2#汽轮鼓风机组凝汽器技术改造
[摘 要] 2#汽轮鼓风机机组改造后汽轮机汽耗量增加，运行中出现了凝汽器真空缓慢下降，凝汽器端差增大，汽轮机排汽温度显著升高的问题。通过现象分析和理论计算发现原有凝汽器冷却面积不够用，并提出了具体解决办法，取得了良好的效果。 关键词 汽轮鼓风机 凝汽器 冷却面积 技术改造
1 引言
我们知道，在保持机组负荷不变的情况下，汽轮机凝汽器真空（当容器中的压力低于大气压力时,把低于大气压力的部分叫做真空）下降，汽轮机的进汽量势必增大，导致汽轮机轴向推力增大以及叶片过负荷；真空下降，排汽温度升高，会引起排汽缸变形，机组重心偏移，使机组的振动增加以及凝汽器铜管受热膨胀产生松弛、变形甚至断裂。可见，汽轮机运行中保持凝汽器较高的真空，对机组的安全性及热经济性均非常重要。
2#汽轮鼓风机组是变转速凝汽式汽轮机拖动轴流风机，汽轮机型号为NZ79/81/07型。为满足高炉的生产需要，天铁对轴流风机进行了技术改造，风机功率得到提高，汽轮机汽耗量增加。夏天随着冷却水温不断的升高,在实际运行中出现了凝汽器真空缓慢下降，凝汽器的端差（排汽温度减去冷却水的出口水温）逐步增大，汽轮机排汽温度显著升高的问题（见表1）。
表1
油动机开度(mm) 汽温 汽压 排汽温度 (℃) 真空 (kPa) 冷却水进口 温度(℃) 冷却水出口 温度(℃) 冷却水压(MPa) (℃) (MPa) 46 48 51 56 58 434 435 431 435 433 3.5 3.5 3.45 3.45 3.45 54 54/53 54/54 65/67 64/68 79 78/79 79/78 68/65 68/65 25 26/25 25/26 29/28 31/31 36 37/36 36/36 42/41 44/44 0.11 0.11 0.11 0.11 0.11 注：汽轮机油动机开度值代表汽轮机汽耗量的数值。 2 真空下降的原因及现象
4月份之前,冷却水温度较低,机组即使在额定工况下（油动机开度在56~58mm）,真空未显示出异常。4月中旬，冷却水水质出现些问题，停机清理凝汽器铜管，并检查真空系统各辅助设备和管道正常，结果真空升至-85kPa，排汽
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温度下降至45℃以下。但随着天气逐渐变暖, 水质合格的冷却水温度升高（ 见表1），2#汽轮鼓风机凝汽器真空缓慢下降，最低降至-65 kPa，凝汽器端差最大升为27℃，现象表明凝汽器在冷却水水温逐渐升高的情况下冷却面积不够。 3 凝汽器换热面积计算
根据传热学理论，作为换热器的凝汽器，假定不考虑它与外界大气之间的换热（这对于工程计算是完全容许的），则其热平衡方程式为：
Q=DK（hk-hc）=K△tmA ………（3－1）
式中Q—凝汽器热负荷，W；
DK—凝汽器的汽耗量即蒸汽负荷，近似为汽轮机排汽量，kg/s； hk—汽轮机排汽比焓，J/kg；
hc—凝结水比焓，J/kg； K—总传热系数，W/（m2.℃）； △tm—对数平均温差，℃； A—冷却面积，m2。
3.1 汽轮机热负荷Q 3.1.1 汽轮机汽耗量
汽轮机的功率公式为：
Pe＝ηoe DK△h0/3600=ηoeDk(h0-hn)/3600……（3－2）
式中：Pe—汽轮机轴上的有效功率，单位kW； DK—汽轮机的汽耗量，kg/h；
h0、hn—蒸汽的初焓与终焓（排汽温度为45℃），kJ/ kg； ηoe— 配风机的额定工况时汽轮机的相对内效率。
以上ηoe、Pe、此功率时汽轮机的工况参数以及回热系统低加的抽汽量参见生产厂家提供的热力特性数据书。
由（3－2）式计算得出改造后额定功率下汽耗量DK为7.09 kg/s。 3.1.2 凝汽器的热负荷
