（热能工程专业论文）发电厂疏水对于凝汽器性能影响的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 凝汽器是电站凝汽式汽轮机发电机组的重要辅助设备之一。运行过程中， 除了接受汽轮机排汽外，凝汽器还接受各种疏水、补水、再循环水和各种附加 蒸汽( 以下统称疏水) 。中小型机组在接受各种疏水时不会有什么困难和问题， 但随着汽轮机单机功率的急剧增加，临界，超临界参数机组的出现，特别是直 流锅炉、核电机组的广泛发展，排入凝汽器的各种疏水参数大幅度提高，由此 引发了一系列问题。因此，对排入凝汽器的各种疏水进行研究具有重要的理论 意义和工程实用价值。 本文在了解凝汽器工作原理、分析其换热特性的前提下，从疏水的来源入 手，对各种疏水进行分类，认识疏水及其系统的运行。 基于凝汽器流动及换热特性的研究，根据稳定工况下传热平衡原理，建立 了疏水对凝汽器真空影响的静态数学模型，可以定性、定量分析某种具体疏水 对凝汽器工作性能的影响；同时，运用质量守恒和能量守恒定律，将凝汽器的 工作过程用微分来表述，建立了疏水对凝汽器真空影响的动态数学模型，用于 研究疏水排入时凝汽器真空的动态响应过程。 将建立的静态模型应用于某厂3 0 0 m w 机组、6 0 0 m w 机组凝汽器，通过计 算可知凝汽器工作性能随疏水流量及焓的变化情况：疏水量不变时，随着疏水 焓的增高，凝汽器总体换热系数基本保持不变，换热端差增加，压力升高；疏 水焓不变时，随着疏水流量的增加，凝汽器总体换热系数基本保持不变，换热 端差增加，压力升高。疏水排入可使凝汽器真空降低，影响机组的经济性。 将建立的动态模型应用于某厂3 0 0 m w 机组、6 0 0 m w 机组凝汽器，通过计 算作出动态响应曲线。由曲线可知：疏水量不变时，凝汽器真空下降速度随疏 水焓值的增高而增加；疏水焓不变时，其变化速度随疏水流量的增加而增加。 由于凝汽系统的自我平衡能力以及疏水的流量及焓值有限，疏水一般不会造成 凝汽器真空的恶化。 通过模型计算可知：除了排入过程中对凝汽器的安全性存在影响外，疏水 对机组的经济性也有着一定程度的影响。因此，将疏水直接或经过疏水扩容器 间接通入凝汽器是欠合理的。在处理疏水的过程中，应充分考虑各种疏水的来 山东大学硕士学位论文 源，根据疏水的参数，选择合理的位置排入回热系统的主水管道，一方面减少 传热的不可逆性带来的灿损，另一方面减小其对凝汽器性能的影响。 本文还研究了两种较重要的疏水：旁路蒸汽和低加疏水。将动态模型应用 于旁路蒸汽，作出机组甩负荷旁路投入时凝汽器真空的动态响应曲线：旁路投 入前，由于机组甩负荷，凝汽器负荷减少，真空升高；旁路投入后，由于旁路 投入，凝汽器负荷增加，真空降低，最后达到新的平衡。达到新的平衡时，由 于热负荷增加，凝汽器真空有所降低。通过曲线，更好的了解旁路投入时凝汽 器真空的变化过程；将静态模型应用于回热系统低加疏水，从凝汽器真空角度 分析了其对机组经济性的影响。 关键词：凝汽器；疏水；静态模型；动态模型；真空 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t c o n d e n s e ri so n eo ft h ei m p o r t a n ta u x i l i a r yf a c i l i t i e so fc o n d e n s i n gs t e a m t u r b i n ei n p o w e rp l a n t e x c e p tt h es t e a mt u r b i n ee x h a u s t ，t h ec o n d e n s e ra l s o r e c e i v e sav a r i e t yo fd r a i n s f o rt h es m a l lg e n e r a t i n gu n i t ，t h e r ei sn od i f f i c u l t yi n a c c e p t i n gt h ed r a i n s ，b u ta st h ep o w e ro ft h es t e a mu n i ti n c r e a s e sd r a m a t i c a l l y , t h e a p p e a r a n c e o ft h ec r i t i c a la n d s u p e r c r i t i c a lu n i t s ，e s p e c i a l l y t h ee x t e n s i v e d e v e l o p m e n to fo n c e t h r o u g hb o i l e ra n dn u c l e a rp o w e ru n i t ，t h ep a r a m e t e ro ft h e d r a i n si si n c r e a s i n g ，a n da sar e s u l t ，n e wp r o b l e m sa p p e a r e d t h e r e f o r e ，t h en e w s t