空气凝汽器水环式真空泵优化运行研究

1、空气凝汽器水环式真空泵优化运行研究空气凝汽器；水环式真空泵；气汽混合物发电技术论坛ns电 二二发电技术论坛ns电二=汽轮机低压缸排汽管排汽通过粗大的分 配管道引至室外的空凝器顺、逆流冷却管束（顺、逆流管束）中，冷 却空气通过轴流风机流经冷却管束，管内蒸汽与管外冷却空气换热凝 结成水。排汽先经过顺流管束，没能在顺流管束中凝结的蒸汽及不凝 结气体进入逆流管束再次换热凝结，不凝结气体则通过水环泵抽出排 入大气111大型直冷机组中空凝器抽真空系统容积很大，600mw级 机组的抽真空系统容积达15 000m3.如此庞大的容积需要抽真空系统 良好的工作，才能及时将空凝器冷却管中的气汽混合物及时抽出，保 证

2、空凝器的换热效果。温差较大时，需要抽真空系统抽走的气汽混合 物的容积流量也相差很大。冬季环境温度较低，空凝器压力降低，水 环泵从逆流管束抽气点抽出的气汽混合物（抽气点混合物）比体积流 量增加很多，如不能及时抽走，空凝器冷却管束就会出现凝结水滞流, 发生冻结。夏季环境温度较高，没有在顺流管束中凝结的蒸汽流向逆 流管束，由于换热温差减小、冷却管束结垢等原因，部分蒸汽不能在 空凝器冷却管束中凝结，抽气点混合物不断增多。此种情况下，如果 水环泵不能将气汽混合物中的不凝结气体及时抽走，就会使越来越多 的不凝结气体聚集在冷却管束，不凝结气体增多，会造成传热恶化， 导致空凝器压力升高，影响机组的经济性。试验

3、证实，纯蒸汽的放热 系数达17500wam2.°c）,表面式凝汽器冷却管束中含1 %空气流量 时，平均放热系数降到7778wam2°c）,含空气流量7%时，放热系 数只有2蒸汽放热系数的15%蒸汽中含有空气对空凝器换热影响很 大，真空系统的运行好坏直接影响着空凝器2抽气点混合物比体积和 质量比的计算逆流管束中，不凝结气体被抽走的同时会带走一部分蒸 汽，抽气点混合物中蒸汽越多，逆流管束内蒸汽分压力就越大，换热 越好，但是水环泵的负荷增加，水环泵循环冷却水温度增高，严重时 会造成水环泵工作水汽化，影响水环泵运行。为了确定抽气点混合物 的含汽量和混合物的容积，需要计算逆流管束抽气

4、点混合物中蒸汽的 质量比和比体积比。假定pc和t是逆流管束抽气点的压力和温度，to是pc压力所 对应的饱和蒸汽温度，ps是温度t所对应的饱和蒸汽压力，则ps是 逆流管束抽气点混合物的蒸汽分压力，并且tc.由道尔顿定律得知， 逆流管束抽气点的不凝结气体（绝大部分为空气）的分压力为 pair=pcps.在压力ps与温度t的状态下，逆流管束中干度为x的湿 蒸汽比体积为：vs=xv4 （1 -x） v，（x与空凝器的特性、水环泵抽 气流速等因素有关，v，与v”是分压力ps所对应的饱和水与饱和蒸汽 的比体积（在这里v，气0001m3/kg）由于水的可压缩性很小，并且在 逆流管中x般大于85 %以上，所以

5、近似认为vs=xv，在压力pair与 温度t的状态下，不凝结气体可近似视为理想气体由理想气体状态方 程可知，比体积vair为121：这样，从空凝器抽气点抽出lm3的混 合物中含有1/vairkg的干空气和1/vskg的蒸汽。因此，空凝器的抽 气点混合物中蒸汽质量比为：=診s在空凝器抽气点压力为pc和温度 为t的情况下，抽1kg空气对应的抽气点混合物比体积为：空凝器抽 气点压力pc对应的饱和蒸汽温度tc与抽气点温度t之差at=tct在 抽气点的压力pc和at不同的情况下，由式(3)求得在at不同时， 抽lkg空气对应的抽气点混合物比体积v见表1 .发电技术论坛想ns 电二=由表1可知：(1)当空

6、凝器抽气点压力pc不变吋，at越大， 即空凝器抽气点压力pc对应的饱和蒸汽温度tc与抽气点的温度t之 差越大，则抽lkg空气对应的抽气点混合物比体积越小，但随着at 的变大而抽气点混合物比体积变化趋缓；(2)当at不变时，空凝器 抽气点压力pc越小，抽lkg空气对应的抽气点混合物比体积越大。=4.2kpa,空冷机组由于空凝器工作温度较高，可取p.=5kpa.、 分别是由式lkg干空气对应的抽气点混合物比体积流量与空凝器抽 气点压力pc的变化曲线图，这里v就看作是水环泵需要抽走的气汽 混合物的比体积流量。当环境温度大于2。(？时，建议水环泵负荷选用 at=5°c时的比体积流量；当环境温

