合室、擴(kuò)壓管組成， 工作介質(zhì)通過工作噴嘴絕熱膨脹，由壓力能變?yōu)樗俣饶�，將來自凝汽器的汽、氣混合物吸入混合室，形成高于凝汽器�?nèi)部的真空，把凝汽器的汽、氣混合物抽出。在擴(kuò)壓管中，蒸汽流速逐漸降低，速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽�最終以略高于大氣的壓力將混合物排入大氣。因此，在混合室形成較高的真空度是維持抽氣器正常工作的必要條件。

圖3 射汽抽氣器示意

　　抽氣器工況直接影響凝汽器真空的建立，可能存在的問題有：中壓蒸汽壓力低或帶水、冷卻水不足、疏水不暢、抽氣器噴嘴磨損或腐蝕等。

　　由于該裝置抽氣器所使用的中壓蒸汽由管網(wǎng)統(tǒng)一供汽，壓力穩(wěn)定，據(jù)現(xiàn)場疏水、排汽情況也可排除中壓蒸汽帶水或疏水不暢等因素。冷卻器使用機(jī)組凝結(jié)水進(jìn)行冷卻，機(jī)組運(yùn)行過程中，凝結(jié)水量穩(wěn)定，在機(jī)組啟動(dòng)初期，由脫鹽水補(bǔ)水閥對(duì)凝汽器內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)水，因此，可排除冷卻水不足的因素。

　　針對(duì)凝汽器真空度低的現(xiàn)象， 投入輔助抽氣器，穩(wěn)壓48 h，觀察真空度變化。1# 汽輪機(jī)投入輔助抽氣器前后主蒸汽為30 t / h 全凝運(yùn)行工況下參數(shù)的比較見表1。

表1 1# 汽輪機(jī)投輔助抽氣器前后主要操作參數(shù)對(duì)比

　　由表1 可知， 輔助抽氣器的投入改善了排汽參數(shù)， 這說明凝汽器內(nèi)的不凝氣體無法通過兩級(jí)抽氣器有效排放， 即兩級(jí)抽氣器工作能力達(dá)不到排出凝汽器內(nèi)不凝氣體的要求。

　　在機(jī)組蒸汽平衡停車期間， 對(duì)兩級(jí)抽氣器進(jìn)行全面檢查，通過拆卸機(jī)組兩級(jí)抽氣器四組噴嘴、擴(kuò)壓管、混合室等，發(fā)現(xiàn)抽氣器第一級(jí)南側(cè)蒸汽室與噴嘴連接處墊片損壞、蒸汽室與噴嘴裝配處螺紋損壞，部分蒸汽未經(jīng)過噴嘴直接進(jìn)入混合室，導(dǎo)致混合室內(nèi)部無法形成有效的真空， 使抽氣器作用大大降低。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，兩級(jí)抽氣器中壓蒸汽四組管路過濾器濾網(wǎng)均存在不同程度的變形和結(jié)垢現(xiàn)象，造成中壓蒸汽管路阻力增加，實(shí)際工作壓力降低，無法有效地建立和維持凝汽器真空。

　　通過以上分析可以確定， 兩級(jí)抽氣器工況變差，是引起凝汽器真空度下降的主要原因;凝汽器本體銅管結(jié)垢、循環(huán)水通道不暢無法建立有效循環(huán)也是引起凝汽器真空度下降的原因。

3、問題處理

　　針對(duì)以上問題，采取的措施：①對(duì)凝汽器進(jìn)行清洗，疏通堵塞銅管，清洗銅管表面垢層;②將凝汽器B 側(cè)進(jìn)、回水擋板重新焊接，隔離進(jìn)、回水通道;③對(duì)抽氣器蒸汽室內(nèi)螺紋進(jìn)行修復(fù)、更換銅墊后重新恢復(fù)安裝; ④拆卸兩級(jí)抽氣器中壓蒸汽四組管路濾網(wǎng)進(jìn)行清洗， 對(duì)變形濾網(wǎng)進(jìn)行修復(fù)或更換。

　　采取以上措施后，1# 汽輪機(jī)開機(jī)后順利建立真空，同樣是主蒸汽為30 t / h 的全凝式運(yùn)行，凝汽器真空度達(dá)到-0.068 kPa， 排汽溫度降低至50℃，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 措施實(shí)施前后主要操作參數(shù)對(duì)比

　　經(jīng)過一段時(shí)間的觀察， 汽輪機(jī)排汽壓力和溫度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求， 表3 是機(jī)組在2011 年3-6月的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

表3 措施實(shí)施后4 個(gè)月內(nèi)的排汽參數(shù)

　　由此可見，通過疏通清洗凝汽器、恢復(fù)水循環(huán)通道及對(duì)兩級(jí)抽氣器的檢修， 優(yōu)化了機(jī)組排汽參數(shù)，提高了凝汽器真空度，降低了排汽溫度，有利于機(jī)組的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

4、效益評(píng)估

　　4.1、節(jié)能量

　　根據(jù)表3 中所列舉的參數(shù)數(shù)據(jù)， 目前排汽壓力和排汽溫度取-0.068 kPa、50℃。查水蒸氣的焓熵圖可得：蒸汽在-0.050 kPa、溫度80℃下的焓為2 655 kJ / kg;蒸汽在-0.068 kPa、溫度50℃下的焓為2 592 kJ / kg。由此可得每消耗1 kg 蒸汽，排汽能量損失降低63 kJ / kg。按4 個(gè)月凝結(jié)水量平均值為30 t / h 進(jìn)行計(jì)算，每小時(shí)節(jié)約能量1.89 GJ，即525 kWh。裝置按全年運(yùn)行300 d 計(jì)算， 年節(jié)約能量3.78×10⁶kWh，折合標(biāo)準(zhǔn)煤126.3 t。

　　由此可見， 僅因凝汽器真空度及排汽溫度的改善，就可達(dá)到126.3 t / a 標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能量。同時(shí)，蒸汽利用率的提高，可使發(fā)電量得到相應(yīng)提升。由于發(fā)電量受到裝置負(fù)荷、抽汽負(fù)荷等多方面因素影響， 使排汽參數(shù)的優(yōu)化對(duì)發(fā)電量的提升效果難以定量，這部分節(jié)能量不再計(jì)算。

　　4.2、經(jīng)濟(jì)效益

　　取電費(fèi)0.55 元/ kWh， 按主蒸汽負(fù)荷為30 t / h全凝工況運(yùn)行計(jì)算，全年節(jié)能效益為208 萬元。

5、結(jié)論

　　由于機(jī)組排汽參數(shù)的優(yōu)化，降低了排汽焓值，使得蒸汽的內(nèi)能更多的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能， 提高了蒸汽利用率和機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。減少由此導(dǎo)致的非計(jì)劃停工次數(shù)，保證工藝的合理化運(yùn)行，產(chǎn)生巨大的間接效益，也使工藝管理水平上一個(gè)新臺(tái)階。