u d yo fd r a i n sd r a i n e dt oc o n d e n s e ri so fg r e a ti m p o r t a n c ea n dg r e a tv a l u e b a s e do nt h eu n d e r s t a n d i n go ft h ec o n d e n s e rp r i n c i p l ea n dt h ea n a l y s i so f c o n d e n s e rh e a t - t r a n s f e rc h a r a c t e r , t h i sp a p e ra n a l y z et h ed r a i n sa n dt h ed r a i n s y s t e m sc o m p r e h e n s i v e l y , i n c l u d i n gt h es o u r c ea n dt h ec l a s s i f i c a t i o n a c c o r d i n gt ot h eb a l a n c ep r i n c i p l eo fh e a tt r a n s f e ru n d e rs t a b l ec o n d i t i o n s ， t h i sp a p e re s t a b l i s ht h es t a t i cm a t h e m a t i c a lm o d e la b o u tt h ei n f l u e n c eo fd r a i n so n v a c u u m ，b a s e do nt h ef l o wa n dh e a t t r a n s f e rc h a r a c t e ra n a l y s i sa b o v e t h em o d e l c a nb eu s e df o ra n a l y z i n gt h ei n f l u e n c eo nc o n d e n s e rb yd r a i n sq u a l i t a t i v e l ya n d q u a n t i t a t i v e l y a c c o r d i n gt o t h ec o n s e r v a t i o no fm a s sa n de n e r g y ，t h ew o r k i n g p r o c e s so fc o n d e n s e ri se x p r e s s e dw i t hd i f f e r e n t i a lc o e f f i c i e n t ，t h ed y n a m i c m a t h e m a t i c a lm o d e lo fi n f l u e n c eo nv a c u u mb yd r a i n si sa l s oe s t a b l i s h e d ，w h i c h c a nb eu s e df o rr e s e a r c h i n gt h ed y n a m i cr e s p o n s eo fv a c u u mw h e nt h ed r a i n sg e t i n t ot h ec o n d e n s e r a p p l y i n gt h es t a t i cm o d e le s t a b l i s h e dt ot h ec o n d e n s e ro fa30 0m wu n i ta n d a6 0 0m wu n i t ，t h i sp a p e rd i s c o v e rt h er e g u l a t i o nt h a tt h ev a c u u mc h a n g i n gw i t h t h ef l o wa n de n t h a l p yo ft h ed r a i n sb yc a l c u l a t i n g t h a ti s ：w h e nt h ef l o wi s c o n s t a n t ，w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ee n t h a l p y ，t h ew h o l eh e a t - t r a n s f e rc o e f f i c i e n ti s n e a r l yu n c h a n g e d ，t h et e r m i n a lt e m p e r a t u r ea n dt h ep r e s s u r ei n c r e a s e d ；w h e nt h e e n t h a l p yi sc o n s t a n t ，w i t ht h ei n c r e a s eo ft h et e m p e r a t u r e ，t h ec o n c l u s i