由（3－1）式计算得出汽轮机热负荷Q为16980195.50W，即1.70×107W。 3.2 对数平均温差△tm
电站凝汽器采用传热学中一般换热器热力计算广泛采用的对数平均温差公式：
△tm= (t2–t1)/ln[(ts- t1)/ (ts- t2)]……（3－3）
式中：t2—冷却水出口温度，℃；
t1—冷却水进口温度，℃； ts—蒸汽凝结温度，℃。
在多流程凝汽器中的冷却水温升（t2–t1）取推荐值11℃；t1取平均水温27.5℃；设计工况时ts为45℃。
由（3－3）式计算得出对数平均温差△tm为11.12℃。
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3.3 总传热系数
美国传热学会（HEI）公式：
K=CξmβtβmVm1/2 ……（3－4）
式中C－取决于冷却管外径的计算系数，取2734，见表2
HEI公式中的计算系数C（表2）
ξm－清洁系数，应根据冷却水质条件、蒸汽纯度以及它们对冷却管材
料的影响适当选取，铜管一般推荐：0.80~0.85，这里取0.8。
βt－冷却水温修正系数，取1.01，见表3
HEI公式中的冷却水温修正系数（表3）
βm－冷却管的材料与壁厚修正系数，取1.05，见表4
HEI公式中冷却管的材料与壁厚修正系数（表4）
Vm－冷却管内流速，海军铜推荐1.7~2.1m/s，这里取2 m/s。 由（3－4）式计算得出总传热系数K为3279.80 W/（m2.℃）。 3.4凝汽器换热面积
由（3－1）式计算得出需要的凝汽器的面积A为465.60 m2。该机组实际凝汽器面积为408m2[已减去因凝汽器冷却铜管泄露（200颗）封堵浪费的冷却面积52 m2]。
可见，真空下降是凝汽器面积不够用造成的。 4 改造方案的提出
为加大凝汽器的冷却面积，根据生产现场的实际条件，最终决定对2#汽轮
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鼓风机和备机4#汽轮鼓风机的凝汽器连接。 5 改造的实施和验证 5.1 凝汽器连接方案
管道连接方案见下图：(1).管道两端连接口分别为2#汽轮鼓风机凝汽器喉部、4#汽轮鼓风机凝汽器的人孔和防爆门。(2). 2#汽轮鼓风机凝汽器至4#汽轮
2#凝汽器4#凝汽器预埋 70*70东北#膨胀指示2#风机中心线#膨胀指示3#风机中心线#膨胀指示4#风机中心线#膨胀指示鼓风机凝汽器之间的管道逐渐倾斜，保持一定的斜度，管道之间加装隔断门，并在管道合适位置安装底部疏水门。(3).管道支撑用弹性支撑和滑动支架，并在连接管道上加装波纹补偿器。(4).4＃汽轮鼓风机凝汽器喉部与该汽轮机排气口之间用铁板封堵，保证凝汽器的严密性。(5). 4＃汽轮鼓风机凝汽器其他辅助设备不做改动，正常运行。 5.2 凝汽器连接的实施
5.2.1 检查2#-4#汽轮鼓风机凝汽器连接管道按要求安装，并吹扫干净。 5.2.2 加装1#、2#、3#、4#膨胀指示，便于观察管道的受力情况。 5.2.3 各连接管道试漏，保证真空系统的严密性。 5.3 运行实验 5.3.1实验内容
5.3.1.2 2#汽轮鼓风机凝汽器单独运行试验
实验内容：(1).将隔断门关闭。(2).开2#汽轮鼓风机，开机时，记录管道的膨胀及机组的振动情况。(3).开机正常后，在不同进汽量的条件下，记录管道膨胀，循环水压力及进出水温度，调速汽门开度、进排汽参数等数据。(4).试验
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完毕后，停2#汽轮鼓风机，记录膨胀指示的恢复情况。 5.3.1.2 2#、4#汽轮鼓风机凝汽器并列运行试验
