凝汽器的水泵管结垢分析

凝汽器的水泵管结垢分析

0凝汽器清洁系数由于凝汽器真空低，严重影响了发电厂的安全运行，而冷水装置的真空低。重要原因是冷水装置水温的确结。到目前为止,一直沿用国家标准中凝汽器清洁系数这一概念来判别凝汽器冷却水管的污染程度。所谓凝汽器清洁系数是指被污染的冷却水管传热系数与在相同工况下工作的同样尺寸和材料的新冷却水管传热系数之比。但凝汽器冷却水管受污染(如结垢)后,究竟对凝汽器的真空影响多大?对机组的运行经济性影响多大?这是凝汽器清洁系数所无法解决的问题。正是基于这种现实情况,需对电厂凝汽器的冷却水管结垢进行定量分析。1冷却水管结垢对排汽温度的影响如图1所示,将整台机组取为一个热力系。Q1为外界输入锅炉的有效利用热量,Q2为凝汽器的放热量,Q3为汽轮机、蒸汽管道及发电机等的散热量(锅炉散热损失已考虑在Q1内),N为汽轮发电机组对外输出的功率。则根据热力学第一定律Q1=Q2+Q3+ΝQ1=Q2+Q3+N(1)由热力学第一定律,计算凝汽器的放热量Q2。(2)根据传热方程、准则方程、传热系数计算式等分别计算凝汽器冷却水管清洁时的传热系数k,冷却水量Gw,水侧放热系数α2及汽侧放热系数α1。(3)冷却水管结垢将使汽轮机排汽温度升高。所以先假设一个排汽温度tS1,查饱和水蒸汽表得到与之对应的排汽压力pc1,再根据凝汽器通用修正曲线可得到机组功率的减少值△N。由热力学第一定律知,在Q3不变时,凝汽器的放热量应为Q20=Q2+△N。接着分别计算出冷却水管结垢情况下的冷却水出水温度tw21,相应的水侧放热系数α21,传热系数k1及凝汽器的放热量Q21。若|Q21-Q20|Q21≤10-6|Q21−Q20|Q21≤10−6,则说明假定的排汽温度正确,否则重新假定排汽温度进行计算,直至满足要求(这在计算机上是很容易完成的)。(4)计算凝汽器冷却水管清洁时及结垢时的凝汽器真空、机组的热耗率。2预凝水装置热水管的结垢分析以某电厂200MW机组凝汽器为例进行说明。2.1原始计算数据原始计算数据如表1、表2所示。2.2详细计算2.2.1设计参数选取结果由前面所述,Q2=Q1-Q3-NQ1=G0(h0-ˉtgs)+Gzr(hzr-hzl)=487324.96kWQ1=G0(h0−t¯gs)+Gzr(hzr−hzl)=487324.96kWQ3可根据设计参数计算选取,经计算得Q3=1.833%Q1,所以,Q2=0.98167Q1-N=276859.29kW。2.2.2水侧放热系数t传热系数:k=Q2FΔtm=Q2F(tw2-tw1)lnts-tw1ts-tw2=2332.90W/(m2⋅℃)冷却水平均温度:tf=tw1+tw22=25.95℃以此为定性温度,查表得:导热系数λf=0.610W/(m·℃);动力粘度νf=8.86×10-7m2/s;普朗特数Prf=6.07;定压比热容cpf=4.178kJ/(kg·℃);冷却水密度ρf=996.71kg/m3。冷却水流量Gw=Q2cpf(tw2-tw1)=7125.38kg/s冷却水流速wf=Gwρnbπ4d2=1.713m/s雷诺数Ref=wfdvf=48335.21Ref>104,处于旺盛紊流区。则Nuf=0.023R0.8efP0.4rf=264.49水侧放热系数α2=λfdΝuf=6453.56W/(m2⋅℃)由牛顿冷却公式Q2=α2F(tw-tf)得冷却水管壁面温度tw=tf+Q2α2F=29.77℃因tw-tf=3.82℃<20℃,即冷却水与壁面具有中等以下温差,所以选用上式计算水侧放热系数正确。