第五章 凝汽设备及运行

第五章 凝汽设备及运行

第一节 凝结水系统及设备

一、

概述

凝结水系统的主要功能是为除氧器及给水系统提供凝结水，并完成凝结水的低压段回热，同时为低压缸排汽、三级减温减压器、辅汽、低旁等提供减温水以及为给水泵提供密封水。为了保证系统安全可靠运行、提高循环热效率和保证水质，在输送过程中，对凝结水系统进行流量控制及除盐、加热、加药等一系列处理。

1． 系统组成及流程

荥阳电厂凝结水系统为单元制中压凝结水系统，每台机组设置两台100％容量凝结水泵、一台轴封加热器、四台低压加热器。（见图５－1）。

凝汽器为双壳体、双背压、对分单流程、表面式凝汽器，凝汽器热井水位通过凝汽器补水调阀进行调节。正常运行时，借助凝汽器真空抽吸作用，给热井补水，当热井水位高到一定值时补水阀关闭，若水位继续上升则通过凝结水排放阀把水排到凝结水贮水箱。

两台100％容量的凝结水泵布置在机房零米，正常运行期间，一用一备。凝泵密封水采用自密封系统，正常运行时，密封水取自凝泵出口，经减压后供至两台凝泵轴端。启动时密封水来自凝结水补水系统。

为防止凝结水泵发生汽蚀，在轴封加热器后设一路凝结水再循环管至凝汽器，在启动和低负荷时投用。凝结水的最小流量应大于凝泵和轴封加热器所要求的安全流量500t/h，以实现冷却机组启动及低负荷时轴封溢流汽和门杆漏汽，并保证凝结水泵不汽蚀的功能。在凝结水泵入口管路上设有规格为40目的T 型滤网，以滤去凝结水中的机械杂质。

为了确保凝结水水质合格，每台机配一套凝结水精处理装置，布置在机房零米。凝结水精处理装置设有进出口闸阀及旁路闸阀，机组启动或精处理故障时由旁路向系统供水。系统亦设有氧、氨和联胺加药点。

轴封加热器位于机房6.9米，其汽侧借助轴封风机维持微负压状态，利于轴封乏汽的回收，防止蒸汽外漏。轴封加热器按100％额定流量设计，不设旁路管道，利用凝结水再循环管保证机组低负荷时亦有足够的冷却水。其疏水经水封自流至凝汽器，为了保证水封管的连续运行，水封管内不通过蒸汽，水封管高度应大于两侧压差的两倍。

凝结水系统设有四台低压加热器，即5、6、7、8号低压加热器。7、8号低压加热器为合体布置，安装在两个凝汽器的喉部；5、6号低压加热器安装在机房6.9米层。7、8号低加采用大旁路系统；5、6号低加采用小旁路。当加热器需切除时，凝结水可经旁路运行。低压加热器采用疏水逐级自流方式回收至凝汽器，并设有事故疏水直排凝汽器。

除氧器布置在除氧间24米层。除氧器采用滑压运行方式，正常运行时由汽机四段抽汽供汽，启动和备用汽源来自辅汽系统。除氧器的水位由主凝结水调节阀控制。除氧器凝结水进水管上装有一个逆止阀，以防止除氧器内蒸汽倒流进入凝结水系统。

在凝结水精处理后设有凝结水支管，为系统用户提供水源，包括低压缸喷水、凝汽器水幕保护喷水、轴封减温器喷水、给水泵密封水、辅汽减温水、本体扩容器减温水、闭式水系统补水、低旁减温水及真空破坏阀密封水等。

为提高系统运行灵活性，在除氧器入口凝结水管道上引入一路凝补水，机组启动时可给除氧器上水。另外，5号低加出口接出一路排水引至开式水回水管，启动冲洗或事故排水时可投入运行。

为保证系统用水，每台机组设置一套凝结水补充水系统。凝补水系统主要在机组启动时为凝汽器和除氧器注水及正常运行时系统的补水，也可回收凝汽器的高位溢流水。此系统包括一台

图５－１ 凝结水系统流程

２． 凝结水水质要求

凝结水水质要求如下表５－１所示：

表５－1凝结水水质技术参数

二、

系统设备介绍

１． 凝汽器 1）

概述

凝汽器的主要功能是在汽轮机的排汽部分建立一个较低的背压，使蒸汽能最大限度地做功，然后

冷却成凝结水，回收至热井内。凝汽器的这种功能需借助于真空抽气系统和循环水系统的配合才能实现。真空抽气系统将不凝结气体抽出；循环水系统把蒸汽凝结热及时带走，保证蒸汽不断凝结，既回收了工质，又保证排汽部分的高真空。

凝汽器除接受主机排汽、小汽机排汽、本体疏水以外，还接受低压旁路排汽，高、低加事故疏水及除氧器溢流水。

荥阳电厂的凝汽器为双壳体、单流程、双背压表面式凝汽器，并列横向布置。由两个斜喉部、两个壳体（包括热井、水室、回热管系）、循环水连通管及底部的滑动、固定支座等组成的全焊接钢结构凝汽器。（见图５－2）

凝汽器喉部上布置组合式7、8号低压加热器、给水泵汽轮机排汽管、汽轮机旁路系统的三级减温器等。喉部内在三级减温减压器上方布置有水幕保护装置，防止三级减温减压器失灵而使喉部温度过高。在高压凝汽器和低压凝汽器喉部分别布置了22只喷嘴，当低压缸排汽温度高于80℃时保护动作。汽轮机的5、6、7、8段抽汽管道及轴封回汽、送汽管道从喉部顶部引入，5、6段抽汽管道分别通过喉部壳壁引出，7、8段抽汽管接入布置在喉部内的组合式低压加热器。壳体采用焊接钢结构，分为高压壳体和低压壳体，内有管板、冷却管束、中间隔板和支撑杆等加强件。管板与端盖连接，将凝汽器壳体分为蒸汽凝结区和循环水进出口水室；中间隔板用于管束的支持和固定。