7、度小于2°c,逆流管束有可能发 生结冰时，建议水环泵负荷选用at=3c时的抽气比体积流量。原因 是环境温度高时at取大值可以减少水环泵抽气点混合物比体积流 量，以减轻水环泵的负荷和耗功，但at不能过大，否则会过量减少 水环泵抽气流量，使空凝器中不可凝气体增多，降低传换性能。当环 境温度低时，at取较小值可增大抽气点混合物容积流量，增大空凝 器的换热性能。空凝器冷却管冬季冻结的主要原因是冷却管中凝结水 滞留造成的31 增大抽气点混合物比体积流量后，减小了凝结水滞留 的可能性，一定程度上也就避免了空凝器冷却管结冰。at=3°c时抽气点混合物比体积流量v随抽气点压力变化曲线3 真

8、空系统容积及泄漏空气流量计算真空系统容积包括主排汽管道及 排汽装置、配汽管道、空凝器冷却管束、热井和旁路系统。如华能铜 川电厂600mw直冷机组空凝器及排汽管道真空容积由于直冷机组抽 真空体积庞大，真空容积是确定漏入空气流量的主要因素，漏入空气 流量的确定比较复杂，至今还没有关于直冷机组漏入空气流量的确切 计算方法，只有表面式凝汽器的计算方法，如前苏联上世纪80年代 标准和美国hei表面式凝汽器标准。直冷机组中抽干空气流量ga的 确定，可采用经验公式4：气流量，kg/h. 000/100=120kg/h.根据国内 已建直冷机组的实际运行情况，上述抽干空气流量可以满足实际需 要.4计算实例发电技

9、术论坛ns电二11 pc=34kpa （机组最大负何 时背压所对应空凝器抽气点压力）温差5°c时，空凝器抽气点混合物 的质量流量为430.0kg/h、抽气点混合物比体积流量为当抽气点压力 pc=5kpa（机组阻塞背压下对应的空凝器抽气点压力）温差at=5c时, 应从空凝器中抽出的抽气点混合物的质量流量为346. 72kg/h,抽气点 混合物比体积流量为8 5kpa时的抽气点混合物容积流量为p （。= 34kpa时的抽气点混合物比体积流量的4. 7倍，到了冬季，抽气点压 力pc=5kpa机组为了防冻选用=3c时，抽气点混合物比体积流量为 13 380.83m3/h,为p,。=34kpa

10、吋的抽气点混合物比体积流量的7. 6 倍。所以，有必要对水环泵的运行做出优化以适应巨大的抽气点混合 物比体积流量的变化，来提高空凝器的换热性能。般600mw级直冷机组米用3台水环泵,2台运彳丁，1台备用o 以某台600mw机组为例，2台水环泵同时运行时抽气点混合物容积 流量为12 000m3/h.如果空凝器抽气点压力p=6kpa, at=3c时，抽气 点混合物比体积流量为12600m3/h,而at=5c抽气点混合物比体积流 量只有7200m3/h左右。因此，水环泵长期处于负荷不变的工况下运 行是不经济的，可通过计算确定抽气点混合物比体积流量和at的值 来控制水环泵的负荷。、是根据水环泵设计资料

11、绘制的水环泵在不同 转速下抽气点混合物比体积流量和功率随抽气点压力变化曲线。水环泵电机采用压力变送器、可编程逻辑控制器（plc）与电 机变频相结合，压力变送器的信号传到变频控制柜中，根据不同抽气 流量对真空高低的不同需要，对控制柜中的plc进行设定，即可实 现对电机的变频控制151.从中看出，当p （。=6kpa, at=3c时2台 水环泵需以450r/min转速运行，当at=5c时水环泵可以降到360r/min 转速运行；由可知当单台水环泵由420i7min降到360r/min运行时轴 功率由llokw降到85kw,水环泵可节电25kw,节电达23%左右。由于有些抽真空管道设有滤汽阀和管道阻

12、力等影响因素，水环 泵抽吸能力会随抽气点混合物比体积流量的不同而变化，特别在夏季 时，由灯亮，为断路器主触头运行中发热造成超温引起断路器自动保 护动作。对此，对柴油发电机自动控制逻辑进行了修改取消对保安 mcca、保安mccb段工作电源回路保护动作信号的闭锁，即当保 安mcc段失电时，无论电源进线开关是否保护动作，均自动闭合备 用电源进线开关；若备用电源进线开关保护动作，则柴油发电机退出 自动控制方式。4.5低电压继电器选型通常选用dy-32或dy-33型电压继电器 作为电源母线低电压保护继电器，由于这2种继电器均属于电磁型过 电压继电器，不允许在超过动作值后长吋间处于闭合状态，否则将导 致电

13、磁机构长期处于振动状态而引起继电器触点抖动、拉弧、粘连， 影响柴油发电机组的自动起动。对此，改用dy-37电磁型低电压继 电器或y-156集成电路型低电压继电器。5结论dcs的硬件功能完整，响应速度快，其输入/输岀模块 可以方便地与柴油发电机控制连接，不会出现二次安全防护问题。dcs控制保安电源系统编程简单、使用方便，口具有离线模拟 程序运行功能，便于检测控制程序的正确性；可在线组态控制逻辑， 运行维护方便。采用dcs控制保安电源可共享dcs的保安电源系统实时数 据，无需增设电缆和增加控制设备；因dcs设计中输入/输出模块的 余量较大，可利用现有资源。简化了二次控制回路，提高了可靠性、安全性。实现了保安电源切换的自动控制，使得保安电源系统开关的动 作和柴油发电机组的自起动更加迅速和可靠。发电技术论坛ns电二11 （上接第61页）夏季吋，空凝器运行 压力较高，抽气点混合物比体积流量偏小，但是抽气点混合物质