雙背壓凝汽器工作過(guò)程，優(yōu)點(diǎn)及基本構(gòu)造

雙背壓凝汽器工作過(guò)程:

凝汽器正常工作時(shí)，冷卻水由低壓側(cè)的兩個(gè)進(jìn)水室進(jìn)入，經(jīng)過(guò)凝汽器低壓側(cè)殼體內(nèi)冷卻水管，流入低壓側(cè)另外兩個(gè)水室，經(jīng)循環(huán)水連通管水平轉(zhuǎn)向后進(jìn)入高壓側(cè)的兩個(gè)水室，再通過(guò)凝汽器高壓側(cè)殼體內(nèi)冷卻水管流至高壓側(cè)兩個(gè)出水室并排出凝汽器，蒸汽由汽輪機(jī)排汽口進(jìn)入凝汽器，然后均勻地分布到冷卻水管全長(zhǎng)上，經(jīng)過(guò)管束中央通道及兩側(cè)通道使蒸汽能夠全面地進(jìn)入主管束區(qū)，與冷卻水進(jìn)行熱交換后被凝結(jié)；部分蒸汽由中間通道和兩側(cè)通道進(jìn)入熱井對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行回?zé)帷P側(cè)殼體凝結(jié)水經(jīng)LP側(cè)殼體部分蒸汽回?zé)岷蟊灰肽Y(jié)水回?zé)峁芟?，通過(guò)淋水盤與HP側(cè)殼體中凝結(jié)水匯合，同時(shí)被HP側(cè)殼體中部分蒸汽回?zé)?，以減小凝結(jié)水過(guò)冷度。被回?zé)岬哪Y(jié)水匯集于熱井內(nèi)，由凝結(jié)水泵抽出，升壓后輸入主凝結(jié)水系統(tǒng)。HP側(cè)殼體與LP側(cè)殼體剩余的汽氣混合物經(jīng)空冷區(qū)再次進(jìn)行熱交換后，少量未凝結(jié)的蒸汽和空氣混合物經(jīng)抽氣口由抽真空設(shè)備抽出。60萬(wàn)的雙背壓凝汽器，不同制造廠家內(nèi)部結(jié)構(gòu)有細(xì)微差別。

雙背壓凝汽器的優(yōu)點(diǎn)：

①根據(jù)傳熱學(xué)原理，雙背壓凝汽器的平均背壓低于同等條件下單背壓凝汽器的背壓，因此汽機(jī)低壓缸的焓降就增大了，從而提高了汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。（600MW機(jī)組的雙背壓一般分別為4.4/5.4KPA,平均背壓為4.9 KPA）。

②雙背壓凝汽器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是低背壓凝汽器中的低溫凝結(jié)水可以進(jìn)入高背壓凝汽器中去進(jìn)行加熱，既提高了凝結(jié)水溫度，又減少了高背壓凝汽器被冷卻水帶走的冷源損失。低背壓凝汽器中的低溫凝結(jié)水通過(guò)管道利用高度差進(jìn)入高背壓凝汽器管束下部的淋水盤，在淋水盤內(nèi)，低溫凝結(jié)水與高溫凝結(jié)水混合在一起，再經(jīng)盤上的小孔流下，凝結(jié)水從淋水盤孔中下落的過(guò)程中，凝結(jié)水被高背壓低壓缸的排汽加熱到相應(yīng)的飽和溫度。

雙背壓凝汽器的基本構(gòu)造：{借鑒}

660MW三缸四排汽汽輪機(jī)設(shè)有四臺(tái)凝汽器，每?jī)膳_(tái)一組，兩臺(tái)低背壓凝汽器為一組，兩臺(tái)高背壓凝汽器為一組，分別布置在低壓缸的下方。不同的背壓是由凝汽器不同的循環(huán)水進(jìn)水溫度來(lái)形成的，循環(huán)水管道為串聯(lián)布置，從兩臺(tái)低背壓凝汽器進(jìn)入，出水進(jìn)入兩臺(tái)高背壓凝汽器排出后進(jìn)入虹吸井。也就是說(shuō)每組凝汽器的水側(cè)是雙進(jìn)雙出的。每組凝汽器只是殼體是整體的，正常運(yùn)行中可半邊解列進(jìn)行清洗。