管束采用不锈钢管，布置方式见图５－3。这种布置方式的特点是换热效果好，汽流在管束中的稳定性强。由于布置合理，凝结水下落时可破坏下层管束的层流层，改善传热效果。

凝汽器壳体下部为收集凝结水的热井，凝结水出口设置在低压侧壳体热井底部，凝结水出口处设置了滤网和消涡装置。

循环水室内表面整体衬天然橡胶并整体硫化。凝汽器循环水采用双进双出形式，前水室分为四个

独立腔室，低压侧两个水室为进水室，高压侧两个水室为出水室；后水室为四个独立腔室，均为转向水室。

凝汽器与汽轮机排汽口采用不锈钢膨胀节挠性连接（图５－4），凝汽器下部支座采用PTFE （聚四氟乙烯）滑动支座，并设有膨胀死点及防上浮装置，补偿运行中凝汽器及低压缸的膨胀差，并避免凝结水和循环水的载荷对汽轮机低压缸的影响。

凝结水回热系统的作用在于消除凝结水的过冷和减小含氧量，提高机组的循环热效率。

低压侧壳体下部设一与低压侧壳体分隔的出水水室，出水水室通过回热管道与高压凝汽器热井连

图５－3 凝汽器管束布置图 ５－4凝汽器与汽轮机的连接

循环水双进双出结构，先进入低压侧凝汽器前水室，斜向上流经低压管束由低压凝汽器后水室，经换向管引入高压侧凝汽器后水室，再斜向上流经高压凝汽器管束经前水室排出。

这种背压不同的两个凝汽器的折算压力总是低于结构相同的单背压凝汽器，可提高循环热经济性；而且低压凝结水经过回热加热，可减少在热力系统中的吸热量。

抽气系统采用串联抽出系统，即空气由高压凝汽器流向低压凝汽器，经抽气管道抽出。蒸汽由汽机排汽口进入凝汽器，然后均匀分布到管子全长上，经过管束中央通道及两侧通道使蒸汽能够全面地进入主管束区，通过冷却水管的管壁与冷却水进行热交换后被凝结；部分蒸汽由中间通道和两侧通道进入热井对凝结水进行回热。剩余的汽气混合物经空气冷却区再次进行热交换，少量未凝结的蒸汽和空气混合物经抽气口由汽侧真空泵抽出。

图５－5 凝汽器回热系统示意图

2） N —38000型凝汽器的技术性能

凝汽器在VWO 工况下，循环倍率设计为63，设计循环水温升不超过10℃，设计水温20℃。凝汽器能在VWO 工况及循环水温33℃下连续运行，并保证除氧效果。

循环水系统设有反冲洗管路，运行中可通过反冲洗管进行半侧冲洗。 当循环水半侧运行时汽轮机能达到75％的铭牌功率。

最大保证工况下凝汽器的出口凝结水过冷度不大于0.5℃，凝汽器在正常运行负荷范围内出口凝结水含氧量不超过20PPb 。

热井容量不小于TMCR 工况下3分钟凝结水量，其正常运行水位在高低报警之间，但不小于300mm 。当低旁投入时低压缸排汽温度不超过限定值。

凝汽器管束材料为TP317L 的不锈钢管，总有效冷却面积不小于38000㎡。凝汽器冷却管总数量36976根，具有5％以上的堵管冗余量，不影响机组带负荷能力。

凝汽器设计参数见下表５－２：

２． 凝结水泵 1） 凝结水泵结构

凝结水泵的型式为立式筒袋式多级离心泵，共有四级叶轮。凝结水泵主要由外壳体、出水接管、

泵轴、四级叶轮、联轴器、密封部件、泵座等部件构成。凝泵结构示意图见图５－6。

凝结水由吸入管经外壳体进入喇叭状吸入口，水流通过首级叶轮两侧的导流器被吸进首级叶轮，首级叶轮的排水由环形导叶通道引入后三级叶轮，经升压后由出水管排出。

凝结水泵将凝汽器热井中的凝结水输送到除氧器。其工作环境恶劣，抽吸的是处于真空和饱和状态的凝结水，容易引起汽蚀，因此要求叶轮有良好的轴端密封和抗汽蚀性能，本机组凝结水泵的结构特点如下：

抗汽蚀结构特点。凝结水泵的以下结构特点保证了其具有良好的抗汽蚀性能：

A 、泵体立式安装，降低了泵的吸入口高度，提高有效汽蚀余量，改善了泵的吸入性能；

B 、首级叶轮采用双吸叶轮，降低了泵的必须汽蚀余量，其材料采用具有良好抗汽蚀性能的材料CA-6NM ，保证汽蚀余量均大于必须汽蚀余量；

C 、首级双吸叶轮两侧设有导流器，使首级叶轮的入口水流分布均匀，降低吸入口带气的可能性； D 、首级叶轮进口处壳体设计成喇叭状，增大了吸入口的直径和首级叶轮叶片的进口宽度，使叶轮入口部分流体的流速降低，减少了泵的必须汽蚀余量；

E 、外壳体上设有一个进水管排空接至凝汽器，将泵入口水中的空气抽走，防止泵吸入空气。泵投运前必须充分注水排空，正常运行中该阀门也保持一定开度。

机械密封：

凝结水泵的轴端密封采用机械密封形式，密封性能良好。密封水取自凝结水或凝结水补水系统。

3

密封水压力0.4～0.6MPa ，流量在0.3～0.6 m/h。

图５－6 凝结水泵结构示意图

2） 凝结水泵驱动电机

凝结水泵的驱动电机采用防潮、全封闭、配有电加热器的异步电动机，电动机防护等级为IP54，电动机具有F 级及以上的绝缘，温升不超过B 级绝缘的温升值。

电动机的额定电压为6KV ，频率为50Hz ，电动机的功率因数为0.8以上，效率93%。

电动机在热态下能承受150%额定电流，过电流时间大于30秒。在额定电压下，电动机的最大启动电流小于其额定电流的6.5倍。

电动机冷态下可连续启动二次，热态下只允许启动一次。

正常运行中，要求凝结水泵电动机轴承温度不超过80℃，各轴承座处的振动幅值小于0.05mm 。 凝结水泵电机停运时，应将电机空间加热器投运，防止线圈受潮。 凝结水泵电机技术参数见表５－3。

