汽轮机设备运行.doc

汽轮机辅助设备系统的启停及运行 在火力发电厂中，工质循环做功主要分为四大过程：蒸汽在锅炉中的定压吸热过程、蒸汽在汽轮机中的膨胀做功过程、乏汽在凝汽器中的定压放热凝结成水的过程、水在给水泵中的压缩升压过程。可见凝汽设备是凝汽式汽轮机组的一个重要组成部分，其工作性能的好坏直接影响着整个机组的经济性和安全性。 图2-1为火力发电厂的热力系统。燃料在锅炉内燃烧加热给水，使之汽化产生具有一定参数的蒸汽，这是热力系统的热源区，称为“热端”；在汽轮机内，蒸汽的部分热能转变为机械能后排入凝汽器，凝汽器的冷却水将排汽冷凝成水，吸收了排汽凝结所放出的热量。凝汽设备及其冷却水系统起着冷源的作用，称为热力系统的“冷端”。 一、凝汽设备的作用 在图2-1所示中，凝汽设备主要由凝汽器4、凝结水泵7、循环水泵5及抽气装置12等组成，是火力发电厂热力系统中的一个重要组成部分。 凝汽设备的作用主要有： (1)在汽轮机排汽口建立并维持一度的真空，以提高汽轮机的循环热效率。 (2)冷凝汽轮机的排汽，再用水泵将凝结水送回锅炉，以方便地实现热功转换的热力循环。 除此之外，凝汽器还对凝结水和补给水有一定的真空除氧作用，并且可以回收机组启停和正常运行中的疏水，接收机组启动和甩负荷过程中汽轮机旁路系统的排汽，减少工质的损失。 在机组启动时，凝汽器的真空是靠抽气器抽出其中的空气建立起来的。此时，所能达到的真空值较低。在汽轮机正常运行中，低压缸的排汽进入凝汽器，凝汽器中真空的形成，主要是靠汽轮机的排汽被冷却成凝结水时，其比体积急剧缩小形成的。如在4.9kPa的压力下，lkg蒸汽的体积比lkg水的体积大两万多倍。这样，当蒸汽凝结成水后，其体积骤然缩小，原来被蒸汽充满的空间就彤成了一定的真空。此时，抽气器的作用是抽出真空系统中漏入的空气以及其他不凝结气体，以维持凝汽器的真空。 汽轮机的排汽进入凝汽器冷凝后产生的凝结水，汇集在凝汽器的下部也即热井中，再由凝结水泵送到除氧器，作为锅炉的给水。循环水泵供给凝汽器工作时所需的冷却水（一般为水质较差的循环水），冷却水进入凝汽器内吸收并带走汽轮机排汽凝结时所放出的热量。 二、凝汽器的分类及结构 （一）凝汽器的分类 按照汽轮机排汽凝结的方式不同，凝汽器可分为混合式和表面式两种类型。混合式凝汽器采用排汽与冷却水直接接触的混合换热来凝结排汽，它对冷却水水质的要求较高，否则凝结水将不能回收。表面式凝汽器采用排汽与冷却水通过金属表面进行间接换热的方式来凝结排汽。目前，大部分火力发电厂均采用表面式凝汽器。表面式凝汽器按冷却水的流程又可分为单流程、双流程、多流程；按水侧有无垂直隔板，又可分为单一制（单道制）和对分制（双道制），大型电厂多采用对分制凝汽器。随着电厂，特别是核电站汽轮机单机功率的增长，凝汽器冷却水进水方式出现了在同一壳体内冷却水通过3-6根进水管，进入相应的3-6个水室去的凝汽器分别称为三道-六道制凝汽器；按进入凝汽器的汽流流动方向，又可为气流向下式、汽流向上式、汽流向心式和汽流向侧式。 按照凝汽器冷却介质的不同，又可以将凝汽器分为水冷却式凝汽器和空气冷却式凝汽器。空气冷却式凝汽器又分为直接空冷凝汽器、间接空冷表面式凝汽器、间接空冷混合式凝汽器。 按照凝汽器汽室压力数，又可以将凝汽器分为单压凝汽器和多压凝汽器。一般来说，多压凝汽器与单压凝汽器相比，可使汽轮机组热效率提高7：j吒- 0.25%，我国制造或引进的500MW以上的机组多采用双压凝汽豢 i二）凝汽器的结构 下面以表面式凝汽器为例，介绍有关内容。 1表面式凝汽器的结构简介 蚕2-2为表面式凝汽器的结构示意图。它主要由外壳1、水室端盖2麓二、固定在端盖与壳体之间的管板4以及装在两端管板上的许多冷却水等j等组成。