机组正常运行期间与凝汽器真空的关系分析

□初广宇

一、凝汽器真空及其传热影响因素

(一)真空。真空指的是压力，具体说，指的是外界的大气压Pb，与在该处测量所得的绝对压力Pa之差。若以Ph表示真空度，则Ph=Pb-Pa。每一蒸汽在其饱和状态下的温度都与一定的平衡压力相对应。不难想到，凝汽器中蒸汽最低的极限温度就是循环冷却水的温度，循环冷却水将蒸汽的全部汽化潜热带走，在凝汽器中形成高度的真空。

也可以这样看真空，汽轮机的排气容积为可观的，而凝汽器必须容纳下汽轮机巨大的排气容积。由于排气的比容远大于水的比容，因而排气通过大量管束换热面被循环冷却水冷却后，放出汽化潜热而全部冷凝成凝结水时，比容突然缩小很多，这样使原来充满气体的空间空了出来，而形成高度的真空。当然实际情况是，乏汽不断排入、凝结水不断抽出，而凝汽器是在小于大气压力下较高的真空度下工作的。

(二)传热。要想保证在凝汽器中有效地实现热交换，就需要满足下述三项基本条件：第一，应使凝汽器压力下的乏汽凝结温度高于循环冷却水的温度，即须在循环冷却水与被凝结的蒸汽之间存在一定的温度差。第二，应有充足的冷却水量流经凝汽器，使冷却水吸收了乏汽的全部汽化热以后，冷却水的温度仍能满足前一条件，即要凝汽器的循环冷却水出口温度仍低于乏汽的凝结温度。第三，凝汽器的结构应保证汽轮机排汽有效地通过全部管子，并保证在蒸汽与循环冷却水之间具有强烈的热交换。为此，需要做到：一是充分的冷却。二是传热管束的合理分布和有自由的蒸汽通路。三是传热管束表面保持清洁，增大换热系数。

二、真空下降与机组运行状态之间的关系

(一)凝汽器真空度下降的主要表征。一是排汽温度的升高；二是凝结水过冷度增加；三是真空表指示降低；四是凝汽器端差增大；五是机组出现振动；六是在主调阀开度不变的情况下，汽轮机负荷降低。

(二)机组正常运行期间与真空的关系。凝汽器系统在机组启动、运行、停运期间运行。凝汽器允许的最大压力如图1所示：在电功率>689MW时，凝汽器真空与负荷成比例关系，限制汽机升功率。在电功率<689MW时，凝汽器压力不高于-90kPa，否则限制升功率。

正常运行时，凝汽器真空要求高；在冲转时只要求-70kPa，真空可差些，因为背压高，冲转时，蒸汽流量会大些，汽轮机预热效果更好。

图1 凝汽器允许压力随电功率的变化关系

在汽轮机启动、加负荷和功率运行时，凝汽器的绝对压力不应劣于：第一，-50kPa：当向凝汽器排放蒸汽、开启高温疏水或在加热主蒸汽管道时，到向汽轮机供汽前；(真空低于-50kPa，说明没有冷源)。第二，-70kPa：冲转汽轮机，提升汽轮机转速到1,100rpm之前；第三，-92kPa：中速暧机的末期、空载运行或加负荷到30%额定功率时；第四，-88kPa：负荷接近额定功率时；第五，从-92kPa到-88kPa：负荷从30%～100%的过程中(凝汽器中的压力不应该超过与负荷相关的线性数值)。

冲转时要求真空很低，低功率时要求真空很高，高功率时真空又可低些，这主要是考虑汽轮机的鼓风效应。冲转时，低压缸不做功(低压缸入口压力与凝汽器压力一样即可判断低压缸不做功)，相当于低压缸内蒸汽不流动，而叶片在旋转，与蒸汽摩擦使叶片温度上升，冲转时巡检轴承会发现低压缸排汽的地方温度很高，低压缸排汽温度大于200℃会跳机。如果此时真空还不好，蒸汽更不流动，冷却叶片效果更不好。

高功率时，压力高，蒸汽流动好，与叶片摩擦减小，蒸汽温度会低些，真空可差些。

三、结语

凝汽器真空涉及多个系统，如凝结水系统、汽轮机轴封系统、凝汽器抽真空系统、循环水系统等，在机组正常运行期间，真空对机组的稳定运行及机组经济性有着直接的关联性，在机组运行中应时刻关注凝汽器真空及其影响因素变化趋势，以便出现异常情况时尽早干预，保障机组的安全稳定运行，提高运行经济性。