o ni ss i m i l a r t ot h ec o n c l u s i o na b o v e w i t ht h ed r a i nd r a i n i n gi n t ot h ec o n d e n s e r , t h ev a c u u mi s i i i d e c r e a s e d ，a n da sar e s u l ta f f e c t i n gt h ee c o n o m i co ft h e u n i t a p p l y i n gt h ed y n a m i cm o d e le s t a b l i s h e d t ot h ec o n d e n s e rr e f e r r e da b o v e ，t h i s p a p e rm a k ed y n a m i cr e s p o n s ec u r v eb yc a l c u l a t i n g f r o mt h ec u r v e ，w ec a n s e e ： w h e nt h ef l o wi sc o n s t a n t ，t h ec h a n g i n gr a t eo ft h ev a c u u mi si n c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s eo ft h ee n t h a l p y ；a n dw h e nt h ee n t h a l p yi sc o n s t a n t ，t h er a t ei si n c r e a s e d w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ef l o w a st h es e l f - b a l a n c ep e r f o r m a n c eo ft h ec o n d e n s i n g s y s t e r ma n d t h ef l o wa n de n t h a l p ya r el i m i t e d ，t h ed r a i nr a r e l ye a u s e st h e d e t e r i o r a t i o no ft h ec o n d e n s e rv a c u u m t h r o u g ht h em o d e l ，w ec a ns e e ：b e s i d e st h ei n f l u e n c eo nt h es e c u r i t yo ft h e c o n d e n s e ri nt h ed r a i n i n gp r o c e s s ，t h ed r a i nc a ni n f l u e n c et h ee c o n o m i co ft h eu n i t t oac e r t a i ne x t e n t t h e r e f o r e ，i ti sn o tr e a s o n a b l ef o rt h ed r a i nd r a i n e di n t ot h e c o n d e n s e rd i r e c t l yo rt h r o u g ht h ee x p a n d i n gd e v i c ei n d i r e c t l y f o rt h ed r a i n ：s o u r c e s h o u l db ec o n s i d e r e df i r s t t h e n ，c h o o s er e a s o n a b l ep o s i t i o na n dd r a i nb a c kt ot h e m a i np i p e l i n eo ft h er e g e n e r a t i v es y s t e m ，i na c c o r d a n c ew i t ht h ep a r a m e t e r so ft h e d r a i n i tc a nd e c r e a s et h ee x e r g yi nt h eh e a t t r a n s f e rp r o c e s sb e c a u s eo ft h e i r r e v e r s i b i l i t y , a l s o ，d e c r e a s et h ei n f l u e n c eo nt h ec o n d e n s e rv a c u u m t h i s p a p e r a l s oi n t r o d u c e st w oi m p o r t a n td r a i n s ：b y p a s s s t e a ma n d l o w p r e s s u r eh e a t e rd r a i n a p p l y i n gt h ed y n a m