【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(yán)密處漏入的空氣以及蒸汽里帶來的不凝結(jié)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(jī)組的低背壓和凝汽器的真空。在機(jī)組啟動時將一些汽、水管路系統(tǒng)和設(shè)備中積集的空氣抽掉，以便加快啟動速度。在正常運(yùn)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(jié)氣體，以維持空冷凝汽器真空和減少對設(shè)備等的腐蝕。汽輪機(jī)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(yīng)的真空。 是否能保持最有利的真空，是衡量抽真空設(shè)備運(yùn)行好壞的一個標(biāo)準(zhǔn)，對汽輪機(jī)的安全性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。凝汽設(shè)備在運(yùn)行中,如果真空系統(tǒng)不嚴(yán)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(jié)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(shè)備組成。國外該系統(tǒng)多采用射汽抽氣器。在汽輪機(jī)啟動時用輔助抽氣器，以達(dá)到在規(guī)定時段內(nèi)（如30min）適應(yīng)汽輪機(jī)啟動的要求。在汽輪機(jī)正常運(yùn)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(jī)組多采用水環(huán)式真空泵，其出力大、經(jīng)濟(jì)性好。 抽真空系統(tǒng)中設(shè)有真空破壞閥門，當(dāng)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(jī)組設(shè)三臺100%容量的水環(huán)式真空泵，機(jī)組啟動時三臺水環(huán)式真空泵全部投入。機(jī)組正常運(yùn)行時，則保持一到二臺運(yùn)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(jī)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(jī)、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(guān)連接管道、閥門及電氣控制設(shè)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(jìn)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(jìn)入水環(huán)真空泵5，該泵由低速電動機(jī)7通過聯(lián)抽器6驅(qū)動，由真空泵排出的混合氣體經(jīng)泵出口管道9，進(jìn)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(bǔ)充水一起進(jìn)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(jìn)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(jìn)入泵體，作為工作水的補(bǔ)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(jìn)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(dǎo)入冷凝器。在蝶閥的前后裝有壓差開關(guān)(PDS)，只有當(dāng)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(cè)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(jìn)入正在工作的凝汽器真空系統(tǒng)，確保了凝汽設(shè)備及系統(tǒng)的正常工作。當(dāng)系統(tǒng)真空降低到比設(shè)定值還大10KPa時，可通過壓力開關(guān)PS使備用泵自動投入運(yùn)行；當(dāng)抽吸壓力達(dá)到設(shè)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(yùn)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(jī)；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(bǔ)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(diǎn)，設(shè)置了一個排水箱（熱井）用于排出在管道中收集的凝結(jié)水。凝結(jié)水靠重力從蒸汽/凝結(jié)水聯(lián)箱的管路經(jīng)過凝結(jié)水管路流到凝結(jié)水箱，對于使用射汽抽氣器的抽真空系統(tǒng)，凝結(jié)水也來自于表面冷卻器。凝結(jié)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(jié)水箱的容量設(shè)計成可收集5－10分鐘期間的凝結(jié)水。