影響凝汽器端差的因素分析及應對措施

王小波

（廣東粵電靖海發電有限公司，廣東 揭陽515200）

1 凝汽器端差的定義及作用

凝汽器端差的定義是凝汽器壓力相對應的飽和蒸汽溫度與循環冷卻水出口溫度之差。凝汽器端差是衡量凝汽器換熱性能的重要參數，是反映凝汽器傳熱性能、真空嚴密性和循環水系統工作狀況的一個性能指標，所以在凝汽設備運行監測中，凝汽器端差是一個非常重要的參數。一般運行經驗表明，端差每升高1℃，機組單位煤耗將升高約1g。現代大型凝汽器在設計負荷下所能達到的最小傳熱端差為1～5℃，一般常在3～10℃之間選取，本廠凝汽器為雙流程凝汽器，可取偏小值，規程中規定凝汽器端差不超過3℃。

以δt表示端差，ts表示凝汽器壓力相對應的飽和蒸汽溫度，tw表示循環冷卻水出口溫度，則δt＝ts－tw，ts為單值函數，Pk＝f（ts）。根據凝汽器傳熱方程可得如下理論公式：

式中，Δt為冷卻水溫升；K為總換熱系數；A為凝汽器總換熱面積；Gw為冷卻水流量；cp為冷卻水比熱容。

對已投運的凝汽器而言，通常情況下換熱面積A是無法改變的，而冷卻水比熱容cp的變化量很小，可以忽略。由以上公式可知：傳熱端差δt與冷卻水流量Gw成正比，當Gw增加時，δt增大；同時，冷卻水流量增加，加強了冷卻水管內表面的對流換熱，凝汽器的總換熱系數K增大，K與端差δt成反比，δt減小；另外，冷卻水流量Gw增大，換熱速率增大，冷卻水溫升Δt減小，由冷卻水溫升Δt與端差δt成正比可知端差也要減小。

2 Gw、K、Δt和δt之間的關系

利用數學模型對以上公式進行計算可以得出Gw、K及Δt對δt的影響速率，比較來說Δt與K 對δt的影響要高于Gw對δt的影響。隨著冷卻水流量的增加，傳熱端差會增大，但是由于冷卻水溫升的下降，傳熱端差又會減小，二者中冷卻水流量增大而導致的傳熱端差增大的速度要小于冷卻水溫升下降而導致的傳熱端差減小的速度。與此同時，隨著冷卻水流量的增加，凝汽器的總換熱系數會不斷增大，傳熱端差會逐漸減小，由于冷卻水流量增大而導致的傳熱端差增大速率要小于傳熱端差減小速率。

據此得出如下結論：δt與Gw有關，但是受Gw影響不大，也就是說冷卻水流量增大最終將使得凝汽器的傳熱端差減小。

結合本廠的實際情況，循環水泵屬于固定轉速、固定葉片泵，不能調節冷卻水流量和壓力，假如運行中利用關小凝汽器循環水出口蝶閥來調整冷卻水壓力和流量，在出口蝶閥關小的情況下，冷卻水壓力會升高，流速會增大，換熱效果也會加強，但此時冷卻水流量會相應減少，由以上公式可知，凝汽器端差會有所升高，所以本廠在凝汽器運行中未使用此方法。

在凝汽器正常運行時，冷卻水溫升Δt一般變化不大，且Δt與δt成正比，而降低溫升最直接的方法是提高冷卻水流量，但由以上的分析得知δt與Gw有關，但受Gw影響不大，且受機組經濟性和設備設計的限制。所以現場用于降低凝汽器傳熱端差δt最有效的手段是提高凝汽器的總換熱系數K，而K值又受很多因素的影響，如冷卻水流量及流速、鈦管冷卻表面潔凈程度、凝汽器真空度等。下面分析各個因素的影響以及運行中的應對措施。

3 提高K的方法及應對措施

3.1 減小凝汽器熱負荷

根據傳熱學原理，隨著熱負荷的增加，凝汽器的性能會逐漸降低，并且端差會不斷增大，且在循環水流量和總傳熱系數不變的條件下，端差同凝汽器負荷成正比例關系。隨著凝汽器熱負荷的不斷變化，凝結器傳熱端差也會發生相應的變化。導致凝汽器熱負荷產生變化的原因有多種，除了供熱機組及排汽供熱量的變化外，還有各級抽汽疏水等介入凝汽器都會增加額外的熱負荷，因此在運行過程中，我們應避免產生額外的熱負荷，防止因此導致端差增加。

