【文章內(nèi)容簡介】 維持凝汽器真空，也必須把由真空系統(tǒng)不嚴密處漏入的空氣以及蒸汽里帶來的不凝結氣體從凝汽器里不斷抽走。抽真空系統(tǒng)的作用就是建立和維持汽輪機組的低背壓和凝汽器的真空。在機組啟動時將一些汽、水管路系統(tǒng)和設備中積集的空氣抽掉，以便加快啟動速度。在正常運行時及時抽掉蒸汽和疏水中以及泄漏入真空系統(tǒng)的空氣和其他不凝結氣體，以維持空冷凝汽器真空和減少對設備等的腐蝕。汽輪機低壓部分的軸封和低壓加熱器也依靠真空抽氣系統(tǒng)的正常工作才能建立相應的真空。 是否能保持最有利的真空，是衡量抽真空設備運行好壞的一個標準，對汽輪機的安全性和經(jīng)濟性有很大的影響。凝汽設備在運行中,如果真空系統(tǒng)不嚴密就會漏入空氣，使真空降低。同時使空氣的分壓力增加，由于空氣的溶解度與其分壓力成正比，由此造成更多的空氣溶入水中，而使凝結水含氧量增加。 抽真空系統(tǒng)由抽氣管道、截止閥和凝汽器抽真空設備組成。國外該系統(tǒng)多采用射汽抽氣器。在汽輪機啟動時用輔助抽氣器，以達到在規(guī)定時段內(nèi)（如30min）適應汽輪機啟動的要求。在汽輪機正常運行時，采用出力較小的主抽氣器，以維持排汽系統(tǒng)的真空。國內(nèi)直接空冷機組多采用水環(huán)式真空泵，其出力大、經(jīng)濟性好。 抽真空系統(tǒng)中設有真空破壞閥門，當需要破壞系統(tǒng)真空時，可開啟真空破壞閥。 目前國內(nèi)每臺直接空冷機組設三臺100%容量的水環(huán)式真空泵，機組啟動時三臺水環(huán)式真空泵全部投入。機組正常運行時，則保持一到二臺運行，維持系統(tǒng)真空。（1）水環(huán)式真空泵組系統(tǒng) 水環(huán)式機械真空泵系統(tǒng)是一種性能優(yōu)越的新型凝汽器抽真空系統(tǒng)，由水環(huán)式真空泵、低速電動機、汽水分離器、工作水冷卻器、氣動蝶閥、高低水位調(diào)節(jié)器、泵組內(nèi)部有關連接管道、閥門及電氣控制設備等組成。 泵組系統(tǒng)工作流程見圖27，由凝汽器抽吸來的氣體進入氣體吸人口1，經(jīng)過常開式氣動蝶閥2，沿泵吸氣管道3，進入水環(huán)真空泵5，該泵由低速電動機7通過聯(lián)抽器6驅動，由真空泵排出的混合氣體經(jīng)泵出口管道9，進入氣水分離器8，分離后的氣體經(jīng)氣體排出口10排向大氣。分離出來的水與來自水位調(diào)節(jié)器11的補充水一起進入冷卻器13；冷卻后的工作水，一路經(jīng)孔板4噴人真空泵吸氣管，使即將進入真空泵的氣體中可冷凝部分冷凝下來，以提高真空泵的抽吸能力；另一路水直接進入泵體，作為工作水的補充水，使水環(huán)保持穩(wěn)定而不超溫。冷卻器冷卻水一般可直接取自凝汽器冷卻水進口，出水接入凝汽器冷卻水出口。 氣動蝶閥起隔離作用，以免開啟備用泵之前空氣由備用泵導入冷凝器。在蝶閥的前后裝有壓差開關(PDS)，只有當氣動蝶閥的前后壓差小于3kPa (，此值可以調(diào)整)時，氣動蝶閥開啟，冷凝器氣側的氣體被接通經(jīng)氣動蝶閥抽入真空泵。這樣就避免了因啟動真空泵而引起大量空氣經(jīng)真空泵倒流進入正在工作的凝汽器真空系統(tǒng)，確保了凝汽設備及系統(tǒng)的正常工作。當系統(tǒng)真空降低到比設定值還大10KPa時，可通過壓力開關PS使備用泵自動投入運行；當抽吸壓力達到設定值10～30KPa時，則由PS的作用又使備用泵停下，這樣就保證了抽氣壓力在規(guī)定范圍內(nèi)運行。圖27 水環(huán)式真空泵組工作流程圖1一氣體吸入口；2—汽動蝶閥；3一管道；4一孔板；5一真空泵；6—聯(lián)軸器；7一電機；8一氣水分離器；9—管道；10一氣體排出口；11一水位調(diào)節(jié)器，12一補充水入口；13一冷卻器水環(huán)真空泵示意圖如圖28所示圖28水環(huán)真空泵在排汽管道的最低點，設置了一個排水箱（熱井）用于排出在管道中收集的凝結水。