正常運(yùn)行的液位是其直徑的50％。如果不能實(shí)現(xiàn)靠重力將凝結(jié)水收集到凝結(jié)水箱，則需要在熱井下方配備排水泵以便將凝結(jié)水輸送到凝結(jié)水箱。2100％（或350％）配置的凝結(jié)水泵被設(shè)置在凝結(jié)水箱的下方以便將凝結(jié)水送回電廠的凝結(jié)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(jié)水箱位于蒸汽/凝結(jié)水聯(lián)箱管路下方，同時其位置應(yīng)比凝結(jié)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(biāo)準(zhǔn)的水平布置的水泵。由于一臺凝結(jié)束泵在保持長期運(yùn)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(gòu)成的凝結(jié)水系統(tǒng)被用來確保即使在低負(fù)荷的運(yùn)行條件下，凝結(jié)水箱中也有充足的水位。對于非設(shè)計條件下的運(yùn)行狀態(tài)和特殊運(yùn)行方式（設(shè)計條件指正常運(yùn)行狀態(tài)），比如啟動、旁路運(yùn)行、防凍措施和停機(jī)等，需要儀表和控制系統(tǒng)來控制冷凝器機(jī)組安全地運(yùn)行，并且滿足汽輪機(jī)需要的運(yùn)行條件。輔助設(shè)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(gòu)成：－蒸汽背壓和蒸汽溫度檢測－在蒸汽/凝結(jié)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(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。在正常運(yùn)行條件下，電廠的控制系統(tǒng)會設(shè)定一個背壓值，它與ACC控制系統(tǒng)的背壓值進(jìn)行比較。如果實(shí)際的背壓值高于設(shè)定值，則風(fēng)機(jī)被調(diào)解到較高轉(zhuǎn)速，如果低于設(shè)定值，則調(diào)解到較低轉(zhuǎn)速。單速或雙速電機(jī)可以通過接線線路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而給電機(jī)一個的啟動時間間隔。利用變頻器可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)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(diǎn)：－當(dāng)只有少量風(fēng)機(jī)時可以連續(xù)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的排氣壓力從而避免了大的壓力波動。－可以將風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)解到需要值從而減少風(fēng)機(jī)的能耗。控制單元可以設(shè)計成利用PLC控制，其主要構(gòu)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(zhuǎn)換開關(guān)、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(jìn)行數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)總線。3 直接空冷機(jī)組常見問題及防止措施 直接空冷機(jī)組的工藝特點(diǎn)及常見問題 (1)直接空冷機(jī)組中汽輪機(jī)排汽直接由空氣冷凝,機(jī)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?xí)円箿夭疃驾^大,機(jī)組背壓和小時出力波動較大。 (2)汽輪機(jī)排汽用空氣作為直接冷卻介質(zhì),通過鋼制散熱器進(jìn)行表面交換,故需要龐大的真空散熱系統(tǒng),投入運(yùn)行后對真空系統(tǒng)嚴(yán)密性的要求高。 (3)夏季空冷機(jī)組負(fù)荷出力受諸多因素的影響,包括環(huán)境溫度、風(fēng)向、風(fēng)速,凝汽器表面臟污等,夏季工況下負(fù)荷出力達(dá)不到設(shè)計是該類型機(jī)組面臨的普遍問題。我廠運(yùn)行的空冷機(jī)組在夏季最高氣溫條件下小時負(fù)荷最低降為設(shè)計65%以下,同時機(jī)組背壓高,相應(yīng)使凝結(jié)水溫度高達(dá)80℃左右,只能以連續(xù)投后汽缸減溫水或降負(fù)荷方式維持。但長期投入減溫水運(yùn)行,對機(jī)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(dǎo)致運(yùn)行振動增加等不良后果。 (4)冬季空冷機(jī)組運(yùn)行,室外空冷凝汽器的防凍問題也是該類型機(jī)組在北方地區(qū)面臨的主要問題。盡管從設(shè)計的角度,設(shè)置了逆流管束,軸流風(fēng)機(jī)采取了變頻技術(shù)等措施,但在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)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(jié)冰凍裂管束現(xiàn)象。