i cm o d e l t ot h eb y p a s ss t e a m ， d y n a m i cr e s p o n s ec u r v ea b o u tt h ec o n d e n s e rv a c u u m ，w h e nt h el o a dr e j e c t e da n d b y p a s ss t e a mi n p u t ，i sm a d e b e f o r ei n p u t t i n gb y p a s ss t e a m ，t h ev a c u u m d e c r e a s e d ； a f t e ri t ，t h ev a c u u mi n c r e a s e d ，a n df i n a l l yr e a c h e dan e wb a l a n c e i nt h en e w b a l a n c e ，t h ev a c u u md e c r e a s e db e c a u s eo ft h eh e a tl o a di n c r e a s e t h r o u g ht h ec u r v e ， ab e t t e ru n d e r s t a n d i n go ft h ev a c u u mc h a n g i n gp r o c e s s ，r e s u l t i n gf r o mt h eb y p a s s s t e a m ，c a nb eo b t a i n e d ；b ya p p l y i n gt h es t a t i cm o d e lt ot h el o w p r e s s u r eh e a t e r d r a i no ft h er e g e n e r a t i o ns y s t e m ，t h ei n f l u e n c eo nt h ee c o n o m yc a nb ea n a l y z e d ， f r o mt h ep o i n to fv a c u u m k e y w o r d s ：c o n d e n s e r ；d r a i n ；s t a t i cm o d e l ；d y n a m i cm o d e l ；v a c u u m i v 山东大学硕士学位论文 符号说明 冷却管外径，m i n ； 冷却管内径，r a i n ； 对应凝汽器压力下的饱和汽比焓，k j k g ； 对应凝汽器压力下的饱和水比焓，k j k g ； 汽机排汽比焓，k j k g ； 疏水比焓，k j k g ； 冷却水进口温度，； 冷却水出口温度，； 冷却水温升，； 对数平均温差，； 蒸汽平均温度，； 凝汽器换热面积，m 2 ； 循环冷却水比热容，j ( 埏) ； 循环冷却水流量，k g s ； 凝汽器蒸汽负荷，k g s ； 疏水流量，k g s ； 疏水闪蒸蒸汽量，k g s ； 疏水闪蒸水量，k g s ； 单位时间内进入凝汽器的蒸汽量，k g s ； 单位时间内流出凝汽器的蒸汽量，k g s ； 总体传热系数，w ( m 2 ) ； 冷却管有效管长，m ； 循环冷却管根数； 凝汽器压力，k p a ： 凝汽器内蒸汽分压，k p a ； 凝汽器热负荷，w ； 蒸汽与冷却管之间的凝结换热量，w ； v 珥吃吃k吃k“k她蛾么q仇皿瓯玩最瓦k 三最c q q 山东大学硕士学位论文 v i 通过冷却管壁的换热量，w ； 冷却管与循环冷却水之间的换热量，w ； 蒸汽的气体常数，k j ( k g k ) ； 时间常数，s ； 凝汽器内汽气空间体积，m 3 ； 冷却管内流速，r r g s ； 循环冷却水流程数； 换热端差，： 考虑冷却管的内表面清洁状态、材料及壁厚的 修正系数； 考虑冷却管内流速的修正系数； 考虑冷却水温的修正系数； 考虑冷却水流程数的修正系数； 考虑凝汽器蒸汽负荷变化的修正系数。 q 瓯r r 矿 圪z 研f 屹 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名：师签名：日期： 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景 1 绪论 能源是国民经济发展不可或缺的重要基础，是现代化生产的主要动力来 源。随着人们向自然的过度索取和消耗，能源问题日益突出，我国的“十一五” 规划也提出了节能降耗及其目标，并将之作为以后工作的一个重点。 电力工业是我国国民经济的基础和关键组成部分，火力发电在目前及未来 的很长一段时间内将在电力工业中占主导地位，而火力发电的源泉：煤炭，石 油等是宝贵的非可再生能源，因此提高电厂效率是我国节能降耗工作的重要一 环。 近年来，随着我国电力事业的迅速发展，火电厂热力机组越来越向大容量、 高参数、高度自动化的方向发展，这对机组安全经济运行的要求也越来越高。 凝汽器是凝汽式汽轮机的主要辅助设备，是汽轮机组的重要组成部分，是 电厂热力循环中的重要一环，其运行情况的好坏直接影响着整个电站的安全、 稳定和经济运行【1 1 。 