汽侧放热系数α1=11k-1α2-δ1λ1=3780.38W/(m2⋅℃)2.2.3传热系数k1的计算该电厂冷却水系统采用闭式循环,用地下水作为凝汽器的冷却水。该冷却水的碱度、硬度大,水垢的成份主要是碳酸钙和碳酸镁,其导热系数λ2=1.75W/(m·℃)。利用计算机程序将凝汽器真空通用曲线拟合成以下公式△Ν=1771.68pc-9.12(pc≥0.00515ΜΡa)式中,pc为汽轮机排汽压力,MPa;△N为因排汽压力升高(凝汽器真空降低)使机组功率的减少值,MW。现假定冷却水管内壁结了δ2=0.4mm厚的水垢,导致排汽温度由ts=37.2℃上升至ts1=42.6951℃,则与之对应的排汽压力由pc=0.00635MPa上升至pc1=0.008566MPa,机组的功率减少△Ν1=1771.68(pc1-pc)=3926.04kW根据热力学第一定律,此时凝汽器放热量应为Q20=Q2+△Ν1=280785.33kW冷却水出水温度tw21=Q20cpfGw+tw1=30.73℃定性温度tf1=tw1+tw212=26.02℃查表得:λf1=0.610W/(m·℃),νf1=8.85×10-7m2/s,prf1=6.06,ρf=996.70kg/m3。此时,冷却水管内径d1=24.2mm,以上述同样的方法可计算出:冷却水流速wf1=1.828m/s,雷诺数Ref1=49985.99,努谢尔特数Nuf1=271.52,水侧放热系数α21=6844.10W/(m2·℃)。则,传热系数k1=11α1+1α21+δ1λ1+δ2λ2=1542.31W/(m2⋅℃)在传热系数k1的计算中,认为冷却水管污染前后凝汽器的汽侧放热系数是不变的。因为影响汽侧放热系数的主要因素是蒸汽的流速、冷却水管的排列、不凝结气体的含量等。而在汽轮机负荷不变、抽气器工作正常、真空系统严密性正常的情况下,上述影响因素是近似不变的。凝汽器的放热量Q21=k1FΔtm1=k1F(tw21-tw1)lnts1-tw1ts1-tw21=280785.48kW因|Q21-Q20|Q21=5.34×10-7＜10-6,说明假定的汽轮机排汽温度正确。2.2.4冷却水管结垢0.5mm时凝汽器的真空及机组的热耗率冷却水管清洁时凝汽器的真空及机组的热耗率Ηc=pa-pc=0.09465ΜΡaq0=3600Q1Ν=8705.13kJ/(kW⋅h)冷却水管结垢0.4mm时凝汽器的真空及机组的热耗率Ηc1=pa-pc1=0.092434ΜΡaq1=3600Q1Ν-ΔΝ1=8878.08kJ/(kW⋅h)冷却水管结垢0.4mm时使凝汽器的真空下降△Η=Ηc-Ηc1=2.216×10-3ΜΡa冷却水管结垢0.4mm时使机组的热耗率增加△q=q1-q0=172.95kJ/(kW⋅h)3垢层厚度对凝汽器运行及机组经济性的影响(1)上述定量计算表明,冷却水管结垢严重影响着凝汽器真空及机组运行的经济性。冷却水管结垢0.4mm时,使凝汽器真空下降2.216kPa,使机组的功率减少3926.04kW,使机组的热耗率增加172.95kJ/(kW·h)。为了更进一步说明问题,在这里还以同样的方法计算了不同污垢层厚度对凝汽器真空及机组经济性的影响数据,如表3所示。(2)由表3可看出,随污垢层厚度的增加,凝汽器的真空和机组的功率近似成正比例下降,机组的热耗率近似成正比例增大。所以机组运行中,除按规定投用凝汽器胶球清洗装置外,还应根据当地冷却水质情况,对凝汽器进行定期检查和清洗(如本文提到的污垢层可利用机组大小修时间进行酸洗),以确保凝汽器运