一凝汽器内部被管板和冷却水管分成蒸汽（汽侧）空间和冷却！：水侧）空间。冷却水从进水口11进入凝汽器，沿箭头所指的方向经：冷却水管内部，吸收排汽传递的热量后，从出水口12流出。汔轮机的辛气扶进汽口6进入凝汽器，接触比蒸汽温度低的冷却水管后，释放热量凝结成水。最后汇集在热水井7中，由凝结水泵抽出。不凝结的气体流经空气冷却区9后，由空气抽出口8抽出。要维持蒸汽和空气混合物以一定速度向抽气口流动，抽气口8处应保持较低的压力p”。压差(Ap=p。一p”。)称为凝汽器的汽阻。汽阻越大，凝汽器内的压力p。也越高，经济性越低。大型机组凝汽器的汽阻约为0.3 - 0.4kPa。 凝汽器中冷却水的阻力称为水阻。它由冷却水管内的沿程阻力、冷却水由水室进出冷却水管的局部阻力与水室中的流动阻力（包括由循环水管进出水室的局部阻力）三部分组成。水阻越大，循环水泵的耗功越大。单流程凝汽器的水阻较小，双流程凝汽器的水阻较大，约为49 - 78kPa。 2冷却水管的布置形式 合理的凝汽器内管束的布置形式能提高凝汽器的传热效果，直接影响凝汽器的真空度，所以冷却水管的管柬形式与汽轮机的经济运行有着密切的关系。合理的管束布置要求具有较高的传热系数和较小的汽阻，且不应使凝结水过冷却。为保证凝结水温度接近排汽温度，消除凝结水过冷却现象，现代凝汽器都设有专门的蒸汽通道，使部分蒸汽直接达到热井加热凝结水，称为回热式凝汽器。 国产125MW及以下的机组较普遍地采用带状布置形式。目前大容量机纽有的采用辐向块状布置方式；有的采用卵状布置方式。卵状布置方式的优点是：蒸汽向抽汽口流动时，流程均匀、短直；蒸汽流道宽、流速低；主凝结区热负荷高且在各区域分布均匀；空气冷却区能够比较充分地冷却汽、气混合物。 113抽汽口的布置方式 为降低抽出空气的温度，减少随空气一起被抽出的蒸汽量，降低抽气器的负荷，在凝汽器内的抽汽口8附近，专门布置有一簇管束，并用带孔的挡板10将它和其他管束分开，形成空气冷却区9，其余管束称为主凝结区。抽汽口的位置不同，空气冷却区的位置也就不同，汽流在凝汽器内的流动方向也不同。在汽侧空间，为了避免蒸汽直接短路至抽汽口，在可能短路的地方设有挡汽板。 根据空气冷却区布置的方位，把凝汽器分为汽流向侧式和汽流向心式两类。汽流向侧式凝汽器多采用带状排列管束，空气冷却区在两侧；汽流向心式凝汽器多采用辐向排列的管束，空气冷却区在中央。 4热水井真空除氧装置 大功率汽轮机凝汽器的热水井中均设有除氧装置。图2-3为N-11220 -1型凝汽器的淋水盘式除氧装置。来自管束侧面通道中的蒸汽直接蕾乏盘4内的凝结水接触，将凝结水加热到与该处压力相对应的饱和温要笈凝结水中溶解的气体大为减少。淋水盘的左右两翼开有许多小孔，奄兰水自小孔成水柱流下，击溅在溅水角钢5上，散碎成小水珠，使水的- +积增大，溶解在水中的气体得以迅速逸出。托盘与热井侧面之间有小圣童，运行中部分蒸汽由此进入除氧区，溅水角钢及淋水盘下部，将水珠-l-热，使凝结水中的溶解气体进一步析出。析出的气体经排气管2引至空-j却区，最后由抽汽口抽出。 蓬汽器的喉部与汽轮机排汽口的连接必须保证严密，同时还要求在汽甓t受热时可以自由膨胀。否则将会使汽缸发生位移和变形。目前，大功聂置芝吼广泛采用的连接方式有刚性连接和弹性连接两种。刚性连接是指凝-萎的喉部与汽轮机排汽口直接焊接起来，同时用支持弹簧来承受凝汽嚣i-：量量，以补偿垂直方向的热膨胀。弹性连接是指凝汽器与排汽缸之间蔓嚷麦，申缩节或不锈钢伸缩节来连接，此时凝汽器直接安装在基座之上。等气笔机排汽缸受热膨胀时，利用伸缩节来补偿。三、凝汽器的投运和停止 汽器是汽轮机组的重要辅助设备之一，一般在汽轮机本体启动之前婪V、主行，在汽轮机本体停运之后停运。凝汽器能否正确投运，直接影响i；？