凝汽器传热分析与节能途径.doc

凝汽器传热分析与节能途径连云港宇泰电力设备有限公司摘 要 真空是影响汽轮机带负荷和热效率的一个重要经济指数，传热效能又直接影响真空的高低，从传热学的角度分析，结合轻华热电公司运行实践提出了提高传热效能，改善凝汽器交换工况的方法。 关键词 凝汽器 真空度 换热 节能1 前言 凝汽器是汽轮机组的一个重要组成部分，其作用是汽机排汽受冷却凝结成水，形成高度真空，使进汽机蒸汽能膨胀到低于大气压力，多做功，其运行工况的正常与否，直接影响到整个机组的安全和经济运行。运行人员应了解设备运行特性，做好运行监视、维护工程。保持凝汽器良好运行工况，保证达到最有利的真空是电厂节能的重要内容。2 传热与真空的分析 正常运行时凝汽器的排汽压力与排气温度的关系是饱和蒸汽的压力和温度的关系，也就是说凝汽器的排汽压力是由相应的饱和蒸汽温度来决定的，而饱和蒸汽的温度与外界冷却介质的热交换程度有关。在凝汽器中，蒸汽受冷却发生相变，相变时凝结水在整个换热面上保持饱和温度t1，蒸汽汽化潜热被冷却水吸收。 蒸汽凝结放出的热量为： hc:排汽焓，kJ/kg;hc:凝结水焓，kJ/kg;Gc:排汽量，kJ/s; r:汽化潜热，kJ/kg。 凝汽器热量传递满足Q传=KFtm tm整个换热面对数平均温压， K传热系数，kW/(m2.) F传热面积，m2 冷却水吸收的热量为： 其中：c：比热容，kJ/(kg.)；m:质量流量，kg/s； 讨论： a.当冷却水进口温度下降，其吸收的热量Q吸就增加，蒸汽冷凝温度t1就越低。 b.当受热面积F增加则冷却水出口水温度上升，其吸收热量就增加，蒸汽冷凝温度t1就越低。 c.当冷却水流量增加时其吸收的热量就增加，其增加的幅度由(1)式可看出，按数量级估算，就不及上面两种情况，当然它同样也可使蒸汽温度t1降低。 总之，冷凝温度的下降可使排汽压力相应降低，增大蒸汽在汽机内部的焓降，使得有更多的热能在汽机中转化成机械能。3 影响传热系数的因素 假定凝结换热系数为a1；导热系数a2；对流换热系数为a3；则凝汽器传热包括以下三个互相串联的换热方式： 由上述过程可推出凝结器换热系数为 这个公式揭示了换热系数的构成，即它等于传热过程诸环节之和的倒数。其中1/a1，1/a2，1/a3分别为三者的热阻，即各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的叠加。根据理论计算1/a11/a21/a3，即依次增大。传热系数表证了传热过程的强烈程度，传热系统数越大，传热过程越强，热阻越小。 下面对每一个过程进行分析。3.1 蒸汽在管子外壁的凝结换热 蒸汽冷却凝结时壁面被一层液膜覆盖，凝结放出的热量必须穿过液膜才能传到冷却面，这时液膜层就成为换热的主要热阻。影响凝结换热的因素从运行角度看主要是不凝结气体(即空气)，它对凝结换热产生十分有害的影响，即使含量极微。在靠近液膜表面的蒸汽侧，随着蒸汽的凝结，蒸汽分压力减小，不凝性气体的分压力增大。蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前，必须以扩散方式穿过聚积在界面附近的不凝结气体层，这是一层原因；此外蒸汽分压力的下降，使相应的饱和温度下降，减小了凝结的驱动力，这又是一层原因。3.2 管子内外壁的传热 清洁铜管的导热换热系数a2由其材质和结构尺寸决定，其热阻是很小的，然而冷凝器运行一段时间后，换热面上会积起水垢、污泥、油污之类的覆盖物垢层，有时还由于换热面与流体的相互作用发生腐蚀而引起覆盖物垢层。所有这些覆盖物都表现为附加热阻，使a2减小换热性能下降。由于垢层厚度及其导热系数难于确知，通常用它表现出来的热阻值来计算。3.3 对流换热的影响因素 影响换热系数a3的因素包括影响流动的因素及影响对流换热热量传递的因素，后者是由物性参数决定，前者与流速、特征尺寸及物性参数有关，而运行中能改变的只有流速。根据迪图贝尔特公式知，a3与流速的0.8次幂成正比，提高流速对换热十分显著，但同时它又增加了流动阻力，阻力与流速的二次幂成正比，故影响很大。火电厂中循环泵耗电量仅次于给水泵占全厂自用电量10%25%，运行中需要通过比较试验来确定经济流速。4 提高真空的途径与实践 据估算，中小型机组真空每提高1%，机组功率可增加1%，煤耗下降1%。若一台6000kW机组，以每年运行7000h计，每年可多发电420000kW.h，节约标煤210t。 