運行中為了減小凝汽器熱負荷，應該注意以下幾點：

（1）對機組通向凝汽器的疏放水門進行監督，發現有內漏情況及時處理；

（2）盡量減少機組熱負荷通向凝汽器，特別是高低加危疏管道，其所攜帶的熱負荷很高，要盡量減少高低加危疏調門的開關次數。

3.2 改變冷卻水流量及流速

凝汽器內部換熱過程主要以對流換熱為主，而對流換熱與冷卻水流速有很大的關系，一般情況下，流速越大，換熱越強，但主要還是決定于冷卻水系統的設計。

結合本廠實際，循環水泵屬于軸流式固定轉速、固定葉片泵，不能調節冷卻水流量和壓力，運行中只能以凝汽器循環水出口蝶閥的開度調整來改變冷卻水進口壓力和流量，出口蝶閥關小，換熱會加強，但此時循環水泵的功耗會增加，且之前分析過Gw對δt的影響不大，可以忽略不計，故未采用調節凝汽器循環水出口蝶閥的方法來提高K值。

3.3 提高凝汽器真空度

（1）一方面，蒸汽冷卻凝結時鈦管表面被一層液膜覆蓋，凝結放出的熱量必須穿過液膜才能傳到冷卻面，這時液膜層就成為換熱的主要熱阻；另一方面，真空系統漏入空氣或真空泵工作失常，將導致凝汽器內的不凝結氣體增多，不能及時排出。

（2）凝汽器循環水室上部鈦管積存空氣，將影響鈦管換熱效果，使對蒸汽冷凝失效。

（3）凝汽器水位過高，淹蓋鈦管，排汽溫度升高，將使得鈦管冷凝蒸汽的效率下降，導致凝汽器真空下降，K值變小，δt值變大。依據經驗值凝汽器真空每下降1kPa，機組汽耗會增加1.5%～2.5%。

所以，運行中應調節凝汽器水位在穩定范圍內，同時嚴格執行真空系統嚴密性試驗定期工作，一旦發現真空系統不嚴，要及時查找漏點并消除；若為真空泵工作失常，應及時要求檢修處理。另外，要定期對凝汽器循環水室進行排空氣，以使凝汽器循環水室上部鈦管充滿冷卻水。在其他因素不變的情況下僅考慮真空泵的抽吸能力，真空泵抽吸能力越大，凝汽器內不凝結氣體越少，傳熱越強，端差越低，真空亦越高。

3.4 提高鈦管表面潔凈度

清潔系數減小，凝汽器鈦管越臟污，凝汽器的傳熱系數就越小，傳熱端差也就會增大。由于本廠凝汽器采用海水冷卻，里面含有大量的生活垃圾和微生物，不僅會使凝汽器鈦管或循環水管道堵塞，減少冷卻水流量，還會使鈦管結垢，降低換熱強度；另外，由于機組長時間運行，鈦管受到凝結水長期浸泡和蒸汽沖刷，鈦管汽側表面也會形成鹽垢，從而使熱阻增加，傳熱強度下降。

運行中預防和改善凝汽器鈦管臟污的主要方法有：

（1）加強汽水品質監督：設有汽水品質在線監控系統，并定期手工測試各項汽水指標，嚴格按照規程執行凝結水水質的處理流程，若確定凝汽器外漏，立刻進行排補或隔離查漏。

（2）提高冷卻水品質：1）在循環水前池定期添加藥物去除海洋生物，另外在循環水系統停運前對系統進行加藥保養；2）裝設一、二次旋轉濾網長期運行，清理排出循環水中的生活垃圾，當循環水母管壓力達0.13MPa時，說明二次濾網網孔堵塞情況較為嚴重，須采用二次濾網大反沖洗以提高二次濾網清潔度；3）采用膠球清洗裝置定期投放膠球，對凝汽器循環水室進行清洗，或采用高壓水定期清洗凝汽器冷卻水室，但此方法需要至少隔離半側凝汽器，會限制機組負荷，影響經濟性。

4 結語

在實際生產中，應當堅持“以設備治理為基礎，通過運行方式的調整來克服季節因素帶來的不利影響”的原則，堅持以科學理論分析為依據，緊密結合生產實際，合理組織、統籌安排。要對設備系統全面分析、深入研究、逐步排查，找出影響系統性能的關鍵因素，在確保安全的前提下爭取最大的經濟效益。