文建宇 （天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠(chǎng)，河北省涉縣 056404)

2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器技術(shù)改造

文建宇 （天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠(chǎng)，河北省涉縣 056404)

天鐵2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)機(jī)組改造后汽輪機(jī)汽耗量增加，運(yùn)行中出現(xiàn)了凝汽器真空緩慢下降，凝汽器端差增大，汽輪機(jī)排汽溫度顯著升高等問(wèn)題，影響鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行。通過(guò)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)原有凝汽器冷卻面積不夠用，并提出了2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)和備機(jī)4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)的凝汽器連接的具體措施，取得了良好的效果。

汽輪鼓風(fēng)機(jī) 凝汽器 真空 端差 冷卻 面積 技術(shù) 改造

1 引言

天鐵2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)組是變轉(zhuǎn)速凝汽式汽輪機(jī)拖動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)，汽輪機(jī)型號(hào)為NZ79/81/07型。為滿(mǎn)足高爐的生產(chǎn)需要，天鐵對(duì)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造，風(fēng)機(jī)功率得到提高，導(dǎo)致汽輪機(jī)汽耗量增加，隨著冷卻水溫不斷的升高,在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)了凝汽器真空緩慢下降，凝汽器的端差（排汽溫度減去冷卻水的出口水溫)逐步增大，汽輪機(jī)排汽溫度顯著升高。

在保持機(jī)組負(fù)荷不變的情況下，汽輪機(jī)凝汽器真空度（當(dāng)容器中的壓力低于大氣壓力時(shí),把低于大氣壓力的部分叫做真空)下降，汽輪機(jī)的進(jìn)汽量勢(shì)必增大，導(dǎo)致汽輪機(jī)軸向推力增大以及葉片過(guò)負(fù)荷;真空度下降，排汽溫度升高，會(huì)引起排汽缸變形，機(jī)組重心偏移，使機(jī)組的振動(dòng)增加以及凝汽器銅管受熱膨脹產(chǎn)生松弛、變形甚至斷裂?？梢?jiàn)，汽輪機(jī)運(yùn)行中保持凝汽器較高的真空度，對(duì)機(jī)組的安全性及熱經(jīng)濟(jì)性均非常重要。

2 真空度下降的原因

4月份之前,冷卻水溫度較低,機(jī)組即使在額定工況下（油動(dòng)機(jī)開(kāi)度在56 mm～58 mm),真空度未顯示出異常。4月中旬，冷卻水水質(zhì)出現(xiàn)些問(wèn)題，停機(jī)清理凝汽器銅管，并檢查真空系統(tǒng)各輔助設(shè)備和管道正常，結(jié)果真空度升至-85 kPa，排汽溫度下降至45℃以下。但隨著天氣逐漸變暖,水質(zhì)合格的冷卻水溫度升高，見(jiàn)表1，2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器真空度緩慢下降，最低降至-65 kPa（正常情況下應(yīng)保持在-80 kPa左右)，凝汽器端差最大升為27℃（端差不應(yīng)超過(guò)10℃)，現(xiàn)實(shí)表明凝汽器在冷卻水水溫逐漸升高的情況下冷卻面積不夠。

表1

3 凝汽器換熱面積計(jì)算

根據(jù)傳熱學(xué)理論，作為換熱器的凝汽器，假定不考慮它與外界大氣之間的換熱（這對(duì)于工程計(jì)算是完全容許的)，則其熱平衡方程式為：

式中Q——凝汽器熱負(fù)荷，W;

DK——凝汽器的汽耗量即蒸汽負(fù)荷，即汽輪機(jī)排汽量，kg/s;

hk——汽輪機(jī)排汽比焓，J/kg;hc——凝結(jié)水比焓，J/kg;

K——總傳熱系數(shù)，W/（m2.℃);

△tm——對(duì)數(shù)平均溫差，℃;

A——冷卻面積，m2。

3.1 汽輪機(jī)熱負(fù)荷Q

3.1.1 汽輪機(jī)汽耗量

汽輪機(jī)的功率公式為：

式中：Pe——汽輪機(jī)軸上的有效功率，單位kW;

DK——汽輪機(jī)的汽耗量，kg/h;

h0、hn——蒸汽的初焓與終焓（排汽溫度為45℃)，kJ/kg;

ηoe——配風(fēng)機(jī)的額定工況時(shí)汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率。

以上ηoe、Pe此功率時(shí)汽輪機(jī)的工況參數(shù)以及回?zé)嵯到y(tǒng)低加的抽汽量參見(jiàn)生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的熱力特性數(shù)據(jù)書(shū)。