对已投入机组采取以下措施来提高真空。4.1 降低凝汽器热负荷 目前汽轮机大部分是采用表面式凝汽器。由于有传热热阻存在，冷却水温总是比凝结水温要低，热经济性差。由于排汽量越大则蒸汽凝结放出的热量就越多，冷却介质需带走的热量越多，然而冷却热量、传热面积、循环水温度是受生产成本所限制的，为了减轻凝汽器热负荷，提高机组热效率，可在冷凝器喉部增加一套雾化式喷头，通过接触式传热，可吸收部分蒸汽凝结热，使部分补充的除盐水在凝汽器内形成一个混和式凝汽器，从而减轻了表面式凝汽器的热负荷，提高了真空。该装置改装简单，运行无需维护，投资少，经济效益显著，煤耗最多可下降4g/(kW.h)。这套装置的关键是选好喷嘴，确保喷射后的雾化水空间充满度要大；它的压差要小；能够随机飘动，其次需合理设置喷嘴间的相互位置。喷嘴减温虽然效果好，但由于已形成的凝结水在管束上粘附形成水膜，不利于管速传热。同时凝结水在自上而下滴落的过程中会遇到冷却水管的再冷却而造成凝结水的过冷度，从而影响整个机组的经济性，所以并不是喷入的冷却水流量越大，越有利于真空的提高，经济性越好，它与排汽流量的比例应由试验来确定。4.2 提高真空系统的严密性 在晚间停机时定期对喉部以下凝汽器和真空系统进行灌水检漏，消除喉部、管道接头、水位计连通接头、凝结水泵轴端密封装置等处的漏气点；检查清理喷嘴，保证其抽气效率；根据负荷的变化，经常调整汽轮机轴封，不使其中断；经常检查负压系统的阀门；加强射气抽气器的运行调整，在其压兰处不应有松动现象。4.3 清洗受热面 当需要强化一个传热过程时首先判断哪一个传热环节的分热阻最大。在冷凝器中，由于管壁两侧的热阻都比较小，因此不能忽略管壁热阻。污垢热阻有时会成为传热过程的主要热阻，须给予足够的重视，一般讲管壁两侧的对流换热热阻均在210-4m2/W以下，而经过处理的冷却水水垢可达210-4m2/W，针对这个分热阻采取强化措施，收效最显著。运行中对循环冷却水采用经过严格预处理的厂内水，同时合理安排清洗周期，采用二步法(干洗法和酸洗法)来清洗。 冷却面结垢对真空的影响是逐步积累和增强，因此判断凝汽冷却面是否结垢时，应与冷却面洁净时的运行数据作比较，结垢可使凝汽器的阻力损失增大。初期的结垢较松，污泥多，可用干洗法，利用汽机日开夜停的机会，选用除氧器的热水灌满凝汽器的汽侧，管内用风机吹干，泥垢发生龟裂后，用冷水冲掉。 当凝汽器铜管结有硬垢，真空下降已无法维持正常运行时，则需进行酸洗，针对水垢以碳酸盐为主、夹杂硅酸盐、硫酸盐、污泥混和在一起，可选用有机酸(氨基磺酸)作为主洗剂，浓度5%，它能缓慢地对铜管进行清洗，腐蚀速率小于标准1g/(m2.h)，清洗时加0.5%的酸缓蚀剂和铜缓蚀剂，适量渗透剂，0.2%氢氟酸，水温在40左右，流速0.1m/s，循环清洗，当酸度连续两次测定含量一致时结束，然后用高位冷却塔水源大流量反洗，加工业磷酸三钠循环中和排放，酸洗后铜管呈现黄铜色，表明未发生过洗现象，由于循环水的含盐量较低，故运行一段时间后铜管表面可生成一层致密Cu(OH)2保护膜，使铜表面与水隔离抑制腐蚀。清洗后可大大提高传热系数，安全性及经济性大为提高，真空可提高8%，而运行费用每年在六千元左右。4.4 降低冷却水温 冷却水温越低，冷却水从凝汽器中带走的热量越多，据测算：水温下降5，凝汽器真空可提高1%左右，而水温冷却主要取决于冷却塔的工作状况，通常进水量应与冷却塔型号相适应，过大达不到预定冷效，过小配水不均影响冷效。冷却塔中水流与空气通过逆流热交换而下降水温，当循环水量低于塔的铭牌参数时，冷却塔的淋水密度减小而风量基本未变，冷却后的水温就比铭牌参数低，这时候风扇的停开对出水温度的高低影响很大。 由于飞散及蒸发损失，冷却补充用水是较大的，及时补充冷水是保持冷却塔有效降温的重要方面。应定时检查冷却塔内的分配管是否正常旋转，出水是否顺畅，填料层是否有泥垢等等。这些因素都直接影响水的再分布均匀性，影响其散热大小。通过每年清洗垫料，真空可恢复2%3%。 如前所述，降低凝汽器进口水温是提高真空的有效途径，这比提高循环水量更有效。4.5 循环水泵的经济调度 改变冷却水量，可改变吸热量，虽然随着水量的增加，真空可逐步提高，但同时水泵的耗电量也增加了，因而需试验确定其经济水量。该厂安装时配置了3台同型号大小的循环水泵，根据冷却循环倍率的要求，最高开2台，最低开1台，出口配碟阀(全开关全操作)，根据不同季节和机组