600MW、1000MW等大型汽輪發(fā)電機(jī)組通常采用兩只低壓缸、四排汽形式的配置型式，因此需要有兩只凝汽器。循環(huán)水首先流經(jīng)一個(gè)凝汽器，待溫度提高后再進(jìn)入第二個(gè)凝汽器，由于循環(huán)水溫度不同，造成凝汽器壓力有差異，形成高、低壓凝汽器，又稱為雙背壓凝汽器。相對(duì)于單背壓凝汽器，雙背壓凝汽器能夠更好地降低排汽壓力，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，因此，600MW和1000MW等級(jí)的凝汽式汽輪機(jī)組多采用雙背壓凝汽器。 
　　1 常規(guī)抽真空系統(tǒng)及存在的問(wèn)題 
　　1.1 常規(guī)抽真空系統(tǒng) 傳統(tǒng)的常規(guī)抽真空系統(tǒng)為：高背壓凝汽器內(nèi)不凝結(jié)氣體通過(guò)抽空氣管道以及安裝在聯(lián)通管上的節(jié)流孔板進(jìn)入低背壓凝汽器內(nèi)，與低背壓凝汽器內(nèi)的抽空氣管道匯合，再引至真空泵入口母管（見(jiàn)圖1），通過(guò)3個(gè)并聯(lián)的真空泵抽吸排出。上述系統(tǒng)即是真空泵并聯(lián)母管制，對(duì)于凝汽器側(cè)就是一般所說(shuō)的串聯(lián)布置。 
　　該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，利用高、低壓凝汽器存在的設(shè)計(jì)壓差，可減少真空泵的出力。但高、低壓凝汽器之間存在干擾。 
　　1.2 存在的問(wèn)題 根據(jù)雙背壓凝汽器的設(shè)計(jì)功能，這些高、低壓凝汽器之間應(yīng)有1kPa左右的壓力差異，然而這些600MW、1000MW機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行后，高、低壓凝汽器之間卻沒(méi)有出現(xiàn)壓力差異，即失去了雙背壓的運(yùn)行特性。如：國(guó)華1000MW超超臨界機(jī)組在24.5℃設(shè)計(jì)循環(huán)水溫度時(shí)，高、低壓凝汽器設(shè)計(jì)壓力分別為6.7kPa和5.7kPa。兩臺(tái)機(jī)組于2009年9～10月投產(chǎn)，性能試驗(yàn)各負(fù)荷工況的高、低壓凝汽器壓力數(shù)值十分接近，差異僅0.1kPa左右。烏沙山電廠600MW超臨界機(jī)組在20℃海水溫度下的設(shè)計(jì)高、低壓凝汽器壓力分別為4.4kPa和5.4kPa。四臺(tái)機(jī)組在投產(chǎn)之后相當(dāng)長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，兩只凝汽器之間沒(méi)有明顯的壓力差異，已失去雙背壓運(yùn)行功能，且低壓凝汽器的端差高達(dá)15～18℃，表明低壓凝汽器內(nèi)部出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的傳熱惡化狀況。 
　　1.3 原因分析 由于高、低壓凝汽器的抽空氣管匯接在一起，制造廠在設(shè)計(jì)時(shí)，通常會(huì)在高、低壓凝汽器抽空氣聯(lián)絡(luò)管上設(shè)置一節(jié)流孔板，以控制高壓側(cè)到低壓側(cè)的抽氣量。節(jié)流孔板一般是按額定工況設(shè)計(jì)選擇孔徑的，在高、低壓凝汽器的壓差發(fā)生變化時(shí)，無(wú)法調(diào)節(jié)節(jié)流孔板來(lái)適應(yīng)壓差的變化。這樣高低壓兩個(gè)不同壓力的抽空氣管道，連接在同一抽氣母管上，兩者之間壓力又不能很好的匹配。當(dāng)高、低壓凝汽器壓差較大時(shí)，必然會(huì)造成高壓側(cè)過(guò)度抽氣，使得飽和蒸汽進(jìn)入低壓凝汽，低壓側(cè)抽氣嚴(yán)重不足，導(dǎo)致有效傳熱面積減少，傳熱端差增大，對(duì)應(yīng)的汽輪機(jī)排汽溫度升高；當(dāng)高、低壓凝汽器壓差較小，高壓側(cè)對(duì)低壓側(cè)的抽氣影響減弱，表現(xiàn)出高、低壓凝汽器對(duì)應(yīng)的汽輪機(jī)排汽溫度的差與正常狀態(tài)的偏差較小，如同單背壓凝汽器，失去了雙背壓凝汽器應(yīng)有的效益。 