由（2)式計(jì)算得出改造后額定功率下汽耗量DK為7.09 kg/s。

3.1.2 凝汽器的熱負(fù)荷

由（1)式計(jì)算得出汽輪機(jī)熱負(fù)荷 Q為16980195.50 W，即1.70×107W。

3.2 對(duì)數(shù)平均溫差△tm

電站凝汽器采用傳熱學(xué)中一般換熱器熱力計(jì)算廣泛采用的對(duì)數(shù)平均溫差公式：

式中：t2——冷卻水出口溫度，℃;

t1——冷卻水進(jìn)口溫度，℃;

ts——蒸汽凝結(jié)溫度，℃。

在多流程凝汽器中的冷卻水溫升（t2-t1)取推薦值11℃;t1取平均水溫27.5℃;設(shè)計(jì)工況時(shí)ts為45℃。

由（3)式計(jì)算得出對(duì)數(shù)平均溫差△tm為11.12℃。

3.3 總傳熱系數(shù)

美國(guó)傳熱學(xué)會(huì)（HEI)公式：

圖1

式中C——取決于冷卻管外徑的計(jì)算系數(shù)，取2734，

ξm——清潔系數(shù)，應(yīng)根據(jù)冷卻水質(zhì)條件、蒸汽純度以及它們對(duì)冷卻管材料的影響適當(dāng)選取，銅管一般推薦：0.80～0.85，這里取 0.8。

βt——冷卻水溫修正系數(shù)，取1.01，

βm——冷卻管的材料與壁厚修正系數(shù)，取1.05，

Vm——冷卻管內(nèi)流速，海軍銅推薦1.7～2.1 m/s，這里取2 m/s。

由（4)式計(jì)算得出總傳熱系數(shù)K為3279.80 W/（m2.℃)。

3.4 凝汽器換熱面積

由（1)式計(jì)算得出需要的凝汽器的面積A為465.60 m2，該機(jī)組實(shí)際凝汽器面積為408 m2?？梢?jiàn)，真空度下降是凝汽器面積不夠用造成的。

4 改造方案的提出

為加大凝汽器的冷卻面積，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際條件，最終決定對(duì)2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)和備機(jī)4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)的凝汽器連接。

5 改造的實(shí)施和驗(yàn)證

5.1 凝汽器連接方案

管道連接方案見(jiàn)圖1。

5.1.1 管道兩端連接口分別為2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器喉部、4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器的人孔和防爆門(mén)。

5.1.2 2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器至4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器之間的管道逐漸傾斜，保持一定的斜度，管道之間加裝隔斷門(mén)，并在管道合適位置安裝底部疏水門(mén)。

5.1.3 管道支撐用彈性支撐和滑動(dòng)支架，并在連接管道上加裝波紋補(bǔ)償器。

5.1.4 4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器喉部與該汽輪機(jī)排氣口之間用鐵板封堵，保證凝汽器的嚴(yán)密性。

5.1.5 4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器其他輔助設(shè)備不做改動(dòng)，正常運(yùn)行。

5.2 凝汽器連接的實(shí)施

5.2.1 檢查2#～4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器連接管道按要求安裝，并吹掃干凈。

5.2.2 加裝 1#、2#、3#、4#膨脹指示，便于觀(guān)察管道的受力情況。

5.2.3 各連接管道試漏，保證真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性。

5.3 運(yùn)行實(shí)驗(yàn)

5.3.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（1) 2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器單獨(dú)運(yùn)行試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：① 將隔斷門(mén)關(guān)閉;② 開(kāi)2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)，開(kāi)機(jī)時(shí)，記錄管道的膨脹及機(jī)組的振動(dòng)情況;③ 開(kāi)機(jī)正常后，在不同進(jìn)汽量的條件下，記錄管道膨脹，循環(huán)水壓力及進(jìn)出水溫度，調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度、進(jìn)排汽參數(shù)等數(shù)據(jù);④ 試驗(yàn)完畢后，停2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)，記錄膨脹指示的恢復(fù)情況。

（2) 2#、4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器并列運(yùn)行試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：① 將隔斷門(mén)打開(kāi);② 開(kāi)2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)，開(kāi)機(jī)時(shí)，記錄管道的膨脹及機(jī)組的振動(dòng)情況;③ 開(kāi)機(jī)正常后，在不同進(jìn)汽量的條件下，記錄管道膨脹、循環(huán)水壓力及進(jìn)出水溫度，調(diào)速汽門(mén)開(kāi)度、進(jìn)排汽參數(shù)等數(shù)據(jù)。