纵观世界发电设备4 0 年来的发展历史可以看出，锅炉( 或蒸汽发生器) 、 汽轮机、发电机本体的研制水平大幅度、全面地提高了，在单机容量、参数、 实验研究、效率、寿命、年运行小时数、材料、制造工艺、安装、调试、运行 维修各个方面都有了长足的进步。然而，与这些本体设备配套的辅助设备的发 展和进步，却比较缓慢和滞后。凝汽器作为汽轮机辅助设备就是一个明显的例 子。直到6 0 年代中期，当凝汽器研制落后现象已经明显地影响到汽轮机组乃至 整个电站的进一步发展时，人们才开始逐步重视凝汽器的研究实验设计工作， 并从此获得了相当迅速的发展与提高。 概括来说，人们开始重视凝汽器的原因有下述几个方面： 从热力学角度上来看，凝汽设备在汽轮机发电机组中起着冷源的作用。在 进汽温度不变的情况下汽轮机排汽温度每降低1 0 ，机组的热效率增加3 5 ； 在机组通常的背压范围内，凝汽器压力每改变1k p a ，汽轮机功率改变 1 2 t 2 1 ，这在电厂中是相当可观的；从运行经济性上来看，凝汽器真空的好 坏，即汽轮机组终参数的高低，对循环效率所产生的影响和机组初参数的影响 山东大学硕七学位论文 同等重要。一台2 0 0 m w 机组，若凝汽器真空下降1 ，则机组热耗大约上升 o 0 2 9 ；少发电约5 8 k w ；一台6 0 0 m w 机组，真空每下降1 ，机组热耗上 升0 0 5 ，少发电约3 0 0 k w 【3 】；从设备投资上来看，汽轮机辅机价格约占主 机价格的一半，而辅机价格中的约5 0 用于凝汽器。过去黄铜管凝汽器的造价 约为汽轮机本体费用的1 4 ，现代不锈钢或钛管凝汽器的造价已达到汽轮机本 体造价的1 3 之多；从材料消耗看，凝汽器的钢材和铜管材料的消耗量也是相 当可观的；从设备的耗水量上来看，循环冷却的凝汽器用水量约占电厂总耗水 量的6 0 8 0 4 】，这对位于缺水地区的电厂来说，是一个令人注目的设备；从 运行安全性上来看，美国电力研究所对功率大于6 0 0 m w 的美国部分大型电站 机组1 9 6 7 1 9 7 6 年1 0 年期间的运行数据统计分析结果表明，汽轮机当量可用 率3 8 是由于凝汽器的问题而损失的。如果将因凝汽器冷却管的微小泄露，恶 化了凝结水品质，以致引起锅炉受热面结垢、腐蚀、甚至“爆管”事故也计算 在内，那比例就更大了。 以上事实都说明凝汽器对于电站的设计、布置、安装与运行维护都是一个 至关重要的设备。 由于作为辅助设备往往不为人们所重视，其研究实验开展比较晚，因此提 高其经济性的潜力远比汽轮机本体大。如果说目前试图通过提高汽轮机效率来 降低其造价1 ，需要付出昂贵的研究费用，那么通过提高凝汽器传热系数来 降低1 的造价所需付出的代价将小得多。 凝汽设备的主要任务有两个：( 1 ) 在汽轮机的排汽管内建立并维持高度真 空；( 2 ) 供应洁净的凝结水作为锅炉给水。另外，为了节约用水和满足电站热 力系统的需要，凝汽器除了接受汽轮机排汽外，还接受各种疏水、补水、再循 环水和各种附加蒸汽，通称为疏水。中小型汽轮机组的凝汽器接收各种疏水不 会有什么困难和特殊问题，但随着汽轮机单机功率的急剧增加，临界，超临界 参数机组的出现，特别是直流锅炉、核电机组的广泛发展，排入凝汽器的各种 疏水，不仅排入点大为增加，而且流量、参数、能级也大幅度提高了。 在过去相当长的时间内，由于对疏水缺乏认识，加之设计运行上的疏忽大 意，导致凝汽器零部件被冲击侵蚀，发生过量热变形、冷却管振动损坏等一系 列事故。因此，对排入凝汽器的各种疏水进行研究，尤其是其对凝汽器工作性 能影响的研究成为迫切而有意义的课题。 2 山东大学硕士学位论文 1 2 研究现状 1 2 1 疏水的研究 近几年来，人们开始广泛重视和研究排入凝汽器的各种疏水，但是仅有的 研究也停留在如何使其安全的排入凝汽器中去，以避免其对凝汽器的冲击侵蚀。 目前，有关排入凝汽器的各种疏水的研究主要有以下三个方面。 第一，根据疏水参数来确定其排入情况。 美国电力研究院( e p r l ) 是开展这方面研究工作的权威机构。他们同美国大 型电厂合作，把确保大型疑汽器安全可靠性特别是各种疏水安全地排入凝汽器 的课题列为电站设备研究计划的重要组成部分。按照e p r i 的研究结果，在大 型电站凝汽器的设计、运行中，由疏水的排入而造成的一些事故，主要原因如 下： ( 1 ) 凝汽器空间( 容积) 不够。在布置电站设备和系统管道时，往往把凝汽 器“挤”到一个很有限的空间内，另外喉部还常常要布置尺寸很大的低压给水加 热器。于是，剩余空间一般难于满足布置疏水排入装置及其安全扩散的要求。 ( 2 ) 附加流体排入装置设计不合理。主要表观在：没有制订正确的计算 方法或者没有遵照合理的设计( 包括结构、选材、布置等) 原则；不能确切地了 解或者低估了疏水的排入量及其参数；没有严格遵守运行管理规程。 ( 3 ) 没有充分注意蒸汽和水混合排入的情况。由于凝汽器是在真空条件 下工作，因此水在排入过程中往往发生闪蒸现象，而在蒸汽的排入过程中又常 常要求喷水减温。夹带水滴的高速汽流对构件的冲击侵蚀，危害极大，正是由 于汽流加速水滴的缘故。 ( 4 ) 附加流体排入位置不适当。对于排入流体，根据其能级高低正确地 选择排入位置是非常重要的。