　　由以上的分析可知，凝汽器表現(xiàn)出的背壓高和高、低壓側(cè)壓差偏小，其主要原因在于高、低壓凝汽器采用串聯(lián)抽氣系統(tǒng)，其結(jié)果是低壓凝汽器的抽氣不足，造成不凝結(jié)氣體積聚，有效傳熱面積減少，傳熱端差增大；或者是高壓凝汽器過(guò)度抽氣，不但沒(méi)有有效降低汽輪機(jī)的排汽壓力，反而造成工質(zhì)損失，進(jìn)而使水環(huán)真空泵的密封水溫度升高。 
　　2 優(yōu)化改進(jìn)方案 
　　2.1 單泵單抽系統(tǒng) 從理論分析和工程實(shí)踐看，高、低壓凝汽器串聯(lián)抽氣的系統(tǒng)需要改進(jìn)。解決高、低壓凝汽器串聯(lián)抽氣造成的背壓偏高和高、低壓凝汽器壓差偏小的問(wèn)題，關(guān)鍵在于解決高、低壓凝汽器的均衡抽氣?？刹捎酶摺⒌蛪耗鞣珠_(kāi)抽氣的方案，即單泵單抽方案，對(duì)于凝汽器抽氣側(cè)通常也稱為并聯(lián)布置。 
　　單泵單抽方案（見(jiàn)圖 2）具體為高、低壓凝汽器之間取消抽氣聯(lián)絡(luò)管道，設(shè)置三臺(tái)真空泵，2臺(tái)真空泵分別對(duì)應(yīng)高、低壓凝汽器，第 3 臺(tái)真空泵作為前 2 臺(tái)真空泵的公用備用泵。在抽氣母管上設(shè)置 2 個(gè)閥門，即可使三個(gè)真空泵實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行時(shí)高低壓凝汽器分別抽真空，在啟動(dòng)或真空嚴(yán)密性差時(shí)并列抽真空的功能。這種布置的效果在一些電廠改造后實(shí)際運(yùn)行中得到了驗(yàn)證，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 
　　2.2 運(yùn)行控制邏輯 ①正常運(yùn)行時(shí)，真空泵A、C分別對(duì)低壓凝汽器、高壓凝汽器抽真空，B泵為備用，真空泵出口母管聯(lián)絡(luò)閥（氣動(dòng)隔離閥）全關(guān)。②當(dāng)一臺(tái)運(yùn)行真空泵故障時(shí)，備泵B自啟，并同時(shí)聯(lián)鎖開(kāi)啟故障泵側(cè)的聯(lián)絡(luò)閥。待故障泵消缺后恢復(fù)正常運(yùn)行方式。③如采用節(jié)能運(yùn)行方式（即單泵運(yùn)行），可開(kāi)啟“節(jié)能方式”開(kāi)關(guān)，兩只聯(lián)絡(luò)閥自動(dòng)開(kāi)啟。此時(shí)真空泵聯(lián)鎖邏輯可采用原邏輯，三臺(tái)泵可實(shí)現(xiàn)互備。此時(shí)需通過(guò)手動(dòng)調(diào)整高壓凝汽器抽空氣母管隔離閥滿足雙背壓運(yùn)行要求。④當(dāng)兩臺(tái)運(yùn)行真空泵均故障時(shí)，“節(jié)能方式”開(kāi)關(guān)自動(dòng)開(kāi)啟，并聯(lián)鎖開(kāi)啟兩只聯(lián)絡(luò)閥。 
　　2.3 效益分析 實(shí)施單泵單抽改進(jìn)方案，能徹底消除雙背壓凝汽器壓力不合理升高現(xiàn)象，可以恢復(fù)高低壓凝汽器的設(shè)計(jì)雙背壓功能。 
　　以我公司兩臺(tái)1000MW機(jī)組為例，機(jī)組的凝汽器平均背壓可以降低0.5kPa，機(jī)組效率提高幅度將超過(guò)0.35%，由此使機(jī)組供電煤耗率下降幅度在1g/kWh以上。以兩臺(tái)機(jī)組年發(fā)電量110億度來(lái)估算，全年可以節(jié)省1.1萬(wàn)噸左右標(biāo)準(zhǔn)煤。以標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格每噸800元計(jì)算，則每年可節(jié)省燃料費(fèi)用達(dá)880萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。 
　　綜合以上分析，我公司2×1000MW煤電一體化新建工程從設(shè)計(jì)階段即對(duì)凝汽器抽真空系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，選用單泵單抽方案，在主機(jī)訂貨（凝汽器隨主機(jī)配套采購(gòu)）階段進(jìn)行了明確。另外，針對(duì)其他電廠出現(xiàn)的水環(huán)式真空泵葉輪汽蝕問(wèn)題，我公司還對(duì)真空泵設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)，加裝了大氣噴射器。通過(guò)以上改進(jìn)，大型機(jī)組的抽真空系統(tǒng)常見(jiàn)的一些問(wèn)題將得到徹底解決。