凝結水靠重力從蒸汽/凝結水聯(lián)箱的管路經(jīng)過凝結水管路流到凝結水箱，對于使用射汽抽氣器的抽真空系統(tǒng)，凝結水也來自于表面冷卻器。凝結水箱配備有液位計、必要的管接頭、檢查孔和箱體固定地腳裝置。凝結水箱的容量設計成可收集5－10分鐘期間的凝結水。正常運行的液位是其直徑的50％。如果不能實現(xiàn)靠重力將凝結水收集到凝結水箱，則需要在熱井下方配備排水泵以便將凝結水輸送到凝結水箱。2100％（或350％）配置的凝結水泵被設置在凝結水箱的下方以便將凝結水送回電廠的凝結水系統(tǒng)（限于ACC系統(tǒng)），并且如果有的話，會通過抽真空系統(tǒng)的表面冷凝器。凝結水箱位于蒸汽/凝結水聯(lián)箱管路下方，同時其位置應比凝結水泵的位置盡量可能地越高越好，以便提供充分的吸入壓力從而可以使用標準的水平布置的水泵。由于一臺凝結束泵在保持長期運行（用于保證有充足的冷卻水流過射汽抽氣器的冷卻器），一套排水/回水控制閥和管路構成的凝結水系統(tǒng)被用來確保即使在低負荷的運行條件下，凝結水箱中也有充足的水位。對于非設計條件下的運行狀態(tài)和特殊運行方式（設計條件指正常運行狀態(tài)），比如啟動、旁路運行、防凍措施和停機等，需要儀表和控制系統(tǒng)來控制冷凝器機組安全地運行，并且滿足汽輪機需要的運行條件。輔助設備如泵、抽真空系統(tǒng)和水箱必須配備就地檢測儀表?？刂葡到y(tǒng)至少由下列部分構成：－蒸汽背壓和蒸汽溫度檢測－在蒸汽/凝結水箱管路中地溫度檢測基本上，直接空冷系統(tǒng)地控制和議表系統(tǒng)用來控制在需要的背壓下風扇的轉速。在正常運行條件下，電廠的控制系統(tǒng)會設定一個背壓值，它與ACC控制系統(tǒng)的背壓值進行比較。如果實際的背壓值高于設定值，則風機被調(diào)解到較高轉速，如果低于設定值，則調(diào)解到較低轉速。單速或雙速電機可以通過接線線路進行轉換，從而給電機一個的啟動時間間隔。利用變頻器可以實現(xiàn)風機轉速的無級調(diào)速，它也可被選用于控制系統(tǒng)并有下列優(yōu)點：－當只有少量風機時可以連續(xù)調(diào)節(jié)汽輪機的排氣壓力從而避免了大的壓力波動。－可以將風機的轉速調(diào)解到需要值從而減少風機的能耗?？刂茊卧梢栽O計成利用PLC控制，其主要構成包括一個主控單元、有緩沖電池的電源單元、有存儲模塊的CPU單元、模擬輸入、數(shù)字輸入、數(shù)字輸出、手動轉換開關、顯示單元以及如果需要的話，一組用于與電廠控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)總線。3 直接空冷機組常見問題及防止措施 直接空冷機組的工藝特點及常見問題 (1)直接空冷機組中汽輪機排汽直接由空氣冷凝,機組背壓隨空氣溫度變化而變化,特別是我國北方地區(qū),一年四季乃至晝夜溫差都較大,機組背壓和小時出力波動較大。 (2)汽輪機排汽用空氣作為直接冷卻介質(zhì),通過鋼制散熱器進行表面交換,故需要龐大的真空散熱系統(tǒng),投入運行后對真空系統(tǒng)嚴密性的要求高。 (3)夏季空冷機組負荷出力受諸多因素的影響,包括環(huán)境溫度、風向、風速,凝汽器表面臟污等,夏季工況下負荷出力達不到設計是該類型機組面臨的普遍問題。我廠運行的空冷機組在夏季最高氣溫條件下小時負荷最低降為設計65%以下,同時機組背壓高,相應使凝結水溫度高達80℃左右,只能以連續(xù)投后汽缸減溫水或降負荷方式維持。但長期投入減溫水運行,對機組后汽缸末級葉片鉚釘和平衡塊的沖刷較為明顯。且有可能發(fā)生沖刷不均勻,導致運行振動增加等不良后果。 (4)冬季空冷機組運行,室外空冷凝汽器的防凍問題也是該類型機組在北方地區(qū)面臨的主要問題。盡管從設計的角度,設置了逆流管束,軸流風機采取了變頻技術等措施,但在機組低負荷運行工況下,空冷凝汽器某些邊緣管束仍可能形成死區(qū),造成冬季結冰凍裂管束現(xiàn)象。