表５－3 凝结水泵驱动电机技术参数表

3） 联轴器

凝结水泵和电机通过挠性联轴器联接，可有效的避免电动机和泵的轴向尺寸积累误差与轴向推力的相互干扰而引起的主推力轴承超负荷而烧瓦的事故。与刚性联轴器相比，最大限度的避免了因联接定值精度的原因引起的立式泵横向振动。

4） 凝结水泵的技术性能

A 、凝结水泵的型号：NLT500－570×4S

N L T 500－570×4S

首级叶轮双吸叶轮级数

叶轮名义直径（m m )

泵出口管直径（m m ）筒袋式

立式凝结水泵

B 、凝结水泵性能参数

C 、凝结水泵主要运行参数

表５－5 凝结水泵主要运行参数

D 、凝结水泵性能曲线（见图５－７）

E 、凝结水泵泵组主要监视点示意图（图５－８） ３． 凝结水输送泵

凝结水补水系统设有两台凝结水输送泵，正常运行时均处于热备用状态 凝结水输送泵将凝结水贮水箱的除盐水输送到各个用户，为系统提供补水或启动用水。凝结水补水的主要用户有：凝结水系统启动注水、凝汽器的补水、加药系统的用水、凝结水泵启动初期的机械密封水源、炉水循环泵的启动及事故冷却水、除氧器上水等。

凝结水输送泵采用卧式离心式水泵，由380V 交流电动机驱动。凝结水输送泵采用机械密封型式。运行中要求凝结水输送泵轴承振幅值小于0.06mm 。

凝结水输送泵驱动电机的防护等级为IP54，电动机具有F 级以上的绝缘。电动机轴承采用滑动轴承，运行中轴承温度不得大于80℃，轴承润滑油温不得大于65℃。 凝结水输送泵及其驱动电机技术参数见表５－6、５－7。

图５－７凝结水泵性能曲线

图５－８凝结水泵泵组监视点示意图

表５－7凝结水输送泵驱动电机技术参数表

第二节 凝汽器的工作原理和真空除氧

一、 凝汽设备的工作原理

根据道尔顿分压定律，凝汽器内的压力为蒸汽分压力和空气分压力之和，要在凝汽器内形成高度真空，必须降低蒸汽分压力和空气分压力。其中空气分压力靠抽气器抽出；而蒸汽分压力等于蒸汽温度所对应的饱和压力。由于处于湿蒸汽区，蒸汽的饱和温度和饱和压力一一对应，如蒸汽温度为33℃，则对应的饱和压力为0.005Mpa 。

即：凝汽器内的蒸汽压力：p c =p a +p s 其中：Pa 为空气分压力；而Ps 为蒸汽分压力。

一般情况下，如果抽气器工作正常，则空气分压力很小，可以忽略；故可认为凝汽器内压力基本上等于蒸汽分压力。

而蒸汽分压力即为蒸汽温度所对应饱和压力。由表面式凝汽器的工作原理可知，在理想情况下，即冷却面积无限大、冷却水量无限多，凝汽器内无空气存在、蒸汽与空气之间的传热端差为零，蒸汽温度即为冷却水温度。实际情况下，凝汽器的饱和蒸汽温度ts 可由下法来确定。图５-９所示是蒸汽和冷却水温度沿冷却面积的变化规律。

图５-９ 蒸汽和水的温度沿冷却表面的分布

A c 一凝汽器总传热面积；A a 一空气冷却区面积

曲线1表示蒸汽温度ts ，ts 在主凝区基本不变，在空冷区下降较多。曲线2表示冷却水进口温度tw1，逐渐吸热升温至出口温度tw2，由于冷却水进口温度低，与蒸汽的传热端差较大，单位面积的热负荷较大，故此处曲线较陡。 蒸汽温度：t s =t w 1+∆t +δt

其中：∆t 为冷却水温升，∆t =t w 2-t w 1℃；

δt 为传热端差， δt =t s -t w 2℃。

由上式可分析影响凝汽器压力pc 的三方面因素： (1)冷却水进口温度twl

tw1主要决定于电厂所在地的气候、季节及循环水供水方式。冬季tw1低，ts 也低，排汽压力低，真空高；反之，真空低。电厂采用冷却塔或喷水池闭式供水方式时，tw1取决于冷却塔或喷水池的冷却效果。

(2)冷却水温升Δt

根据凝汽器的热平衡方程式：

') =1000D w (h w 2-h w 1) =4187D w ∆t Q =1000D c (h c -h c

则：∆t ≈520/m

式中，Q 为凝汽器的传热量，kJ ；

Dc、Dw 为进入凝汽器的蒸汽量、冷却水量，t ／h ：

') 为1kg 排汽凝结时所释放出的汽化潜热，一般排汽有10%的湿度，改值可近似取为2177kJ (h c -h c

／kg ；

h w 2、h w 1为冷却水流出、流入凝汽器的比焓，kJ/kg。 m 为凝汽器的冷却倍率（循环倍率）, m =D w /D c

由上式可见，∆t 主要决定于冷却倍率,m 越大，∆t 越小，真空越高；但m 越大循环水泵功耗越大，

循环水管越粗，末级叶片因排汽比容增大而增长，电站投资增加故设计时恰当的m 值应通过综合技术经济性比较后确定，一般m 在50-120之间。

一般汽轮机运行时，排汽量由外界负荷决定，不可调节，所以控制冷却水温升的主要手段就是改变冷却水量。冷却水量主要由循环水泵的容量和运行台数决定。冲却水量减少， ∆t 增大，真空降低。另外，冷却水量减少也可能因为其它的原因，如凝汽器管板被杂草、木块、小鱼等堵塞：冷却水管内侧结垢，流动阻力增加：循环水泵故障等，引起真空降低。 (3)凝汽器传热端差δt 由凝汽器的传热方程得 Q =KA c ∆t m

由于空冷区传热面积较小，故假设蒸汽凝结温度沿整个面积不变，这时蒸汽和冷却水之间的对数平均传热温差为：

∆t m =

∆t

ln{(∆t +δt ) /δt ]

