機組正常運行期間與凝汽器真空的關系分析

□初廣宇

一、凝汽器真空及其傳熱影響因素

(一)真空。真空指的是壓力，具體說，指的是外界的大氣壓Pb，與在該處測量所得的絕對壓力Pa之差。若以Ph表示真空度，則Ph=Pb-Pa。每一蒸汽在其飽和狀態下的溫度都與一定的平衡壓力相對應。不難想到，凝汽器中蒸汽最低的極限溫度就是循環冷卻水的溫度，循環冷卻水將蒸汽的全部汽化潛熱帶走，在凝汽器中形成高度的真空。

也可以這樣看真空，汽輪機的排氣容積為可觀的，而凝汽器必須容納下汽輪機巨大的排氣容積。由于排氣的比容遠大于水的比容，因而排氣通過大量管束換熱面被循環冷卻水冷卻后，放出汽化潛熱而全部冷凝成凝結水時，比容突然縮小很多，這樣使原來充滿氣體的空間空了出來，而形成高度的真空。當然實際情況是，乏汽不斷排入、凝結水不斷抽出，而凝汽器是在小于大氣壓力下較高的真空度下工作的。

(二)傳熱。要想保證在凝汽器中有效地實現熱交換，就需要滿足下述三項基本條件：第一，應使凝汽器壓力下的乏汽凝結溫度高于循環冷卻水的溫度，即須在循環冷卻水與被凝結的蒸汽之間存在一定的溫度差。第二，應有充足的冷卻水量流經凝汽器，使冷卻水吸收了乏汽的全部汽化熱以后，冷卻水的溫度仍能滿足前一條件，即要凝汽器的循環冷卻水出口溫度仍低于乏汽的凝結溫度。第三，凝汽器的結構應保證汽輪機排汽有效地通過全部管子，并保證在蒸汽與循環冷卻水之間具有強烈的熱交換。為此，需要做到：一是充分的冷卻。二是傳熱管束的合理分布和有自由的蒸汽通路。三是傳熱管束表面保持清潔，增大換熱系數。

二、真空下降與機組運行狀態之間的關系

(一)凝汽器真空度下降的主要表征。一是排汽溫度的升高；二是凝結水過冷度增加；三是真空表指示降低；四是凝汽器端差增大；五是機組出現振動；六是在主調閥開度不變的情況下，汽輪機負荷降低。

(二)機組正常運行期間與真空的關系。凝汽器系統在機組啟動、運行、停運期間運行。凝汽器允許的最大壓力如圖1所示：在電功率>689MW時，凝汽器真空與負荷成比例關系，限制汽機升功率。在電功率<689MW時，凝汽器壓力不高于-90kPa，否則限制升功率。

正常運行時，凝汽器真空要求高；在沖轉時只要求-70kPa，真空可差些，因為背壓高，沖轉時，蒸汽流量會大些，汽輪機預熱效果更好。

圖1 凝汽器允許壓力隨電功率的變化關系

在汽輪機啟動、加負荷和功率運行時，凝汽器的絕對壓力不應劣于：第一，-50kPa：當向凝汽器排放蒸汽、開啟高溫疏水或在加熱主蒸汽管道時，到向汽輪機供汽前；(真空低于-50kPa，說明沒有冷源)。第二，-70kPa：沖轉汽輪機，提升汽輪機轉速到1,100rpm之前；第三，-92kPa：中速曖機的末期、空載運行或加負荷到30%額定功率時；第四，-88kPa：負荷接近額定功率時；第五，從-92kPa到-88kPa：負荷從30%～100%的過程中(凝汽器中的壓力不應該超過與負荷相關的線性數值)。

沖轉時要求真空很低，低功率時要求真空很高，高功率時真空又可低些，這主要是考慮汽輪機的鼓風效應。沖轉時，低壓缸不做功(低壓缸入口壓力與凝汽器壓力一樣即可判斷低壓缸不做功)，相當于低壓缸內蒸汽不流動，而葉片在旋轉，與蒸汽摩擦使葉片溫度上升，沖轉時巡檢軸承會發現低壓缸排汽的地方溫度很高，低壓缸排汽溫度大于200℃會跳機。如果此時真空還不好，蒸汽更不流動，冷卻葉片效果更不好。

高功率時，壓力高，蒸汽流動好，與葉片摩擦減小，蒸汽溫度會低些，真空可差些。

三、結語

凝汽器真空涉及多個系統，如凝結水系統、汽輪機軸封系統、凝汽器抽真空系統、循環水系統等，在機組正常運行期間，真空對機組的穩定運行及機組經濟性有著直接的關聯性，在機組運行中應時刻關注凝汽器真空及其影響因素變化趨勢，以便出現異常情況時盡早干預，保障機組的安全穩定運行，提高運行經濟性。