1）現(xiàn)場風向、風速作用及周邊障礙物的影響。 (1)在不同風向下,空冷島進風口來風時換熱能力最好、側面風次之、爐后風最差。 (2)在同一風向下,換熱能力隨風速升高而迅速下降。 (3)在環(huán)境風速12m/s以下時,空冷島進口來風可使空冷系統(tǒng)換熱能力基本滿足環(huán)境溫度30℃,機組背壓30KPa時設計要求。 (4)環(huán)境風速3~12m/s的側面風和爐后風,使空冷系統(tǒng)換熱能力小于機組排熱量,將影響機組的背壓。 (5)空冷島平臺高度一般要求在30m以上, 周邊150m范圍內(nèi)盡可能不設計永久性高層建筑。 (6)此因素在空冷機組設計階段應根據(jù)當?shù)貧夂驐l件和現(xiàn)場場地等合理設計,盡可能為投產(chǎn)后的優(yōu)化運行創(chuàng)造條件。2） 熱風再循環(huán)現(xiàn)象 從圖31可以看出，當刮起北風時，在高的鍋爐房和汽機房的頂部產(chǎn)生紊流。熱空氣流繞過高大的電站建筑物，加上從翅片管上方來的上升熱空氣，在空冷島周圍形成一個復雜的流場。當上面的氣壓高于空冷島下面的氣壓時，有的風機就會產(chǎn)生逆向流，即上升的熱空氣又被吸入風機的入口而流過凝汽器，形成熱風回流，風機入口空氣溫度迅速升高，在空冷凝汽器內(nèi)的蒸汽換熱效率急劇下降，導致排汽壓力增大，真空迅速惡化。圖31 熱風再循環(huán)示意圖 在夏季工況下若無很好的應對措施,也會對負荷出力構成負面影響。減少熱風再循環(huán)措施,主要從設計、施工階段重點考慮。如合理布置設備安裝位置,減少空冷平臺的漏風量以及空冷平臺上部四周設置一定高度的擋風墻等。3）環(huán)境溫度的影響 空冷機組設計氣溫是根據(jù)機組優(yōu)化設計,綜合各種因素后確定的當?shù)啬辍皻鉁匾粫r間”分布的加數(shù)平均數(shù),并不一定是當?shù)氐淖罡邭鉁亍．攲嶋H環(huán)境溫度高于設計氣溫時,空冷島循環(huán)空氣的熱交換能力將大幅下降,對機組負荷的影響將較為明顯。4) 真空系統(tǒng)漏空對負荷出力的影響 直接空冷機組相對濕冷機組有龐大的負壓區(qū)域,管道縱橫交錯,各種焊口,法蘭等薄弱環(huán)節(jié)較多,運行中系統(tǒng)泄漏量增加而抽真空設備抽氣性能不足時,將直接導致機組真空度降低,背壓升高,機組出力和經(jīng)濟性變差。根據(jù)有關統(tǒng)計資料,系統(tǒng)真空度每降低1%,蒸汽消耗量增加1~2%。5) 空冷凝汽器管束表面積灰,造成管束傳熱效率下降,對負荷的影響也較為明顯,這點在北方地區(qū)和空氣環(huán)境相對惡劣條件下運行的機組更為明顯。以山西省介休市安泰集團發(fā)電廠空冷機組為例,在其它工況參數(shù)一致的情況下,管束積灰清洗前、后的負荷相差15~25%。 直接空冷機組夏季負荷出力的影響因素是多方面的,而且各因素之間相互作用,故實際運行中對負荷出力的改善建議采取綜合性措施,下面?zhèn)戎貜倪\行角度提出如下建議:1)針對氣溫對負荷出力的影響,可以考慮在軸流風機葉片上部增加強霧噴淋換熱裝置,以降低環(huán)境風溫,提高傳熱效率,增加該裝置須考慮如下因素: (1)噴嘴的設計選型和霧化質(zhì)量是考慮的重點。 (2)根據(jù)空冷管束結構合理布置噴嘴的數(shù)量和層高。 (3)通過小型試驗或設計確定噴嘴的角度。 (4)噴淋用水采用除鹽軟化水,。 (5)增加噴淋裝置后,管束內(nèi)濕度增加,對軸流風機、電機、照明等線路部分絕緣提出更高要求,要考慮防護等級匹配性,并現(xiàn)場作好電機接線盒等部位的密封工作。 2)針對真空系統(tǒng)不嚴密對機組出力的影響,建議采取如下措施: (1)空冷真空系統(tǒng)非常龐大,實際運行中對整個系統(tǒng)的檢測和維護相對復雜,即使找到漏點,目前所采取的普遍作法也是對管束的封堵,修復費用很大。