然而实际上难于做到这一点，其原因可能是对排 入的疏水的能级估计不足，导致排入位置不适当；也可能是由于凝汽器空间所 限，无法满足排入位置的需求。一般来说，排入位置不适当，主要表现在：排 入流体的扩散方向正对着凝汽器的关键零件冷却管，而又没有或者无法装设有 效的挡板；排入流体的扩散空间( 距离) 不足；排入流体扩散后直接冲击到热 井水面时能量较大，使热井中的凝结水发生泼散作用；温度较低的冷水从喉部 较高处排入，使汽轮机汽缸发生冷却作用。 3 山东大学硕士学位论文 ( 5 ) 疏水排入系统工作不正常。有些排入装置本来是预定在汽轮机组起 动时才使用的，但由于排入系统上游阀门失效等原因而使该排入装置远行时间 太长，因而发生冲击侵蚀破坏事故。 ( 6 ) 临时更改设计。制造时更改零部件材料，安装运行时增设疏水排入 点，这些都可能导致冲击侵蚀破坏事故。 尽可能的减轻乃至避免疏水尤其是高能疏水排入凝汽器时对其构件发生 的冲击侵蚀的破坏作用，防止事故，确保凝汽器安全可靠运行，是处理疏水排 入凝汽器问题的首要原则。 文献 5 是e p r i 在总结经验教训的基础上，基于大量损害事故的定性和定 量分析，辅之于流体力学、工程热力学的基本理论知识而发表的。其旨在提供 能够大大减轻高能疏水排入凝汽器时发生的事故和损失的详细的设计方法和 建议，这些方法和建议对从事大型凝汽器的设计、制造、安装、远行、订货、 验收的人员有非常实效的帮助。其余大部分的文献也是基于该报告内容进行研 究的。 文献 6 】提到对于处理来自电站热力系统的杂项疏水，首先应分析疏水状态 以确定其能级，根据能级排入相应的设备，如凝汽器或疏水扩容器，并具体选 择合理的排入位置；其次，按能级采用合适的疏水装置或导流结构，改善接受 设备的热力性能以确保其安全可靠地运行。必要时还考虑疏水在管路内的流速， 分析管径选择是否合理。这对疏水的处理和接受装置的设计问题作了一些初步 的分析和探讨，对更合理的处理电站热力系统的各路疏水有一定的参考价值。 文献 7 】以某1 2 5m w 的汽轮机疏水为例，提出要根据疏水的状态、参数、 能级来确定疏水排入凝汽器的排入方式和排入位置。为了确保疏水排入的安全 可靠，必须对排入的动能加以限制，也就是限制流速。汽水混合物或在排入过 程中发生闪蒸现象的饱和水或过热水，无法明确流速限制值，但也要按能级加 以限制。由于疏水大多为饱和水或过热水，因此排入凝汽器时常采用多孔节流 分配集管：低能级且温度与凝结水相差不大的，可排入热井；中能级蒸汽或低 能级蒸汽，可从凝汽器空间任意处排入，但要避免凝汽器局部金属过热变形， 排入处不宜太靠近汽轮机排汽口和膨胀节，并有足够的扩容空间，避免冲击铜 管；对于高能级疏水，可经疏水扩容器扩容后排入凝汽器，扩容器水侧排入热 井，汽侧排入凝汽器颈部，排入蒸汽能级过高时可考虑加装喷水减温装置，排 4 山东大学硕士学位论文 汽管的接入仍需考虑影响凝汽器的各项因素。 文献 8 】分别讨论了几种疏水的排入情况：对于主蒸汽管道疏水，根据美国 机械工程学会标准的规定和汽轮机厂的要求，主蒸汽管道上疏水阀在机组负荷 增加到l o 负荷之前，应保持开启状态，在汽轮机跳闸后应立即打开。以某机 组为例，通过计算可知，主蒸汽疏水直接接入凝汽器疏水集中管或接入小容积 低参数的疏水扩容器均会出现超负荷的问题，影响机组安全启动和运行，也影 响到疏水承受容器的安全；对于本体疏水，讨论了几种疏水方式，得出两种较 好的方式：集中疏水管连接凝汽器背包式扩容器的方式和集中疏水管接至紧贴 在凝汽器外侧的矩形本体疏水扩容器的方式。 尽可能的降低噪声也应列为处理疏水排入问题的一条原则。目前，对于疏 水排入凝汽器，尚不能提出噪声级的控制指标。 此外，再处理疏水排入问题上还要遵循下述两条原则： ( 1 ) 使排入的附件流体的热负荷尽可能比较均匀地分布于冷却管束，保证 冷却管束的正常工作不受太大的干扰； ( 2 ) 当排入凝汽器的各种水的含氧量较高时，要确保它们在壳体空间被充 分地加热，除氧。 第二，国内很多专家还以具体机组为例，对整个疏水系统进行了研究。这 对机组整体疏水系统的改造，提高机组运行的安全性和经济性有重要意义。 文献 9 】主要对各种疏水的开启时间进行了分析。认为汽轮机组疏水系统不 但要设计合理，保证系统疏水畅通，而且在运行中要正确地操作，保证汽轮机 本体不进冷汽、冷水，这是机组安全运行的基本保障。并通过多台不同类型 3 0 0 m w 机组的调试，对疏水系统运行方式有了一些经验，尤其对各种疏水的 开启时间进行了分析。还分析了疏水系统存在的主要问题，并提出了疏水系统 的改进建议。 文献 1 0 对国产1 5 0 m w 汽轮机疏水系统在设计上存在的若干问题进行了 探讨。提出了改进疏水系统的措施，缩短了机组起动时间，提高了机组参与调 峰运行的能力，改善了机组运行的安全性和经济性，对机组疏水系统的改造有 借鉴意义。 文献 1 1 】针对目前大型火力发电厂生产过程中，汽机疏水系统常见的几种 缺陷形式进行归纳、概括，制订对策，开发出了针对疏水阀运行情况的实时监 5 山东大学硕+ 学位论文 视系统，提出了判断运行中疏水门是否泄漏的方法和思路，为及时发现疏水系 统缺陷、进行预防性检修提供了依据，大大提高了机组运行的安全性和经济性。 