将上两式联立求解得： δt =

exp(

∆t A c 4187D w

) -1

2

2

式中，Ac 为冷却管外表面总面积，m ；K 为凝气器的总体传热系数，kJ/ m.h.k 。

由上式可知，传热端差是由冷却管束换热情况Ac 、K ，冷却水工作情况D ，∆t 决定。设计时，蒸汽传给冷却水的热量Q 一定，Dw 由m 确定，K 由经验公式确定。若减小传热端差必须增大凝汽器的冷却面积，使造价提高，所以Ac 要由综合技术比较确定。通常不宜太小，取δt =3—10℃，多流程凝汽器取偏小值，单流程取偏大值。运行时，Ac 一定，总体传热系数K 成为影响δt 的主要因素，所以影响传热系数的诸多因素，如冷却水进口温度和流速、冷却表面洁净程度、空气含量、蒸汽温度等都引起将传热端差的改变，凝汽设备的运行性能的任何下降，都反映在传热端差的增大，因此，运行中密切监视传热端差是非常重要的。

二、凝汽器的极限真空与最佳真空

汽轮机的排汽压力越低，真空越高，则汽轮机的理想比焓降越大，功率越大。但无论从设计角度还是运行角度来说，都不是真空越高越好。对于一台结构已定的汽轮机，蒸汽在末级存在极限膨胀压力。若排汽压力低于该值，则蒸汽的部分膨胀只能发生在动叶之后，产生膨胀不足损失，汽轮机功率不再增加，反而还因凝结水温降低，增加最末级回热抽汽量而使机组功率减少。凝汽器的极限真空就是指使汽轮机作功达到最大值的排汽压力所对应的真空。而且，运行机组降低排汽压力主要依靠增加循环水量，所以此时循环水泵功耗增加，经济上不合算。

最佳真空是指提高真空后所增加的汽轮机功率与为提高真空循环水泵多消耗的厂用之差达到最大时的真空值。若只有一台循环水泵工作，且冷却水量可连续调节，如图５-１０所示。曲线1是背压pc 降低时机组电功率增量∆P el 的变化曲线，曲线2是背压降低使循环水泵所耗功率增量∆P p 的变化曲线。达到最佳真空时，经济上收益最大。所以运行中的机组要尽量保持最佳真空。实际上，运行循环水泵可能有几台，循环水量也不能连续调节，所以应通过实验确定不同负荷不同进口水温下的最佳真空。

图５-１０

三、空气对凝汽器工作的影响

进入凝汽器的空气一是由新蒸汽带入汽轮机的，由于锅炉给水经过除氧，该量极少；二是通过汽轮机设备中处于真空状态下的低压各级与相应的回热系统、排汽缸、凝汽设备等的不严密处漏入的，这是空气的主要来源。设备严密性正常时，漏入凝汽器的空气不到排汽量的万分之一。虽然量小，但危害严重，主要表现在以下几个方面：

(1)空气阻碍蒸汽放热凝结，使传热系数减小，传热端差增大，从而使真空下降。

尽管主凝区的空气平均分压很小，但冷却管外围的空气分压力明显增大，如图5-8所示。汽气混合物流向冷却水管，蒸汽在冷却水管表面凝结为水后滴下来流走，而空气不可能逆流流动，于是积存在冷却水管表面。这样，蒸汽分子只能通过扩散靠近冷却管外侧，大大阻碍蒸汽的凝结过程。实验测

2

得，纯净蒸汽的放热系数αs 为63000kJ ／(m．h ．k) ；凝汽器中有少量空气，αs 的平均值为28000kJ

22

／(m ．h ．k) ；在空冷区，空气含量较大，αs 仅为2000—6500kJ ／(m．h ．k) ，使传热系数减小，真空下降。

(2)凝结水过冷度增加。

凝结水温度低于凝汽器入口压力对应的饱和温度的现象称为过冷现象，两温度的差值称为过冷度。引起运行中凝结水过冷的正常原因有：①管子外表面蒸汽分压力低于管束之间的蒸汽分压力，使蒸汽凝结温度低于管束之间混合汽流的温度；②管子外表面水膜(包括上排管束淋下来的凝结水) 受冷却水冷却，使得水膜平均温度低于水膜外表面的蒸汽凝结温度；仅这两项使凝结水的固有过冷度达2．8℃左右：③汽阻使管束内层压力降低，也使凝结水温度降低。

除此之外，引起凝结水过冷的不正常原因有：①冷却水管排列不合理，使汽阻增大；②系统严密性不好或抽气器工作不正常，使空气分压力增大：③凝结水水位过高，淹没部分管束，使凝结水进一

步冷却。这些非正常原因，在设计和运行时应注意避免，凝结水过冷的存在使凝结水回热加热所需的燃料量增加，降低系统的热经济性，另外，会使凝结水的含氧量增加，加重对管道和设备的腐蚀，降低设备的使用寿命。因此，消除凝结水的过冷度不仅改善经济性，而且提高运行的安全性。上汽600MW 超临界机组在最大保证工况（TMCR 工况）下，凝汽器出口的凝结水过冷度不大于0.5℃。

当漏入空气增多或抽气器失常时，不仅真空降低，还将使过冷度增大；若只是冷却水量减少，则只使真空降低，过冷度不增加。可用这两条来判断真空下降的原因。

(3)空气漏入凝汽器，使排汽压力、排汽温度升高，降低机组经济性。严重时，由于排汽温度过高，还会引起汽轮机低压缸的变形，造成机组振动，甚至使机组被迫减负荷或停机。

(4)空气漏入凝汽器，增加空气分压力，从而增加空气在水中的溶解度，使凝结水中的含氧量增加，加剧低压管道和低压加热器的腐蚀，降低设备的可靠性，同时也增加除氧器的负担。

四、真空除氧

鉴于空气中的氧气对机组运行的不利影响，凝汽器内都设有除氧装置。国外为了降低电站投资，克服布置困难，不设除氧器，只靠真空除氧，如法国大多数核电站和一部分火电站就不设除氧器，这样对真空除氧的要求更高。图５—１１、图５-１２所示为凝汽器热井中布置的水封淋水式凝结水真空除氧装置。我国哈汽、上汽生产的300MW 、600MW 机组都采用该类型除氧装置。凝结水进入热井时，首先流入带有许多小孔的淋水盘2，水从小孔流下，形成水帘，凝结水表面积增大，被上面流下的蒸汽加热。当凝结水被加热到热井压力下的饱和温度，就可将溶于水中的氧气和其它气体除掉。水帘落下，落在角铁上，溅成水滴，表面积又增大，可被蒸汽进一步加热与除氧。