主；j启动时间和启动性能。 凝汽器的投运包括启动前的检查和启动操作两部分，下面分别进行介绍。 （一）投运前的检查与试验 凝汽器投运前的检查与试验是保证凝汽器顺利投入运行的重要步骤。凝汽器投运前的检查与试验项目规定如下： (1)凝汽器灌水试验。它可以及时发现凝汽器铜管及与凝汽器相连的部分管道和附件有无泄漏，是凝汽器找漏的有效手段之一。 (2)电动门的开关试验。循环水系统的电动门试验，不但要看其开关动作是否灵活及关闭是否严密，终端开关动作是否正确，而且还要记录其全开至全关的动作时间，这点对将来的凝汽器运行工作有着重要的指导意义，如出口门的调整等。 与凝汽器有关的补水系统的电动门、气动门也应做开关、调整试验，确保其动作灵活可靠。 胶球系统收球网也应做开关试验。 (3)按照运行规程要求对凝汽器的汽、水系统阀门进行检查，各阀门的开关状态应符合要求。一般汽水侧放水门关，水侧入口门开，水侧出口门适当开启。 (4)检查热工仪表在正确投入状态，如水位表、压力表、温度表等。 (5)检查检修工作已结束，人孔门封闭，设备已恢复，灌水试验用的临时支撑物已去掉。 （二）凝汽器的投运操作 凝汽器的投运分两个步骤，即循环水侧的投运和凝汽器汽侧的投运。水侧投运在机组启动前完成，也不宜投得过早，以节约厂用电；汽侧投运和机组启动同步进行，是机组启动的一个组成部分。 1循环水侧的投运 对单元制系统，凝汽器循环水侧的投运与循环水系统的投运同步进行。在做好准备工作之后，启动循环水泵，循环水系统及凝汽器水侧投入运行。对于轴流式循环泵，凝汽器出口管的闸门必须开启。 对母管制运行的循环水系统，则应注意循环水母管的压力变化情况，必要时可增加循环水泵的运行台数，避免影响其他机组的安全运行。 在凝汽器循环水排水管道的高位处，将排空气门打开，以便将空气从循环水管道中排除，到放空气门排出水时，便可将该阀门关闭。循环水系统中如装有抽气器排除空气时，应投入抽气器抽出空气。 凝汽器通水后应检查人孔门等部位是否漏水。凝汽器水侧空气排尽善蔼整凝汽器的出口水门开度，保持正常的循环水流。 二，凝汽器汽侧的投运 每汽器汽侧的投运分清洗、抽真空、接带热负荷三个步骤。 1)清洗。凝汽器汽侧的清洗是保证凝结水水质合格的重要手段之一青洗前应联系化学储备足够的补充水量，并检查关闭凝汽器的汽侧放w。_清洗时，启动补水泵，开启凝结水补水门，将水位补至一定程度善哥汽侧放水门，断续进水冲洗凝汽器汽侧的铜管及室壁，直至水质合释 二）抽真空。机组冷态启动时，应在锅炉点火前抽真空，以保证疏水奠旺遵和I质的回收，但也不宜过早。抽真空时，应检查关闭真空破坏一 气测放水门等排大气门，然后启动抽气设备开始抽真空，并与以往比夏硬据真空上升情况，判断真空系统是否正常。 3)接带热负荷。锅炉点火后，随着疏水和汽轮机旁路系统蒸汽的排_爱汽器开始接带热负荷，到机组冲转并网后，凝汽器接带的热负荷才iA -害加。在这一阶段，应注意循环水系统、抽真空系统及汽封系统的正掌主号监视凝汽器真空是否稳定，以保证机组的整个启动过程顺利进 二凝汽器运行时的注意事项 1)投运前一定要检查凝汽器灌水找漏试验时的临时支撑物已取消-歪剐性连接的凝汽器），否则将影响凝汽器的膨胀，甚至造成机组振每 二】凝汽器在抽真空以及进入蒸汽后，应注意检查凝汽器各部分的温翟琶髟张变形情况，并对真空、水位、排汽温度以及循环水的压力、温度善丐关参数进行监视。 3)投运循环水之前，禁止有疏水进入凝汽器。抽真空之前，要控制芝-、墨汽器的疏水量。 4)真空低于规程规定值时，禁止投入低压旁路系统。 三）凝汽器的停止 爱汽器的停止是在机组停机以后进行，操作顺序是先停汽侧，后停水删l遥汽器停运时要注意以下几点： 1)真空到零后，开启真空破坏门。 