1）現(xiàn)場風(fēng)向、風(fēng)速作用及周邊障礙物的影響。 (1)在不同風(fēng)向下,空冷島進(jìn)風(fēng)口來風(fēng)時換熱能力最好、側(cè)面風(fēng)次之、爐后風(fēng)最差。 (2)在同一風(fēng)向下,換熱能力隨風(fēng)速升高而迅速下降。 (3)在環(huán)境風(fēng)速12m/s以下時,空冷島進(jìn)口來風(fēng)可使空冷系統(tǒng)換熱能力基本滿足環(huán)境溫度30℃,機(jī)組背壓30KPa時設(shè)計要求。 (4)環(huán)境風(fēng)速3~12m/s的側(cè)面風(fēng)和爐后風(fēng),使空冷系統(tǒng)換熱能力小于機(jī)組排熱量,將影響機(jī)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(shè)計永久性高層建筑。 (6)此因素在空冷機(jī)組設(shè)計階段應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和現(xiàn)場場地等合理設(shè)計,盡可能為投產(chǎn)后的優(yōu)化運(yùn)行創(chuàng)造條件。2） 熱風(fēng)再循環(huán)現(xiàn)象 從圖31可以看出，當(dāng)刮起北風(fēng)時，在高的鍋爐房和汽機(jī)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(fù)雜的流場。當(dāng)上面的氣壓高于空冷島下面的氣壓時，有的風(fēng)機(jī)就會產(chǎn)生逆向流，即上升的熱空氣又被吸入風(fēng)機(jī)的入口而流過凝汽器，形成熱風(fēng)回流，風(fēng)機(jī)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(dǎo)致排汽壓力增大，真空迅速惡化。圖31 熱風(fēng)再循環(huán)示意圖 在夏季工況下若無很好的應(yīng)對措施,也會對負(fù)荷出力構(gòu)成負(fù)面影響。減少熱風(fēng)再循環(huán)措施,主要從設(shè)計、施工階段重點(diǎn)考慮。如合理布置設(shè)備安裝位置,減少空冷平臺的漏風(fēng)量以及空冷平臺上部四周設(shè)置一定高度的擋風(fēng)墻等。3）環(huán)境溫度的影響 空冷機(jī)組設(shè)計氣溫是根據(jù)機(jī)組優(yōu)化設(shè)計,綜合各種因素后確定的當(dāng)?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(dāng)?shù)氐淖罡邭鉁?。?dāng)實(shí)際環(huán)境溫度高于設(shè)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(jī)組負(fù)荷的影響將較為明顯。4) 真空系統(tǒng)漏空對負(fù)荷出力的影響 直接空冷機(jī)組相對濕冷機(jī)組有龐大的負(fù)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(yùn)行中系統(tǒng)泄漏量增加而抽真空設(shè)備抽氣性能不足時,將直接導(dǎo)致機(jī)組真空度降低,背壓升高,機(jī)組出力和經(jīng)濟(jì)性變差。根據(jù)有關(guān)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(fù)荷的影響也較為明顯,這點(diǎn)在北方地區(qū)和空氣環(huán)境相對惡劣條件下運(yùn)行的機(jī)組更為明顯。以山西省介休市安泰集團(tuán)發(fā)電廠空冷機(jī)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(fù)荷相差15~25%。 直接空冷機(jī)組夏季負(fù)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(shí)際運(yùn)行中對負(fù)荷出力的改善建議采取綜合性措施,下面?zhèn)戎貜倪\(yùn)行角度提出如下建議:1)針對氣溫對負(fù)荷出力的影響,可以考慮在軸流風(fēng)機(jī)葉片上部增加強(qiáng)霧噴淋換熱裝置,以降低環(huán)境風(fēng)溫,提高傳熱效率,增加該裝置須考慮如下因素: (1)噴嘴的設(shè)計選型和霧化質(zhì)量是考慮的重點(diǎn)。 (2)根據(jù)空冷管束結(jié)構(gòu)合理布置噴嘴的數(shù)量和層高。 (3)通過小型試驗(yàn)或設(shè)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(fēng)機(jī)、電機(jī)、照明等線路部分絕緣提出更高要求,要考慮防護(hù)等級匹配性,并現(xiàn)場作好電機(jī)接線盒等部位的密封工作。 2)針對真空系統(tǒng)不嚴(yán)密對機(jī)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(shí)際運(yùn)行中對整個系統(tǒng)的檢測和維護(hù)相對復(fù)雜,即使找到漏點(diǎn),目前所采取的普遍作法也是對管束的封堵,修復(fù)費(fèi)用很大。