汽輪機補水裝置改造探究

王勇

本文論述了凝汽器補充水霧化裝置的工作原理、設備安裝、試驗方法、效果評價等，闡述了設備改造的優點及應用后帶來的問題，是發電企業提高機組經濟性的一項改進技術。

設備改造的確認

降低汽輪機排汽壓力是提高蒸汽設備經濟性的主要方法之一，是熱力發電廠降低煤耗的有效途徑。汽輪機的補充水為化學除鹽水。穩壓水箱內除鹽水經調整閥后進入補充水管道，在靜壓作用下由凝汽器喉部的淋水裝置補充到系統內。淋水裝置上布置了∮3的淋水孔760×3個。由于淋水孔數量多、通流面積大，使淋水的水滴顆粒直徑大、覆蓋范圍小，因而換熱效率低，相應影響汽輪機排汽壓力。在同等條件下應減小水滴顆粒直徑、增大覆蓋范圍。經過考查調研、綜合分析，確認補充水的霧化裝置具有換熱效率高、設備投資少、安裝作業時間短等優點，具有提高汽輪機效率、降低發電煤耗的作用，我們首先在#1機組安裝試驗。

此霧化裝置為合金鋼材料，又是在除鹽水和真空除氧的環境中使用，基本上不存在腐蝕、結垢現象，故能夠長期使用。

霧化噴嘴工作原理及試驗測試

霧化噴嘴工作原理。具有一定壓力的工作水進入霧化噴嘴體，經過霧化片上的8個∮3的斜孔后得到了加速，進入錐體形狀的噴嘴室產生旋轉、增壓，再由∮5.5的噴嘴后呈霧狀噴射出去。噴射出的水霧呈90度錐體形狀并以旋轉形成一個霧化區。

由于實現了霧化，使霧化后的水滴顆粒直徑減小，其表面積增大；霧化水所占有的空間大，覆蓋的范圍廣。

試驗測試情況。補充水來自穩壓水箱。穩壓水箱安裝在標高20000mm的除氧器平臺上，其正常運行時保持水位約2200mm左右。霧化裝置安裝在標高6600mm的凝汽器喉部。補水管道為密閉式結構。當地常年平均大氣壓力約0.1014MPa。汽輪機設計背壓0.0065MPa。

為了檢驗此裝置的工作效果，分兩步進行了試驗測試工作。

停機狀態時試驗測試：凝汽器（喉部）內為大氣壓力時，霧化噴嘴處的補充水最大壓頭約為0.151MPa。

調整門全開時的最大補水量為15t/h時（即霧化噴嘴的最大流量為178.5kg/h）時，霧化裝置噴射出的霧化水高度超過730mm，即相當于原補水裝置高度；霧化水的覆蓋最大直徑達800mm，橫向覆蓋范圍接近整個凝汽器喉部（距側壁100mm范圍內霧化水滴相對較少些），縱向覆蓋最大長度超過原淋水裝置1800mm；霧化水滴顆粒最大直徑約0.6mm，遠低于原淋水顆粒直徑（約3.2mm）；由于霧化噴嘴之間距離較近（180mm），霧化水在縱向重疊度較大，改善單個噴嘴的霧化性能（單個霧化錐體中部的水霧相對較少）。

通過改變補水量試驗，確證霧化裝置的霧化效果（噴射高度、覆蓋直徑、水滴顆粒直徑）與補充水流量（或噴嘴處的壓頭）成正比例關系。

機組運行時試驗測試：凝汽器（喉部）內為真空狀態時，霧化噴嘴處的補充水最大壓頭約為0.246MPa左右；調整門全開時的最大補水量為64t/h，即霧化噴嘴的最大流量為761.9kg/h。

可見在同等條件下，機組運行時由于凝汽器真空的存在，可使霧化噴嘴處的補充水壓頭增大，流量增加、霧化效果增強。令最大補水量達到額定蒸發量（670t/h）的9.55%，滿足了機組正常運行時補水要求。

霧化裝置的效果及不利因素

霧化裝置的效果

降低汽輪機排汽流動阻力損失：汽輪機背壓即汽輪機排汽壓力是指低壓缸末級葉片出口的壓力。凝汽器壓力是指管束第一排管子以上不超過300mm處凝汽器殼體內的絕對壓力。兩之間存在著克服汽輪機排汽室至凝汽器喉部流動阻力的壓力差，即汽輪機背壓與凝汽器壓力是不相等的，存在微量差值。

汽輪機排汽以余速從末級動葉出口排出，經呈擴壓的低壓缸蝸殼進入凝汽器的，而凝汽器的喉部將汽輪機排汽口與凝汽器殼體連接起來，對凝汽器起到接收、組織和分配蒸汽的作用。汽輪機末級動葉出口排汽到低壓缸蝸殼、低壓缸蝸殼到凝汽器殼體之間是存在流動阻力，即無論如伺優化設計仍是存在流動損失的（微量）。

采用補水霧化裝置后，使水滴顆粒直徑減小，表面積增大（較原淋水的表面積增大20～30倍），使對流接觸換熱增強，即與霧化水接觸的汽輪機部分排汽將急劇凝結；同時霧化水所占有的空間大，使汽輪機排汽在大范圍內被凝結，因而在凝汽器喉部的局部提前形成真空，相應減少排汽的流動阻力，即降低了汽輪機背壓、提高了蒸汽在汽輪機內的做功能力。

凝汽器喉部實現“0”出口端差換熱、提高凝汽器真空：由于霧化水的換熱面積大；霧化裝置至凝汽器換熱管之間有800mm的高度（不包括噴嘴的霧化水噴射高度），霧化水與汽輪機排汽有足夠的接觸換熱時間，使補充水能夠加熱到飽和溫度（僅在凝汽器的喉部，還未接觸冷卻水管）；而部分汽輪機排汽放出汽化潛熱被凝結成飽和水，實現“0”出口端差換熱，其換熱效率高。由于部分排汽提前凝結成飽和水，相應降低了凝汽器熱負荷，有利于凝汽器真空的提高（凝汽器為表面式換熱，換熱效率低于混合式換熱）。

降低了凝結水的溶解氧量，改善水質：化學鹽水是沒有經過除氧的，因而補充水中溶解一定量的氧氣及其它氣體。

補充水的霧化，加大了水滴的表面積，有利于溶解氧的分離；又在短時間內被加熱到飽和溫度，有利于溶解氧的析出；而析出氣體經凝汽器的抽空氣裝置及時排出，如此降凝結水中的含氧量，改善水質，增強了低壓加熱器的傳熱效果、減緩了氧化腐蝕速度。

帶來的不利因素

由于補充水的霧化，水滴顆粒直徑較小。在停機狀態時將使凝汽器喉部、低壓缸蝸殼內的空氣濕度大，增加了末幾級葉片及其它設備的銹蝕，因而停機狀態下凝汽器補水時應采用#1凝汽器的補水旁路進行，如此增加了運行人員的操作量。又為保證霧化效果，其霧化噴嘴的通流量是有限的，故事故時（如鍋爐漏泄需大量補水）也應采用#1凝汽器的補水旁路進行。

可見在停機狀態或事故補水時，通過運行人員的操作調整，可以彌補設備的不足。