（3) 隔斷門(mén)在線(xiàn)切除和投入試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：① 2#、4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器并列試驗(yàn)結(jié)束后，在線(xiàn)切除隔斷門(mén)，記錄2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)（循環(huán)水及進(jìn)排汽參數(shù));② 在線(xiàn)投入隔斷門(mén)，記錄2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。

（4) 注意事項(xiàng)

① 由于在2#、4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器并列運(yùn)行時(shí)進(jìn)入4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)排汽量較小，因此凝汽器水位需用再循環(huán)水門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

② 在2#、4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器并列運(yùn)行時(shí)，注意支架的固定情況，同時(shí)注意測(cè)量排汽管道兩端溫度。

5.3.2 2#、4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器并聯(lián)運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果

（1) 2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，1＃膨脹指示向西移動(dòng)3 mm，2＃膨脹指示向東移動(dòng)3 mm，3＃膨脹指示向北移動(dòng)1 mm，4#膨脹指示未變化;機(jī)組機(jī)頭膨脹指示向南移動(dòng)2.18 mm;停機(jī)后，在1＃膨脹指示處將管道向東移動(dòng)2 mm后做支撐防止開(kāi)機(jī)后向西移動(dòng)，在2#膨脹指示處將管道向西移動(dòng)3 mm后做支撐防止開(kāi)機(jī)后向東移動(dòng)。

（2) 2#、4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器并列運(yùn)行時(shí)，1＃膨脹指示向上移動(dòng)2 mm，向西移動(dòng)1 mm，2#膨脹指示向西移動(dòng)1 mm，3＃膨脹指示向北移動(dòng)3 mm，4#膨脹指示未變化。將隔斷門(mén)關(guān)閉后，1＃膨脹指示恢復(fù)1mm，2#膨脹指示向東移動(dòng)2 mm，3＃膨脹指示恢復(fù)1 mm，4#膨脹指示未變化。

（3) 運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表2。

（4) 試驗(yàn)期間機(jī)組各軸瓦振動(dòng)無(wú)異常。

表2

6 凝汽器改造后的效果

技術(shù)改造后,4#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器抽走2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)凝汽器部分乏汽，增大了冷卻面積，改善汽輪機(jī)做功環(huán)境，提高了真空度，降低了排汽溫度和端差，效果明顯。

6.1 真空度由改造前的65 kPa上升到改造后的84 kPa以上。

6.2 凝汽器的排汽溫度由原來(lái)68℃下降到45℃左右。

6.3 凝汽器端差下降,由原來(lái)的24℃降低到10℃以下。

7 結(jié)束語(yǔ)

引起汽輪機(jī)真空度緩慢下降的原因是多方面的，它與運(yùn)行維護(hù)和檢修質(zhì)量密切相關(guān)。提高汽輪機(jī)的真空度關(guān)系著機(jī)組的安全和穩(wěn)定，而且對(duì)提高經(jīng)濟(jì)效益有著現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)合我廠(chǎng)2#汽輪鼓風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行工況，查找真空度下降的原因。通過(guò)對(duì)凝汽器并列運(yùn)行的實(shí)施，收到了明顯的效果，給高爐穩(wěn)定順行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，更為我們大大積累了真空治理方面的成功經(jīng)驗(yàn)。

[1]《火力發(fā)電職業(yè)技能培訓(xùn)教材》編委會(huì).汽輪機(jī)設(shè)備檢修[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2]遼寧省電力工業(yè)局.汽輪機(jī)運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

[3]張卓澄.大型電站凝汽器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

Technical Modification of Steam Condenser of Turbine Blower 2

Wen Jianyu

After the modification of turbine blower 2 of TIANTIE,problems occurred,such as high steam consumption,the gradual vacuum drop and big terminal temperature difference of steam condenser,and remarkable turbine discharge temperature rise,which all affected the normal running of the blower.Analysis and calculation found the insufficiency of original condenser cooling area and then specific measures were taken to connect turbine blower 2 with the steam condenser of spare turbine blower 4.Satisfactory results yielded.

:turbine blower,steam condenser,vacuum,terminal temperature difference,cooling area,technical modification

（收稿 2010－11－01 責(zé)編 崔建華)

文建宇，男，工程師，畢業(yè)于南華大學(xué)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在天鐵集團(tuán)動(dòng)力廠(chǎng)汽機(jī)作業(yè)區(qū)，從事技術(shù)工作。