二）排汽缸温度低于500C后，方可允许停止循环水泵运行。 3)为防止凝汽器因局部受热或超压造成损坏，停运后，应做好防止三”i叉进疏水的措施。较长时间停运时，还应做好防腐措施。 (4)凝结水系统仍在运行中时，应认真监视凝汽器水位，防止满水后冷水进入汽缸造成事故。 四、凝汽设备的运行监视 凝汽设备运行情况的好坏，主要表现在三个方面：能否保持或接近最有利真空；能否使凝结水的过冷度最小；能否保证凝结水的品质合格。可见，评价凝汽器运行的主要指标就是凝汽器压力（真空度）、凝结水的过冷度及凝结水品质。凝汽器压力每改变lkPa，汽轮机功率将改变1% - 2%。一般过冷度增加1，发电煤耗约增加0.10-10 -0. 150-/0。在现代大型凝汽器中，凝结水过冷度一般不超过0.5 -1。 凝汽设备的运行监视主要有以下几个方面。 1凝汽器的真空 运行中，凝汽器的真空下降将直接引起汽轮机热耗、汽耗的增大和出力的降低。也就是说凝汽器真空的变化，对机组的经济性和安全性都有很大的影响，所以，运行中必须严格地监视凝汽器的工作情况。具体监视项目见表2-1。 凝汽器真空下降，可分为急剧下降和缓慢下降两种。真空急剧下降多数原因是抽气装置或循环水系统工作失常，以及汽轮机轴封中断或真空严密性遭到突然破坏，这些原因是比较容易发现的。而真空以较小的数值逐渐下降时，其原因则较难查找。在这种情况下，应仔细分析凝汽设备的壬有指标，由于排汽压力值是由其对应的饱和温度f。确定的，所以可根舞式(2-1)来分析判断，即 。=tw+At +at (2-1)式中twl-冷却水进口温度，； At-冷却水温升，即冷却水出口与进口温度的差值，oC； at-传热端差，即凝汽器排汽压力下的对应饱和温度与冷却水 出口温度的差值，。 &与凝汽器的传热面积有关，在传热面积一定的情况下at为一定值，二过分增大则表明传热变差，可能是冷却管内表面积垢或凝汽器内积存三气影响传热。很显然，At与排入凝汽器的蒸汽量和用来冷凝排汽的冷三糸量有关。根据热平衡方程可得式(2 -2)，即 At：hs - he (2 -2) qw qs主=q。冷却水流量，kg/s； q。汽轮机排汽量，kg/s； 。汽轮机排汽比焓，kj/kg; 。排汽凝结水比焓，kj/kg。 ；一厶。）大体为一定值，所以/t主要决定于qw/q。我们称qw/q。可爱汽器冷却倍率，即冷凝lkg排汽所用的冷却水量，并以m表示。显一m越大，At越小，凝汽器可得到较高真空。在设计中，m值的选取三连过技术经济分析后确定。通常情况下对直流供水系统，一般在50一之间；对循环供水系统，一般在40 - 75之间。 运行中，凝汽器的真空并不是越高越好。运行中应尽量维持最有利真三-j最佳真空），以保证机组有较好的经济性。最佳真空就是指提高真三舌并增加的汽轮机功率与为提高真空使循环水泵多消耗的厂用电之差达雪，景-时的真空值。 二鼍汽器的水位监视及调整 汽器水位是凝汽器运行中的一个重要参数。水位的正常与否对凝汽景，主专的安全性与经济性均有较大的影响。凝汽器水位过高，甚至淹没部_三水管，使得凝汽器的有效冷却面积减小，真空降低，过冷度增大，凝；善为除氧效果变差，造成低压凝结水系统的氧腐蚀。同时，现代大机；弓大热井的凝汽器，其表面积很大，水位增高，对凝汽器承力部件的工作也是很不利的。凝汽器水位过低，会造成凝结水泵的汽蚀损坏，严重时会造成泵汽蚀而不上水，进而影响到整个系统的安全运行。 现代大型汽轮机组，凝汽器水位一般采用自动调整，并且往往同除氧器水位协调控制。图2-4为一除氧器、凝汽器水位联合调整示意图。 图2-4除氧器、凝汽器水位联合调整示意图 l-凝汽器；2一凝结水泵；3-轴封 加热器；4-低压加热器；5-补水箱； 6-补水泵；7-除氧器 在图2-4所示系统中凝汽器水位的调整过程如下： 凝汽器水位偏低时，水位调节器RNC作用使调节阀I关小，减少了除氧器的上水量，作用的结果使得除氧器的水位降低。