实验内容：(1).将隔断门打开。(2).开2#汽轮鼓风机，开机时，记录管道的膨胀及机组的振动情况。(3).开机正常后，在不同进汽量的条件下，记录管道膨胀，循环水压力及进出水温度，调速汽门开度、进排汽参数等数据。 5.3.1.3 隔断门在线切除和投入试验
实验内容：(1). 2#、4#汽轮鼓风机凝汽器并列试验结束后，在线切除隔断门，记录2#汽轮鼓风机的运行参数（循环水及进排汽参数）。(2).在线投入隔断门，记录2#汽轮鼓风机的运行参数。 5.3.1.4 注意事项
(1).由于在2#、4#汽轮鼓风机凝汽器并列运行时进入4#汽轮鼓风机排汽量较小，因此凝汽器水位需用再循环水门进行调节。
(2).在2#、4#汽轮鼓风机凝汽器并列运行时，注意支架的固定情况，同时注意测量排汽管道两端温度。
5.3.2 2#、4#汽轮鼓风机凝汽器并联运行试验结果
(1).2#汽轮鼓风机凝汽器单独运行时，1＃膨胀指示向西移动3 mm，2＃膨胀指示向东移动3 mm，3＃膨胀指示向北移动1 mm，4＃膨胀指示未变化；机组机头膨胀指示向南移动2.18mm；停机后，在1＃膨胀指示处将管道向东移动2mm后做支撑防止开机后向西移动，在2＃膨胀指示处将管道向西移动3mm后做支撑防止开机后向东移动。
(2).2#、4#汽轮鼓风机凝汽器并列运行时，1＃膨胀指示向上移动2mm，向西移动1mm，2＃膨胀指示向西移动1mm，3＃膨胀指示向北移动3 mm，4＃膨胀指示未变化；将隔断门关闭后，1＃膨胀指示恢复1mm，2＃膨胀指示向东移动2mm，3＃膨胀指示恢复1 mm，4＃膨胀指示未变化。
(3).运行参数见表5
表5 试验 项目 并列运行 开真空破坏门（并列） 油动机开度(mm) 排汽 温度 (℃) 真空 (kPa) 循环水 循环水 循环 水压(MPa) 4＃风机真空(kPa) 进口温度(℃) 出口温度(℃) 51.83 44.9 －84 30.2/27.5 37.6/37.9 0.11 87.54 56.12 58.3 －75 30.2/27.5 37/38.5 0.11 77.5 5
开真空破坏门（并列） 机组正常（并列） 隔断门关闭 58.01 64.5 －68 30.2/27.5 37.5/40 0.11 69.33 46.01 42.77 -85.3 27.2/25.2 33.7/34.3 0.12 89.2 47.76 45.6 －84 27.2/25.2 34.8/35.3 0.12 --- (4).试验期间机组各轴瓦振动无异常。 6 凝汽器改造后的效果
技术改造后, 4#汽轮鼓风机凝汽器抽走2#汽轮鼓风机凝汽器部分乏汽，增大了冷却面积，改善汽轮机做功环境，提高了真空值，降低了排汽温度和端差，效果明显，其中：(1).真空值由改造前的65 kPa上升到改造后的84 kPa以上。(2).凝汽器的排汽温度由原来68℃下降到45℃左右。 (3).凝汽器端差下降,由原来的24 ℃降低到10℃以下。 7 结束语
引起汽轮机真空缓慢下降的原因是多方面的，提高汽轮机的真空值关系着机组的安全和稳定，而且对提高经济效益，节能降耗有着现实意义。结合2#汽轮鼓风机的实际运行工况，查找真空下降的原因，在市场上没有任何经验可借鉴的情况下，立足有限的条件，通过对凝汽器并列运行的实施，收到了明显的效果，给高炉稳定顺行打下了坚实的基础，更为我们大大积累了汽轮机凝汽器真空治理方面的成功经验。
参考文献
[1] 《火力发电职业技能培训教材》编委会.汽轮机设备检修.北京：中国电力出版社，2005年.
[2] 辽宁省电力工业局.汽轮机运行.北京：中国电力出版社，2006年. [3] 张卓澄.大型电站凝汽器.北京：机械工业出版社，1993年.
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