□初廣宇
(一)真空。真空指的是壓力,具體說,指的是外界的大氣壓Pb,與在該處測量所得的絕對壓力Pa之差。若以Ph表示真空度,則Ph=Pb-Pa。每一蒸汽在其飽和狀態下的溫度都與一定的平衡壓力相對應。不難想到,凝汽器中蒸汽最低的極限溫度就是循環冷卻水的溫度,循環冷卻水將蒸汽的全部汽化潛熱帶走,在凝汽器中形成高度的真空。
也可以這樣看真空,汽輪機的排氣容積為可觀的,而凝汽器必須容納下汽輪機巨大的排氣容積。由于排氣的比容遠大于水的比容,因而排氣通過大量管束換熱面被循環冷卻水冷卻后,放出汽化潛熱而全部冷凝成凝結水時,比容突然縮小很多,這樣使原來充滿氣體的空間空了出來,而形成高度的真空。當然實際情況是,乏汽不斷排入、凝結水不斷抽出,而凝汽器是在小于大氣壓力下較高的真空度下工作的。
(二)傳熱。要想保證在凝汽器中有效地實現熱交換,就需要滿足下述三項基本條件:第一,應使凝汽器壓力下的乏汽凝結溫度高于循環冷卻水的溫度,即須在循環冷卻水與被凝結的蒸汽之間存在一定的溫度差。第二,應有充足的冷卻水量流經凝汽器,使冷卻水吸收了乏汽的全部汽化熱以后,冷卻水的溫度仍能滿足前一條件,即要凝汽器的循環冷卻水出口溫度仍低于乏汽的凝結溫度。第三,凝汽器的結構應保證汽輪機排汽有效地通過全部管子,并保證在蒸汽與循環冷卻水之間具有強烈的熱交換。為此,需要做到:一是充分的冷卻。二是傳熱管束的合理分布和有自由的蒸汽通路。三是傳熱管束表面保持清潔,增大換熱系數。
(一)凝汽器真空度下降的主要表征。一是排汽溫度的升高;二是凝結水過冷度增加;三是真空表指示降低;四是凝汽器端差增大;五是機組出現振動;六是在主調閥開度不變的情況下,汽輪機負荷降低。
(二)機組正常運行期間與真空的關系。凝汽器系統在機組啟動、運行、停運期間運行。凝汽器允許的最大壓力如圖1所示:在電功率>689MW時,凝汽器真空與負荷成比例關系,限制汽機升功率。在電功率<689MW時,凝汽器壓力不高于-90kPa,否則限制升功率。
正常運行時,凝汽器真空要求高;在沖轉時只要求-70kPa,真空可差些,因為背壓高,沖轉時,蒸汽流量會大些,汽輪機預熱效果更好。
圖1 凝汽器允許壓力隨電功率的變化關系
在汽輪機啟動、加負荷和功率運行時,凝汽器的絕對壓力不應劣于:第一,-50kPa:當向凝汽器排放蒸汽、開啟高溫疏水或在加熱主蒸汽管道時,到向汽輪機供汽前;(真空低于-50kPa,說明沒有冷源)。第二,-70kPa:沖轉汽輪機,提升汽輪機轉速到1,100rpm之前;第三,-92kPa:中速曖機的末期、空載運行或加負荷到30%額定功率時;第四,-88kPa:負荷接近額定功率時;第五,從-92kPa到-88kPa:負荷從30%~100%的過程中(凝汽器中的壓力不應該超過與負荷相關的線性數值)。
沖轉時要求真空很低,低功率時要求真空很高,高功率時真空又可低些,這主要是考慮汽輪機的鼓風效應。沖轉時,低壓缸不做功(低壓缸入口壓力與凝汽器壓力一樣即可判斷低壓缸不做功),相當于低壓缸內蒸汽不流動,而葉片在旋轉,與蒸汽摩擦使葉片溫度上升,沖轉時巡檢軸承會發現低壓缸排汽的地方溫度很高,低壓缸排汽溫度大于200℃會跳機。如果此時真空還不好,蒸汽更不流動,冷卻葉片效果更不好。
高功率時,壓力高,蒸汽流動好,與葉片摩擦減小,蒸汽溫度會低些,真空可差些。
凝汽器真空涉及多個系統,如凝結水系統、汽輪機軸封系統、凝汽器抽真空系統、循環水系統等,在機組正常運行期間,真空對機組的穩定運行及機組經濟性有著直接的關聯性,在機組運行中應時刻關注凝汽器真空及其影響因素變化趨勢,以便出現異常情況時盡早干預,保障機組的安全穩定運行,提高運行經濟性。