文献 1 2 】在某大型机组疏水系统成功改造的基础上，针对目前在设计和运行 方式上存在的问题，对汽轮机疏水系统若干问题进行了探讨，提出按疏水点工 作压力的高低来简单区分是否接入疏水扩容器的观点是不妥的，应严格区分跳 机后真空与非真空部分。给出了疏水接入扩容器的具体方式，实践表明，取得 非常好的效果。 第三，对机组某种具体疏水进行了研究。 汽轮机本体疏水系统直接连着汽轮机汽缸内部，疏水系统布置是否科学， 疏水能否畅通，对机组的安全有着重大的影响。 文献 1 3 1 对汽轮机本体疏水系统的布置有相关的要求：高、低压疏水联箱 应分开，疏水管应按压力顺序( 需要开疏水管时的压力顺序) 接入联箱，并向 低压侧倾斜4 5 0 。 文献 1 4 1 主要讨论了汽轮机本体疏水系统的布置：布置本体疏水系统时， 不仅要考虑正常运行中疏水压力高低的分布，而且应该充分重视机组抽真空后， 直接连着汽缸本体的疏水管道处于低压或真空状态这一情况，从而决定合适的 的布置方式和运行操作方式。同时针对某电厂设计的汽轮机本体疏水系统布置 不合理导致的串汽问题，进行了系统布置优化，效果良好。 文献 1 5 】结合重庆电厂汽轮机停机大轴过热弯曲故障，分析了机组停机后 的疏水问题。讨论了大型机组停机后疏水问题的两种看法：一是认为在杜绝了 冷汽冷水源后，可以打开本体疏水；一是认为为了防止冷汽、冷水侵入气缸， 不得打开本体疏水( 一些“技术资料”也认为停机后不能开疏水) 。通过分析认 为停机后开启高排前防腐门有重要作用。 文献【1 6 主要介绍了启动疏水的回收。详细介绍了超临界直流锅炉启动过 程中存在的问题，举例说明了启动过程中所产生疏水量，认为对锅炉启动和低 负荷运行时产生的疏水进行回收都是必要的，而且是十分有意义的。最后还给 出了回收启动疏水的几种方法。 1 2 2 凝汽器静态特性的研究 凝汽器是凝汽设备中的重要设备，其内部换热过程比较复杂。凝汽器的工 作状况的好坏直接影响到整个汽轮机动力装置的运行，对其静态特性进行研究 6 山东大学硕士学位论文 不仅可以为凝汽器的设计提供依据，而且对凝汽器的经济运行和诊断也有重要 的意义。 目前，国内外有关凝汽器静态特性的研究所涉及的领域主要有以下几个方 面：强化换热、变工况特性与核算、气体流动过程与传热特性的研究、冷却管 束的布置、冷却管结垢对换热性能的影响、空气泄漏的影响、在线监测和诊断 等方面。 ( 1 ) 凝汽器的强化换热 凝汽器性能的好坏，在很大程度上依赖于它的换热情况【1 7 】。强化换热措施 应用于设计阶段，可以减小凝汽器的尺寸、降低造价；用于运行阶段，可提高 凝汽器真空，降低电厂的运行费用。凝汽器换热强化技术的研究概括起来有两 个方面：一方面力图发展各种强化装置；一方面开展实验研究，以便确定究竟 在什么样的条件下，采用强化方法才可以改善传热( 或传质) 过程。 文献 1 8 中提出，目前应用较多的表面式凝汽器强化换热技术如下表所示， 这些技术按其用于管侧( 水侧) 或壳侧( 汽侧) 而加以分类。 表1 - 1 凝汽器强化换热方法的选择 管侧强化壳侧强化 螺旋表面插入螺旋螺纹表面 横槽 纽带纵槽 横槽纵槽 管多孔物管槽多孔 应 用 _0t-_00 j 情 况 钢、钢、钢、机加 材 不锈 不锈 不锈烧结工喷 料钢、钢、钢、型涂或 钛钛钛电蚀 ( 注：符号表示可采用的方法) 螺旋槽管主要用于强化管内单相流体的传热过程，同时也有强化管外流体 或蒸汽冷凝放热的作用1 9 】，当流体流过螺旋槽管时，受螺旋槽纹的引导，到近壁 面的部分流体顺槽流动，另一部分流体则顺壁面轴向流动，通过螺纹突棱处产 7 山东大学硕士学位论文 生轴向漩涡，从而加快壁面至主流的热量传递。蒸汽在冷却管外冷凝时，螺旋 槽则成为排泄凝结液的通道，从而可使凹间突棱处的冷凝液膜减薄，减小热阻， 提高汽侧放热系数。 另外，还采用等离子注入技术。所谓等离子注入是一种近代表面处理新技 术，它是将选定的气体元素在离子源中电离成离子，经过磁质量分析器分选出 所需要的离子，分选出的离子再经过高压电场加速，形成具有高能量的离子束， 用这种高能量、高速度的离子束轰击金属表面，改变金属的物理、化学性质和 机械性能。 文献 2 0 ，2 1 都表明，采用等离子注入技术，可有效降低金属表面能，使 金属表面的润湿性能变差，从而易于形成珠状凝结，增强换热。文献【2 2 ，2 3 】 更是模拟凝汽器的换热过程，在不同真空下对等离子注入管束的换热特性进行 了研究，研究表明：在真空状态下，与普通管束的换热性能相比，等离子注入 管束具有更好的换热性能。 ( 2 ) 凝汽器变工况特性与核算 凝汽器是在确定的原始数据下计算、设计出来的，其中最重要的数据就是 凝汽器的蒸汽负荷d k 、冷却水温t 。、冷却水流量w 、凝汽器压力p k 。已经制 造好的凝汽器投入运行后，由于各种原因，前列数据不同程度的偏离设计值， 从而导致r 的变化，这种非设计计算条件下工作称为变工况。 已知冷却面积，确定各热力参数偏离设计值时的凝汽器压力的工程热力计 算，叫做变工况核算，对于了解各热力参数的相互关系、正确选择热力参数、 合理地确立热力设计观点、指导凝汽器的运行管理、预计运行中可能出现的问 题并预先采取必要的措施有重要意义。