所以對真空系統(tǒng)的管理,應(yīng)體現(xiàn)預(yù)防為主的指導(dǎo)思想。 (2)加強(qiáng)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(yán)密性。機(jī)組投產(chǎn)前的氣密性試驗(yàn)應(yīng)嚴(yán)格按照驗(yàn)收規(guī)范執(zhí)行。氣密性試驗(yàn)不合格,不應(yīng)投入生產(chǎn)。 (3)考慮真空系統(tǒng)漏風(fēng)量隨運(yùn)行時間逐漸增加的事實(shí),在設(shè)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(qiáng)運(yùn)行水質(zhì)監(jiān)督管理,重點(diǎn)復(fù)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(yù)防為主,工作重在平時”的指導(dǎo)思想,從運(yùn)行、停運(yùn)保養(yǎng)等各個環(huán)節(jié)采取綜合性措施,確保各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)在控制范圍內(nèi)。 ②要求化水、汽機(jī)專業(yè)建立工作協(xié)調(diào)、監(jiān)督機(jī)制,避免因職責(zé)不清而可能導(dǎo)致的水質(zhì)事件。 ③空冷機(jī)組有相對龐大的真空系統(tǒng),對水質(zhì)含O2控制比較困難?；瘜W(xué)專業(yè)應(yīng)積極開展水質(zhì)含O2量控制的試驗(yàn)研究工作,改變濕冷機(jī)組靠化學(xué)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(xué)工況的運(yùn)行試驗(yàn)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(shè)備,對空冷系統(tǒng)定期檢漏,對真空系統(tǒng)漏風(fēng)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(fù)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(diǎn): (1)現(xiàn)場沖洗,強(qiáng)調(diào)人員分工及協(xié)作配合,安全第一。 (2)制定科學(xué)、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(xué)清洗和高壓水力沖洗相結(jié)合方式處理,先利用化學(xué)藥劑剝離松動后,再用高壓水沖洗清除。 4)空冷機(jī)組增加噴淋裝置和高加水沖洗系統(tǒng)后,相應(yīng)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(fèi)。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(jī)組在室外環(huán)境溫度低于0℃的情況下,若機(jī)組負(fù)荷低,各管束間熱負(fù)荷分配不均,就有可能導(dǎo)致管束冰凍等惡性工況發(fā)生,在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)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(shè)計提供的機(jī)組最小防凍流量數(shù)據(jù)合理調(diào)整機(jī)組的負(fù)荷,盡可能保證機(jī)組出力高于防凍流量對應(yīng)負(fù)荷。 2)目前,空冷機(jī)組對軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計基本采用變頻技術(shù),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(fēng)機(jī)變頻技術(shù)的可靠運(yùn)行。 3)若機(jī)組最大負(fù)荷低于設(shè)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(fēng)機(jī)變頻技術(shù)調(diào)節(jié),應(yīng)提前通過試驗(yàn)制定該工況下的風(fēng)機(jī)手動切換運(yùn)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(dāng)降低風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,機(jī)組運(yùn)行背壓偏上限,保持凝結(jié)水溫度40~50℃范圍內(nèi)運(yùn)行,通過凝結(jié)水溫度提升達(dá)到管束防凍目的。 5)加強(qiáng)現(xiàn)場設(shè)備巡檢力度,對管束底部,三角架邊緣管束等重點(diǎn)檢查,發(fā)現(xiàn)管束冰凍發(fā)冷時,及時調(diào)整機(jī)組運(yùn)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(jī)組的計劃性檢修工作,機(jī)組安排臨停時也必須采取相應(yīng)措施,如凝結(jié)水管路放空積水等。結(jié)束語本文主要介紹了發(fā)電廠空冷技術(shù)的應(yīng)用、類型、發(fā)展歷史以及影響空