图５-１１ 冷却水管外蒸汽分压力与 1-空气导管；2-淋水盘；3-长水槽；4-溅水角铁 温度沿管壁法向的变化 图５-１２ 水封淋水盘式真空除氧装

一般真空除氧装置在大约60％额定负荷以上工作时的除氧效果较好，满负荷时效果最好。但在低负荷和机组启动时，由于蒸汽量少，蒸汽在上部管束就已凝结，不能达到热井加热凝结水，而且凝汽器压力低，漏入的空气量增大，使凝结水的含氧量增加，过冷度也增加，过冷度也增加，这时真空除氧效果较差。所以国外采用鼓泡式除氧装置，引一股蒸汽到热井加热凝结水到饱和温度，增加除氧效果。

第三节 凝汽器的试验、运行与维护

一、凝汽器的试验

为了确保机组的运行性能，凝汽器在正式投人运行前，必须进行性能试验，其中包括水侧的水压试验，汽侧的灌水试验和真空系统的气密性试验。.

1. 水侧的水压试验

凝汽器水压试验压力为0.5MPa ，用于水压试验的水温应不低于5℃，试验时首先关闭所有与水室连接的阀门，然后灌清水并加压到0.5MPa(水室底部) 并维持此压力30分钟。

在试验过程中必须注意水室法兰、人孔以及各连接焊缝等处有无漏水、渗水现象，整个水室有无变形等情况发生。发现问题应立即停止试验，并采取补救措施。若在规定时间内不能做完全部检查工作，则应延长维持压力时间。

2. 汽侧的灌水试验

为了检验壳体及冷却管的安装情况，灌水试验在凝汽器运行前是不可少的，但不能与水侧水压试验同时进行。灌水试验水温应不低于5℃，灌水试验时凝汽器应加临时支承，汽轮机检修后再次启动前也要做灌水试验。试验时首先关闭所有与壳体连接的阀门，然后灌人清洁水，灌水高度应高于凝汽器与低压缸连接处300mm ，并维持此高度24小时。 在试验过程中如发现冷却管及与管板连接处、壳体各连接焊缝处有漏水、渗水以及整个壳体变形等情况应立即停止试验，放尽清洁水进行检查，找出问题的原因并采取处理措施。

3. 真空系统的气密性试验

为了检测机组的安装水平，了解整个真空系统的严密性，应进行气密性试验，检测方法是关闭抽气器人口电动门，测量真空度下降的速度。试验时应在负荷为80%一100%额定负荷下进行，必须遵照本机组《汽轮机启动、运行说明》中有关气密性试验的规定和要求。具体试验步骤如下: (l)关闭抽气器人口门，此时凝汽器真空应缓慢下降(试验时) ； (2)每分钟记录真空读数一次； (3)第八分钟时开启抽气器人口门；

(4)真空下降速度取第三分钟至第八分钟的平均值； (5)记录当时的负荷及真空下降的平均值。

根据检测结果可得机组的整个真空系统的安装水平。真空下降率小于0.13kPa/min(1mmHg/min)则为优，小于0.27kPa/min(2mmHg/min)则为良，小于0.4kPalhin(3mmHg/min)则为合格。若真空下降速度大于0.6kKPa/min(5mmHg/min)时，应停机找出原因，消除故障后再启动。

二、凝汽器的运行

1. 凝汽器的启动

凝汽器必须在汽轮机启动前投人运行。先投运抽真空设备，使凝汽器内形成一定的真空。启动凝汽器前，应检查与凝汽器相联的各个阀门，使它们处于正确状态。同时打开前后水室上部的放气阀。为了启动凝结水泵，热井内应预先灌人由储水箱来的凝结水，灌水的水位高度可根据凝结水泵的吸人扬程而定。灌水后，进行凝结水再循环。

当出现异常情况时，应停止启动。例如:主要表计失灵:温度表、真空表、凝汽器水位计等; 低真空自动保护装置失灵; 凝结水调整阀、凝汽器循环水阀失灵等。

2. 凝汽器的半边运行 当冷却管脏污，需要进行半边清洗或冷却管损坏，需要进行堵管操作时，本凝汽器允许半边运行。半边运行时，机组应减负荷至60%额定负荷。

3. 凝汽器运行时的维护 同汽轮机一样，凝汽器在带负荷下运行时的维护在于监视设备的工作情况，以及监视此设备的安全和经济工况和各参数。将运行数据与设计数据进行比较，以判别设备工作情况是否正常。如不正常，应查找原因，采取相应措施加以解决。运行监视测量项目如下：

(1)凝汽器的真空：

凝汽器真空是整个凝汽设备各部件运行状况的集中反映，任何部件的运行失常，都会引起凝汽器真空降低。因此，进行凝汽器压力或真空的监测，是凝汽设备运行监视的首要任务。运行时，影响凝汽器真空的因素有以下几项：

1) 冷却水进口温度tw 1 如果冷却水进口温度较低，则凝汽器真空一定较高。对于开式循环水供水系统，tw 1完全由季节、气侯决定；对于闭式循环水供水系统，tw 1除受环境影响之外，冷却设备运行的好坏也会有很大影响。

2) 冷却水温升Δt 一般，机组负荷由外界决定，不可调节，所以冷却水温升主要决定于冷却水量。如果冷却水温升增加，真空降低，则说明冷却水量不足。冷却水量不足的主要原因是循环水泵出力不足或水阻增加，而水阻增加的原因可能是铜管堵塞、循环水泵出口或凝汽器进口水门开度不足以及虹吸破坏等原因造成。

3) 传热端差δt 传热端差增加，会使凝汽器真空降低。传热端差与冷却水进口温度、比蒸汽负荷、铜管表面的清洁程度及凝汽器内积聚的空气量等因素有关。运行中，如果铜管表面结垢或脏污，会阻碍传热，使端差增大：如果真空系统管道阀门不严或汽封供汽压力不足甚至中断或抽气器效率降低，都会使凝汽器汽侧积聚较多的空气，阻碍传热而使端差增大：此外，如果凝汽器水位控制不当，使部分冷却水管被淹没而减少冷却面积，也会使端差增大。