变工况核算的结果用曲线图表示称为变 工况特性曲线，通过变工况特性曲线，可从定量上了解设计参数偏离设计值时 凝汽器压力变化的情况。 文献 2 4 】将汽轮机、凝汽器变工况计算相结合，作出变工况特性曲线，得 到不同机组负荷、不通循环水进口温度下循环水泵的机组负荷切换点。以意大 利某机组为例得出：在凝汽器变工况时，两台循环水泵可以灵活改成一台运行 的方式，合理调节循环水量，使机组在最佳真空下运行。 文献1 2 5 】以传统的变工况计算方法为分析基准，提出了凝汽器在非设计工 况下运行时压力应达值的概念，从理论和试验两方面讨论了凝汽器校核计算中 8 山东大学硕士学位论文 传热系数的计算方法，提出了一种符合具体机组实际运行工况的传热系数计算 新方法。利用这种方法进行凝汽器校核计算时，做出的凝汽器变工况特性曲线 反映了具体机组的凝汽器结构和管束布置等特点。 文献 2 6 论述了机组运行参数变化对凝汽器性能的影响，指出了主要参数 ( 热负荷、冷却水速、真空系统严密性等) 对凝汽器真空、换热系数、传热端 差的影响以及抽气设备对凝汽器工作的影响，并做出了凝汽器变工况特性曲线， 有利于指导运行人员监视凝汽器的运行。 ( 3 ) 凝汽器内气体流动过程与换热特性的研究 凝汽器壳侧的换热过程是蒸汽空气混合物在复杂形状管束通道中的强制 对流、凝结换热，壳侧蒸汽的流动和换热特性直接关系到凝汽器工作性能的好 坏。 早期这一工作是通过水模型实验来完成的。 从6 0 年代初起，前苏联、美国、日本、瑞士、德国、法国等先后开展了 凝汽器管束水模拟试验研究工作。水模型试验研究是利用气体流动与水在开式 槽道中流动相似的原理，将管束中的汽气混合物的流动和部分凝结，模拟成水 绕流特制的管束模型和部分水从管子模型中绕流，从而直观地确定管束中汽气 混合物的流型、流向及流动的强弱程度，进一步从定量上确定管束各区段汽气 混合物的压力降。 随着计算机以及数值计算方法的发展，国内外开发了一系列数值模型，模 拟预测凝汽器壳侧气体流动和换热特性。 国外的研究开展的比较早：c h i l h o l md 2 7 】假定汽流及传热系数沿冷却管轴 向为常数，蒸汽为一维流动，沿蒸汽流动方向，冷却管束逐渐减少。每排冷却 管上的流动及传热系数亦为常数。其计算方法是先假定任意一个初始蒸汽流动 速度场，然后通过迭代技术使得抽气点所要求的条件得到满足，从而得到正确 的流场。b a r n e s se j 【2 8 】把径向流动的管束也用一维方法来处理，即将管束分成 几个扇区，每一区的外侧以蒸汽分配通道为界，内侧以排气口为界。对于一个 给定的扇区，一旦蒸汽从外侧进入，蒸汽通过边界流向另一区域的流动受到限 制。总体特性由所有区域的积分得出。o z e k i 2 9 】介绍的二维特性计算方法以蒸 汽和空气相等的均质模型为基础，采用控制容积积分法建立控制方程。求解方 法有：流体单元法、有限元法、有限差分法，其中采用最多的是有限差分法。 9 山东大学硕十学位论文 国内方面：杨文娟【3 0 1 和史月涛【3 1 1 基于p h o e n i c s 操作平台，采用分布阻 力和分布质量汇的多孔介质物理概念，建立凝汽器汽侧流场的三维数值模型， 将凝汽器壳侧复杂的混合物流动过程经简化后计算模拟出来，模拟结果与实际 情况基本吻合，在此基础上对结果又进行了理论分析。唯一不同的是前者以某 3 0 0m w 为例，而后者以某6 0 0m w 为例。z h a n g 3 2 1 和黄兴华【3 3 】提出了凝汽器准 三维模拟方法：对凝汽器的各个汽室建立二维模型，各汽室内的流场通过冷却 水的温度相互联系，通过对各汽室一系列二维计算来达到对凝汽器的准三维模 拟。z h a n g 用准三维方法研究了不同冷凝传热系数和淹没修正因子对凝汽器性 能预测的影响，黄兴华对z h a n g 的方法进行了改进，使其更适应于多流程凝汽 器的模拟，加快了收敛的速度。 ( 4 ) 凝汽器管束的布置 汽阻是汽气混合物在管束中向抽气口流动时受到的流体阻力。在同样的抽 气压力下，汽阻的存在使凝汽器压力升高，从而降低汽轮机组的热效率，并且 有可能造成凝结水过冷度和含氧量的提高，所以在设计凝汽器时要尽量减小汽 阻。汽阻主要和凝汽器的结构有关，特别是管束结构，因此，凝汽器管束的布 置对凝汽器的经济性有着重大的关系。 由于凝汽器厂家对所采用的管束布置进行的试验不多，因此很多管束的布 置不是很理想，目前凝汽器的管束布置方式可归纳为以下几种： 密集型管束：这类管束布置一般比较的密集，空气冷却区设在管束中央， 四周进气。为了降低进气速度，四周管子一般都加大节距或开设气流小通道。 而中央部分都密集布置； 带状管束：由于带状布置的冷却管以三角形排列，汽阻均匀且小，填充 系数小，管板尺寸大是这种管束的特点； 组合式管束：每个管束具有一定的管束，以适应各种凝汽器的不同冷却 水的要求，凝汽器热负荷大小可用改变管束的个数来适应。所以，以不同数量 的管束的组合来满足各种凝汽器的要求就是所谓的“组合式”管束。 文献 3 4 研究了大型电站凝汽器管束排列的开发及优化方法：首先根据布 管的基本原则确定新管束的开发雏形，利用流场分析软件对管束进行数值分析， 用计算机软件的模拟仿真，对凝汽器分析截面上流场情况做出定性和定量分析， 对速度场、压力场