此时除氧器水位调节器RNBA发生作用，使调节阀开大，增加了凝汽器的补水量，两方面作用的结果使凝汽器水位恢复正常。凝汽器水位升高时，其动作过程相反。 凝汽器水位过低时，水位调节器RNC作用使再循环阀在调节阀I完全关闭前打开，以保证凝结水泵的最小冷却水流量，并使轴封加热器有足够的冷却水量。 3凝结水的品质 由于凝汽器冷却水管胀口不严及水管泄漏等原因，冷却水会漏入凝汽器的汽侧，使凝结水水质变差。凝结水水质不良会导致锅炉受热面结垢，传热恶化，不但影响经济性，还会威胁锅炉设备的安全。此外，凝结水水质不良还会使新蒸汽夹带盐分，在汽轮机通流部分结垢，影响汽轮机运行的经济性和安全性。因此，机组运行中必须严格监视凝结水的品质。 亚临界压力机组的凝结水水质要求硬度为0，含氧量不超过30Lg/L，电导率不超过0.3/cm。 运行中，若凝结水水质不合格，但硬度又不很高，则可能是由于管板爰二不严有轻微的泄漏所致。这时如停运凝汽器，也不易找出泄漏处。有苎三一针对这种情况采用的应急措施是在循环水泵入口处向水中加锯木霹 木屑进入水室中，在泄漏处受到真空的吸引会堵塞针孔，使硬度能暂寸差持在合格的范围内。 如果发生铜管因材质缺陷开裂腐蚀，铜管因振动而损坏，铜管被叶片三寰，凝汽器内安装的抽气管破裂，蒸汽将铜管吹破等情况，则都会造成三水大量漏入凝结水中。这时必须停运凝汽器或半侧凝汽器进行判断找稀，垮发生泄漏的铜管用紫铜塞堵死，但被堵的管数不得大于总管数的：五否则应作更换凝汽器铜管的检修安排。 五、凝汽器的胶球清洗 循环水通过凝汽器铜管时，水中杂质会在其内壁沉淀结垢。为了保证凝专器铜管内壁的清洁，以往采用的方法是停机或降低机组出力来进行清T。现在，国内外普遍采用的方法是在运行中用胶球连续清洗凝汽器铜喜收到了较好的效果。 1胶球清洗的基本原理 一般采用直径比铜管内径大I - 2mm的胶球来进行清洗。胶球被循环-芎进铜管后，被压缩变形和铜管内壁进行全周摩擦，这样胶球在循环水三之作用下流经铜管时，就把铜管内壁擦洗了一遍。利用胶球清洗凝汽器乏主要原理是破坏了脏物在铜管内壁积聚粘附的条件，从而起到预防结垢乏达到清洗的目的。胶球一般采用圆形橡胶球，橡胶球的孔隙大小均匀，: -亏孔之间相通，长期泡在水中不变形，不变质，其湿态视密度略大于循互j：对球的硬度和耐磨性也有一定要求。普通胶球用于保持管子清洁，-i带金刚砂的胶球用于清除冷却管内壁的硬垢，特殊的涂塑胶球适用于裒管清洗。 2凝汽器胶球清洗系统 凝汽器胶球清洗系统的主要设备有：胶球泵、装球室、分配器、收球霹叉专用阀门等。 投入系统循环的胶球数量可按式(2 -3)求得，即 胶球数= 20%铜管数/Z (2-3)j中 z-为凝汽器流程数。 图2-5为胶球清洗系统。胶球装入装球室3中，从胶球泵2来的压力水流过装球室3把胶球带至分配器4，然后送入凝汽器循环水管。凝汽器出口循环水管上装有收球网1，起着收集胶球的作用。收集起来的胶球在一部分水流的夹带下陆续进入胶球泵，再次进入装球室。至此，胶球完成了一次清洗任务。根据机组容量的大小、胶球通道的长短及冷却水流速的不同，胶球在系统中循环一周的时间约为10 - 30s。 图2-5凝汽器胶球清洗系统 1-收球网；2一胶球泵；3-装球室； 4-分配器；5-差压计 分配器4两侧的阀门，以及胶球泵进口两侧的阀门，用于凝汽器中甲、乙侧轮流清洗切换之用；差压计5监视收球网的清洁状况；胶球泵进出口压力表用于监视胶球泵与系统的运行情况。 漩涡式二次滤网主要应用在直流供水系统中，也可应用于有机物、漂浮物较多的循环水供水系统。它的作用是进一