4）空气分压力 空气分压力的大小主要与抽气器的工作状况和汽轮机真空部分的严密性有关。 (2)凝汽器进口蒸汽温度： (3)凝汽器出口凝结水温度： 从理论上讲，凝结水温度应等于凝汽器压力所对应的饱和温度。但实际上由于凝汽器结构和运行维护方面的问题，使凝结水存在过冷，影响机组运行的安全经济性。 运行中过冷度增加的主要原因及采取措施如下： ；

1)凝结水水位过高。在运行中，凝汽器水位过高会使部分冷却水管浸没在凝结水中，而使冷却水额外带走一部分热量，造成凝结水过冷却。为防止该现象，除运行中保证凝汽器水位在正常范围内以外，现代电厂都利用凝结水泵的汽蚀特性，采用低水位运行。

2)凝汽器内积存空气。在运行中，由于真空系统不严密，空气漏入，从而减小蒸汽分压力，造成凝结水过冷。为防止该现象，既要保证真空系统的严密性，又要保持好抽气设备的良好工作状态。

(4)冷却水进出口温度： (5)循环水泵的耗功：

(6)冷却水在凝汽器进、出口的压力； (7)凝结水在热井中的水位和水质。

在运行中，为防止热力设备结垢和腐蚀，必须经常通过化学分析对凝结水水质进行监视，以保证各项水质指标（含氧量、含盐量、硬度、碱度等）符合要求。在正常运行条件下，凝结水的含氧量应不大于30μg/L。

引起凝结水水质不良的主要原因是冷却水漏入凝汽器汽侧。在运行中，由于机械性损伤、腐蚀、振动等原因，造成冷却水管损坏，使冷却水大量泄漏。这时，应立即停运凝汽器并查漏，将发生泄漏的铜管用木塞或紫铜棒堵死即可。

在运行中，若凝结水水质不合格，但硬度又不很高，则可能是管板胀口有轻微泄漏。此时，停止凝汽器运行，不易找出漏点。电厂的应急作法是在循环水泵入口水中加锯木屑，木屑进入水室里，在泄漏处受到真空的吸引将漏点堵塞，便可维持硬度在合格范围内。

此外，还应监测凝汽器热井水位。凝汽器热井水位由水位指示器显示，正常运行时，热井内的水位应在0.775m 左右。为了保证安全运行，水位过高或过低都不是允许的。 若凝汽器停运时间超过一周，则必须把凝汽器内的水排净并吹干。

4. 运行故障及事故处理

凝汽器的运行故障主要是凝汽器压力的升高(真空度下降) 。凝汽器压力升高不但影响到整台机组

的经济性而且还影响到机组的寿命和安全性。发现凝汽器压力升高应查明原因，设法消除。主要检查项目有:

(1)核对排汽温度、凝结水温度、检查负荷有否变动; (2)当时如有操作，应暂停止进行，立即恢复原状: (3)检查循环水进、出口压力及温度有无变化; (4)检查抽气器工作是否正常;

(5)检查热井水位及凝升泵工作是否正常; (6)检查其它对真空有影响的因素的情况;

在检查原因的同时，若凝汽器庄力升至《汽轮机启动运行说明书》所规定的报警值或停机值，应相应的报警或停机。紧急停机时，在汽机主汽门、调节汽门关闭，发电机已解列，汽机转速正常下降后，应打开真空破坏阀。

5．凝汽器特性曲线

1) 凝汽器的水阻特性曲线 凝汽器的水阻特性是指循环水的压力损失随循环水流量的变化关系。

2）凝汽器热负荷特性曲线

当机组负荷变化时，排往凝汽器的蒸汽量将会相应变化，凝汽器真空也会相应变化，这种凝汽器真空随负荷变化的曲线叫做凝汽器的负荷特性曲线。

6．凝汽器的脏污与清洗

凝汽器的脏污一般是指铜管污染，分为汽侧污染和水侧污染。汽侧污染主要由于亚硫酸盐和石碳酸盐附着形成，可用80℃—90℃热水冲洗来解决。至于水侧污染，由于采用的水源不同，污染的情况也不同。对于采用开式循环的循环水系统，冷却水主要取自江、河、海，一种情况是循环水泵房的进水滤网出现漏洞，使水中的杂物堵在铜管口或卡在铜管中，水流速降低，泥沙沉积，造成铜管堵塞；另一种情况是水中的微生物、悬浮物等在铜管内壁形成软垢。对于采用闭式循环的循环水系统，冷却水在循环过程中不断蒸发，并抽取地下水作为补水，所以发生的主要问题是冷却水中的碳酸盐附着形成硬垢。

（1）胶球清洗系统

凝汽器水侧污垢的积聚，不仅恶化真空，降低机组运行的经济性，而且可能引起铜管腐蚀、泄漏，影响汽轮机的安全运行，所以必须进行除垢。来宾电厂采用的胶球清洗装置主要技术规范如表５-８。

表５-８ 胶球清洗装置设备技术规范：

图５－１３ 凝汽器胶球自动清洗系统 图3-6

１－凝汽器； ２－胶球泵； ３－收球网； ４－装球室； ５－二次滤网； ６－蝶阀

它的原则性示意如图５-１３所示。胶球自动清洗系统由胶球泵2、装球室4、收球网3、二次滤

网5、分配器、阀门和相应的管道组成。二次滤网是胶球自动清洗装置中的主要设备。它的任务是过滤冷却水，除去可能堵塞铜管的杂物，保证胶球正常投入、回收。装置中所用胶球是密度与水相近的海绵胶球。将胶球装入装球室4后，启动胶球泵2，用稍高于循环水压力的水流将胶球带入凝汽器水室。胶球直径比铜管内径大1-2mm ，柔软而有弹性。随水流进入铜管后，被压缩成卵形，并与铜管内

