王加勇，徐世明 ，代軍科，張華芳

(1.蘇州熱工研究院有限公司性能試驗中心，江蘇 蘇州 215004；2.華能營口熱電有限公司策劃部，遼寧 營口 115000)

凝汽器是蒸汽動力循環(huán)發(fā)電機組的重要環(huán)節(jié)，它的工作狀態(tài)直接影響了機組的安全性和經濟性[1]，其作用是使機組維持一定的背壓。凝汽器的性能不僅影響汽輪機的循環(huán)效率，而且影響機組的安全運行[2-3]。對于超臨界機組，±1 kPa的背壓變化會引起汽輪機輸出功率±1%～±2%的變化[4]。因此，研究凝汽器性能對于機組的安全高效運行尤為重要[5]。

某1 000 MW機組凝汽器加裝在線清洗裝置，可及時沖走凝汽器堵塞物和泥垢，保持內部清潔，并通過熱力性能試驗驗證了增加在線清洗裝置的凝汽器性能變化，凝汽器揭缸檢查也證明了這一點。同時，大修后機組正常運行后，對凝汽器在線清洗裝置正常投運的條件下傳熱性能進行了試驗研究，驗證了在線清洗裝置實用性。凝汽器在線清洗裝置在不停機的情況下定期實時自動有效清潔凝汽器冷卻管內壁，改善汽輪機凝汽器冷卻管的換熱效率，提高機組性能，進而達到節(jié)約能源的效果。本文以工程實踐為例，驗證增加凝汽器在線清洗裝置的實用性，針對存在類似問題的凝汽器有一定的推廣意義。

1 理論基礎

1.1 對數(shù)平均溫差

對數(shù)平均溫差公式如下：

(1)

式中ts——凝汽器壓力下的飽和蒸汽溫度，℃；t1——冷卻水進口溫度，℃；t2——冷卻水出口溫度，℃；△t——冷卻水溫升，℃；δt——凝汽器傳熱端差，℃；LMTD——對數(shù)平均溫差，℃。

1.2 凝汽器熱負荷

對數(shù)平均溫差公式如下：

Q=W×cp×(t2-t1)

(2)

式中Q——凝汽器熱負荷，kW；cp——冷卻水平均溫度下的比熱容，kJ/(kg·℃)；W——冷卻水流量，kg/s。

1.3 凝汽器總體傳熱系數(shù)

凝汽器總體傳熱系數(shù)公式如下：

(3)

式中KT——試驗總體傳熱系數(shù)，kW/(m2·℃)；A——凝汽器面積，m2。

1.4 總體傳熱系數(shù)的修正

試驗時凝汽器熱負荷、循環(huán)冷卻水流量、凝汽器進口循環(huán)水溫度跟設計工況難免存在一定的偏差。

試驗測得的總體傳熱系數(shù)不能跟設計值直接對比，不同時期的試驗結果也不能直接比較，為此，需將試驗測得的總體傳熱系數(shù)換算到設計條件下，這個計算過程被稱為修正。參照HEI標準，總體傳熱系數(shù)的修正計算公式如下：

Fc=KT×Fv×Ft

(4)

(5)

(6)

式中KT——修正后的總體傳熱系數(shù)；Fυ——流量修正系數(shù)；Ft——水溫修正系數(shù)。

1.5 凝汽器壓力的修正

參照HEI標準計算方法，對凝汽器試驗壓力進行凝汽器熱負荷、冷卻水進口溫度和冷卻水流量的修正，修正至設計條件下的凝汽器壓力。

(7)

(8)

式中tsc——凝汽器壓力對應的飽和溫度修正值，℃；t1D——設計冷卻水進口溫度，℃；Δtc——修正至設計冷卻水進口溫度和流量時的溫升，℃；δtc——修正至設計冷卻水進口溫度和流量時的端差，℃；QD——設計熱負荷，kW；WD——設計冷卻水流量，kg/s；X——修正總體傳熱系數(shù)后的對數(shù)平均溫差系數(shù)。

計算得到飽和溫度tsc后，即可查水蒸汽熱力性質表，得到凝汽器修正壓力。結合凝汽器性能計算理論，開展增加在線清洗裝置對凝汽器性能熱力試驗，并對結果進行分析評價。

2 熱力性能試驗結果分析

本次以機組額定負荷工況下評價凝汽器加裝在線清洗裝置經濟性。大修前利用機組熱力性能試驗展開凝汽器試驗，對凝汽器性能進行摸底，作為在線裝置投切下凝汽器性能基準。

大修期間加裝凝汽器在線清洗裝置，由于大修期間對凝汽器進行了機械清洗，為減少大修對凝汽器的性能評估干擾，以運行三個月后開展加裝在線沖洗裝置凝汽器性能試驗。1 000 MW負荷工況下，修正至設計熱負荷、設計冷卻水進口溫度和設計冷卻水流量等邊界條件下，凝汽器平均壓力為4.26 kPa。大修前1 000 MW負荷工況下，修正至設計熱負荷、設計進口水溫和設計冷卻水流量等邊界條件下的凝汽器壓力為4.82 kPa。大修運行三個月后相比大修前，背壓下降0.56 kPa，機組發(fā)電煤耗率降低約1.24 g/kWh，詳細數(shù)據(jù)見表1。

采用在線清洗技術，根據(jù)凝汽器運行情況定期清洗，每次清洗耗電600 kWh/次，每年耗電不超過8萬kWh，加上維護備件費不會超過15萬元，參照目前電負荷率節(jié)約燃煤成本300萬元。

由此可見，在額定負荷情況下，加裝在線清洗裝置經濟效益相當可觀，當?shù)拓摵蓵r單臺循泵運行，循環(huán)水流速低，凝汽器更容易結垢，在線清洗更為有利。

3 投切凝汽器在線清洗裝置揭缸檢查

根據(jù)調研，沿海電廠采用海水直流循環(huán)，由于海水泥沙沉積及周邊海產品養(yǎng)殖問題，加上潮水作用，雜物也較多，沿海大型煤電機組不同程度地存在泥垢等方面的問題，凝汽器清潔程度對機組經濟性影響明顯。尤其是低負荷，機組運行采用單泵或低速泵低流速運行，積泥更為嚴重，針對凝汽器這類問題，增加在線清洗裝置更為必要。

利用機組大修期間加裝凝汽器在線清洗裝置，停機后對凝汽器進行拍照留檔，可見凝汽器內壁表面有層泥垢，對換熱管傳熱和流動阻力雙重危害影響。凝汽器在線裝置運行半年后，利用機組臨停的機會，打開凝汽器人孔門，在線清洗裝置對凝汽器清潔度具有一定的保持作用。

凝汽器加裝凝汽器在線清汽裝置性能對比結果如表1所示。表1凝汽器熱力性能試驗計算結果也驗證了這點。

表1 凝汽器加裝凝汽器在線清洗裝置性能對比線果

4 結語

針對國內某1 000 MW機組大修期間加裝凝汽器在線清洗裝置，在相同凝汽器熱負荷和海水條件下，加裝在線機器人清洗裝置進行清洗后，凝汽器總體傳熱系數(shù)由改造前的3.13 kW/(m2·K)提高5.19 kW/(m2·K)；改造后凝汽器較改造前下降0.56 kPa，發(fā)電煤耗降低約1.24 g/kWh。

采用在線清洗技術，根據(jù)凝汽器運行情況定期清洗，每次清洗耗電600 kWh，每年耗電不超過8萬kWh，加上維護備件費不會超過15萬元，參照目前電負荷率節(jié)約燃煤成本300萬元，根據(jù)機組負荷情況在一到二年收回改造成本。