所以對真空系統(tǒng)的管理,應體現(xiàn)預防為主的指導思想。 (2)加強空冷管束制造,施工階段的質(zhì)量管理工作,以維持系統(tǒng)高度的嚴密性。機組投產(chǎn)前的氣密性試驗應嚴格按照驗收規(guī)范執(zhí)行。氣密性試驗不合格,不應投入生產(chǎn)。 (3)考慮真空系統(tǒng)漏風量隨運行時間逐漸增加的事實,在設計階段可以配置抽氣能力較原始計算值高一級容量的真空泵,以為今后系統(tǒng)漏空氣量儲備抽氣容量。 (4)加強運行水質(zhì)監(jiān)督管理,重點復水系統(tǒng)含O2量,含F(xiàn)e的監(jiān)管,防止空冷器管束內(nèi)壁腐蝕發(fā)生泄漏,具體措施如下: ①樹立水質(zhì)管理“預防為主,工作重在平時”的指導思想,從運行、停運保養(yǎng)等各個環(huán)節(jié)采取綜合性措施,確保各項水質(zhì)指標在控制范圍內(nèi)。 ②要求化水、汽機專業(yè)建立工作協(xié)調(diào)、監(jiān)督機制,避免因職責不清而可能導致的水質(zhì)事件。 ③空冷機組有相對龐大的真空系統(tǒng),對水質(zhì)含O2控制比較困難。化學專業(yè)應積極開展水質(zhì)含O2量控制的試驗研究工作,改變濕冷機組靠化學方法除氧的思路,充分利用O2的雙重性,開展汽包爐給水局部輕微氧化性無除氧劑水化學工況的運行試驗工作(只加氨不加聯(lián)氨),確保水質(zhì)含O2數(shù)據(jù)合格。 (5)配備專業(yè)的真空檢漏設備,對空冷系統(tǒng)定期檢漏,對真空系統(tǒng)漏風情況有一客觀的分析并提前制定防范措施。3)針對空冷器管束表面積灰后對傳熱效率和負荷的影響,建議配套高壓水沖洗裝置,以定期沖洗的方式剝離管束表面積灰,使其不形成硬垢層,具體操作中注意以下幾點: (1)現(xiàn)場沖洗,強調(diào)人員分工及協(xié)作配合,安全第一。 (2)制定科學、合理的沖洗方式和頻次。 (3)對管束表面形成的硬垢層,考慮采用化學清洗和高壓水力沖洗相結合方式處理,先利用化學藥劑剝離松動后,再用高壓水沖洗清除。 4)空冷機組增加噴淋裝置和高加水沖洗系統(tǒng)后,相應增加了系統(tǒng)除鹽水的消耗量,部分除鹽水濺落地面形成了二次浪費。針對此現(xiàn)象,可以考慮將地面除鹽水回收,經(jīng)混凝,過濾處理后循環(huán)利用,以提高水資源的利用率。 空冷機組在室外環(huán)境溫度低于0℃的情況下,若機組負荷低,各管束間熱負荷分配不均,就有可能導致管束冰凍等惡性工況發(fā)生,在實際生產(chǎn)中應高度重視。建議從如下方面著手: 1)從生產(chǎn)工藝上,要根據(jù)設計提供的機組最小防凍流量數(shù)據(jù)合理調(diào)整機組的負荷,盡可能保證機組出力高于防凍流量對應負荷。 2)目前,空冷機組對軸流風機的設計基本采用變頻技術,為防止空冷系統(tǒng)冬季發(fā)生冰凍提供了更為靈活的控制手段,在冬季生產(chǎn)控制上要確保風機變頻技術的可靠運行。 3)若機組最大負荷低于設計最小防凍流量,且氣溫偏低時,此時的生產(chǎn)控制就不能完全依賴風機變頻技術調(diào)節(jié),應提前通過試驗制定該工況下的風機手動切換運行方式,確保管束不發(fā)生冰凍。 4)從生產(chǎn)工藝參數(shù)調(diào)節(jié)上,針對冬季防凍需求,可采取適當降低風機轉速,機組運行背壓偏上限,保持凝結水溫度40~50℃范圍內(nèi)運行,通過凝結水溫度提升達到管束防凍目的。 5)加強現(xiàn)場設備巡檢力度,對管束底部,三角架邊緣管束等重點檢查,發(fā)現(xiàn)管束冰凍發(fā)冷時,及時調(diào)整機組運行方式,靈活采取防凍措施。 6)從管理角度,冬季盡量不安排空冷機組的計劃性檢修工作,機組安排臨停時也必須采取相應措施,如凝結水管路放空積水等。結束語本文主要介紹了發(fā)電廠空冷技術的應用、類型、發(fā)展歷史以及影響空