壁有一整圈接触。在行进过程中，将擦除铜管内壁的污垢。当它流出管口时，在自身弹性的作用下，突然回复原形，弹掉了表面的污垢，并随循环水流入收球网。由于胶球泵进水管口接在收球网网底，所以胶球泵进口负压的作用下被吸入泵内，重复以上的运动。根据机组的大小，胶球管道的长短及冷却水流速的不同，胶球在系统循环一周的时间为10-20s ，个别达到40s 。 当汽轮机排汽温度与冷却水出口温度之差增大到一定值时，就必须投胶球清洗转置。对于分制的凝汽器，此时将机组负荷降至75％额定负荷，半边运行，半边进行清洗。 胶球清洗装置的运行

（2）系统运行的必要条件 由于凝汽器水室四壁、水室隔板以及端盖与密封垫尺寸不合适所造成的水室中涡流区、隔板窜通缝隙及窄缝应于消除，否则将会引起积球。水室中除循环水管外，其余通往外部的管道都应在管口加装孔径小于Ф7mm 的球面网罩。水室中的垢片、锈片及杂物等在通水前应清理干净。

每种规格冷却管的管径应均匀一致，管内无阻碍胶球通过的杂物。胶球清洗系统初始投运时，冷却管内壁应洁净无垢。已结硬垢的应采取措施彻底除垢。管板若涂刷环氧树脂等涂料，应严防因此缩小冷却管口通径。胀管时，管口伸出管板长度不宜超过2 .5mm。 凝汽器的循环水量宜保持在设计值的土15%范围内。亦可根据以后的清洗效果适当改变循环水量的控制范围。

循环水的一次滤网(包括拦污栅、清污机等) 要保持完好，工作正常，能保证无大于收球网栅格间距的杂物通过，否则必须配装二次滤网。循环水管中的垢片、锈片和杂物在通水前应清理干净。 循环水需充满凝汽器水室，否则必须采用比重大于循环水的湿态胶球(胶球吸足水后的状态)o 清洗装置应选用耐磨、质地软富于弹性、气孔均匀贯通、硬度适中的胶球，胶球的湿态比重为l ～1.15、并能在5～45℃水温下及使用期内环径胀大不超标、不老化。

（3）运行中应注意的事项

胶球清洗系统安装后应及时进行调试，调试合格后按运行规程要求进行经常性操作运行。运行中要注意以下事项:

注意胶球的规格。开始使用的胶球湿态直径比冷却管中较小一种规格的内径大1.0～2.0mm ，使用中球径磨损到等于或小于上述冷却管内径时应时更换。采用金刚砂球清除冷却管硬垢时，其湿态球径应比上述冷却管内径小1.0一2.0mm ，硬垢基本除净后应停用。当然所采用的胶球的球径及硬度还与循环水量有关。

掌握准确的投球量。投人运行胶球数量为凝汽器单侧单流程冷却管根数的7%一13%，取下限或靠近下限的数量，胶球循环一次不超过30秒。

胶球清洗系统每天运行(清洗) 一次，每次30分钟。也可根据清洗效果适当改变清洗周期和清洗时间。

注意胶球补充周期和更换周期。胶球清洗系统累计运行七次后要补充胶球。累计运行60次后进行更换。用户还可根据运行的具体情况，如投球数量、实际收球率(在满足投运条件，系统正常运行30分后收回的胶球数与投人胶球数的百分比) 、所用胶球的耐磨性能等适当调整上述周期。个别胶球可能在水中浸泡一段时间后胀大过多，球径超标，在检查补充和更换胶球时，均需将其随时换掉。 必须在循环水二次过滤系统运行结束之后，胶球清洗系统才允许投人运行。

（4）投运前的准备

首先备足胶球数量，将胶球用温水浸泡24小时，然后选出浸泡后不合格的胶球，打开装球室放气门、放水门，将装球室上盖打开，放人泡好的胶球，然后将上盖压好，将放气门、放水门关闭，此时装球室内可以留有部分水。最后，打开装球室出水阀及放气门，将装球室内气体排掉直至出水。然后关闭放气门和球室出水阀。

（5）运行操作

胶球清洗装置可用手控操作，其程序为:首先关闭收球网，收球网板处于收球位置；开启胶球泵

进口阀和装球室出口阀；启动胶球泵，开启胶球泵出口阀及装球室切换阀，延时清洗30分钟；关闭装球室切换阀，延时收球30分钟；关闭胶泵出口阀，停运胶球泵; 关闭装球室出口阀及胶球泵进口阀；开启收球网，使收球网板处于平行或反洗位置，运行结束。

清洗装置也可采用程序控制操作。程序启动后，系统按程序设计要求自动进行清洗和收球，其动作顺序与上述手控操作相同。

（6）胶球清洗装置的检查、维护及故障处理

检修随机组大、小修同时进行。检修、检查、维护主要内容包括:

1）收球网。检查网板有无脱焊、变形或损坏；与轴联接有无松动，活动网板与固定部分间是否卡碰; 轴有无弯曲、能否灵活转动; 执行机构手动、电动运转是否正常、到位，指示是否泄漏等。清除网板上的一切杂物。

2）胶球泵。检查叶轮是否完好，轴转动是否灵活; 电动机性能是否合格；泵壳内有无杂物:电机与泵的轴是否对中、动朴部分有无磨擦；地脚螺母是否松动。运行中检查轴承振动是否正常及密封有无滴漏。

3）装球室。检查切换阀能否灵活转动:放气，放水管有无堵塞; 轴承有无泄漏；执行机手动、电动是否正常，到位指示是否准确等。

4）各个阀门。检查操作是否灵活、有无泄漏; 执行机构工作是否正常、开关指示是否准确。 5）控制装置。检查设备能否正常运行，仪表、指示灯熔断器待是否齐全，有无破损等。 6）胶球管路。检查有无泄漏和堵塞。

7）执行机构。按执行机构说明书要求或根据经验定期更换润滑剂。 8）密封件。根据使用经验定期更换各轴承密封件。

9）减速机构和传动齿轮。润滑脂每半年补充一次，并在机组大小修时更换。 经常对各设备及配套件进行检查，如有缺陷及时消除。

第四节 抽气设备及真空系统

凝汽器抽气系统也称为真空系统，其作用就是用来建立和维持汽轮机机组的低背压和凝汽器的真空；正常运行时不断地抽出由不同途径漏入汽轮机及凝汽器的不凝结气体。

对于600MW 汽轮机组，目前真空系统的设备主要采用水环式真空泵和抽汽器相结合。我公司真空系统设置3台汽室真空泵、1台水室真空泵。机组运行时，在高压和低压凝汽器汽室侧聚集的不凝结气体通过汽室真空泵抽出排至大气。凝汽器水室真空泵在循环水系统运行时在凝汽器内形成虹吸，以及在长时间运行后抽取水室顶部的空气，保证凝汽器的换热效果。

此外，凝汽器A 、B 侧各设置1只带有滤网和水封的真空破坏阀。

一、 系统特点

双背压凝汽器的抽气区按气体/蒸汽混合物的冷却要求进行设计。在额定工况下，空气排气口的温度较凝汽器入口压力下的饱和蒸汽温度低4℃。抽气系统为串联抽出系统，即空气由高压凝汽器流向低压凝汽器，经抽气管道抽出。

荥阳电厂６００MW 超临界汽轮机的汽室真空泵和水室真空泵均为平圆盘单级水环式真空泵，由纳西姆工业（中国）公司生产。汽室真空泵型号为2BW4 353-0EK4；水室真空泵型号为2BE1

机组正常运行时，保证两台汽侧真空泵运行就能满足汽轮机在各种负荷工况下，抽出凝汽器内的空气及不凝结气体的需要。汽室真空泵部分运行参数如下表５－９所示：

机组启动时，三台真空泵并列运行就可以满足启动时间的要求。三台真空泵运行，可以在下述时间内达到规定的凝汽器压力：

启动抽气时间（分钟） 凝汽器压力MPa （a ） 15 0.034 30 0.01 45 0.0034

启动工况凝汽器背压-抽真空时间表如下（3泵运行）：

表５－１０ 凝汽器背压－抽真空时间表

三、水环式真空泵 １．水环式真空泵结构

水环式真空泵主要部件是叶轮和壳体，叶轮是由叶片和轮毂构成，叶片有径向平板式，也有向前（向叶轮旋转方向）弯式。壳体内部形成一个圆柱体空间，叶轮偏心地装在这个空间内，同时在壳体的适当位置上开设吸气口和排气口。吸气口和排气口开设在叶轮侧面壳体的气体分配器上，形成吸气和排气的轴向通道。

壳体不仅为叶轮提供工作空间，更重要的作用是直接影响泵内工作介质（水）的运动，从而影响泵内能量的转换过程。

水环式真空泵泵工作之前，需要向泵内注入一定量的水，此部分水起着传递能量和密封作用。当叶轮在电动机驱动下转动时，水在叶片推动下获得圆周速度，由于离心力的作用，水向外运动，即水有离开叶轮轮毂流向壳体内表面的趋势，从而就在贴近壳体内表面处形成一个运动着的水环。由于叶轮与壳体是偏心的，水环内表面也与叶轮偏心。由水环内表面、叶片表面、轮毂表面和壳体的两个侧盖表面围成许多互不相通的小腔室。由于水环与叶轮偏心，因此处于不同位置的小腔室的容积是不相同的。小腔室随着叶轮的旋转，它的容积是不断变化的。如果能在小腔室的容积由小变大的过程中，使之与吸入的气体相通，就会不断地吸入气体。当这个腔室的容积由大变小时，使之封闭，这样已经吸入的气体就会随着空间容积的减小而被压缩。气体被压缩到一定程度后，使该空间与排气口相通，即可以排出已经被压缩的气体。

图５－１４水环式真空泵原理图

２．水环式真空泵的工作原理

水环式真空泵的工作原理可以归纳如下（见图５－１４）：在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中顺时针方向旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时小腔的容积由小变大，且与端面上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。

综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。

３．水环式真空泵的特点

水环泵和其它类型的机械真空泵相比有如下优点： 1） 结构简单，制造精度要求不高，容易加工。

2） 结构紧凑，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无须减速装置。故用小的结构尺寸，

可以获得大的排气量，占地面积也小。

3） 压缩气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度变化很小。

4） 由于泵腔内没有金属摩擦表面，无须对泵内进行润滑，而且磨损很小。转动件和固定件

之间的密封可直接由水封来完成。 5） 吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。 水环泵也有其缺点：

2） 效率低。一般在30%左右，较好的可达50%。

3） 真空度低。这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是受到工作液饱和蒸气压力的限

制。用水作为工作液，极限压强只能达到2000~4000Pa。用油作为工作液，极限压强可达到130Pa 。 总之，由于水环泵中气体压缩是等温的，故可以抽除易燃、易爆的气体。由于没有排气阀及摩擦表面，故可以抽除带尘埃的气体、可凝性气体和气水混合物。有了这些突出的特点，尽管它效率低，仍然得到了广泛的应用。

四、

真空系统运行

１． 真空系统运行

真空泵组启动前要进行注水，通过自动补水阀或其旁路阀向汽水分离器注水，系统通过工作水管使泵与汽水分离器实现水位平衡。汽水分离器的水位通过自动补水阀和溢流管维持在正常的范围内，同时正常的水位使真空泵水环运行在最佳工况，保证真空泵出力和效率。水室真空泵的系统流程如图５－１５。

真空泵启动后，当真空泵入口压力开关动作后，联锁开启进气控制阀，开始抽吸真空系统空气。

工作水在离心力的作用下通过冷却器、汽水分离器闭式循环，在闭式冷却水的冷却下带走泵工作中产生的热量，保持工作水的温度正常。

２． 真空系统联锁

1） 备用真空泵投入联锁，当凝汽器压力高开关报警时（凝汽器压力≥0.0183MPa ），备用真

空泵自动启动。 2） 当凝汽器压力高高开关动作时（凝汽器压力≥0.0253MPa ），机组跳闸并发出报警。 3） 汽室真空泵汽水分离器液位开关动作时，动作值为高/低＝933/1008mm，联锁开启/关闭

汽水分离器补水阀，并发出报警。 4） 真空泵启动时，真空泵入口气动阀后压力开关动作，联锁开启真空泵进气控制阀。

排大气

开式水系统

图５－１５水环式真空泵流程

闭冷水系统

排地沟