汽轮机凝汽器最佳真空的影响因素及确定方法

第29卷 第4期

2007年11月河北理工大学学报(自然科学版)JournalofHebeiPolytechnicUniversity(NaturalScienceEdition)Vol 29 No 4Nov.2007文章编号:1674 0262(2007)04 0085 04

汽轮机凝汽器最佳真空的影响因素及确定方法

赵斌,张晓亮,刘玲

(河北理工大学冶金与能源学院,河北唐山063009)

关键词:汽轮机;凝汽器;最佳真空

摘 要:凝汽器真空是汽轮机运行中的重要参数,其数值的大小对汽轮机的运行安全经济性及

调节性能都有很大的影响。虽然提高凝汽器的真空可以使汽轮机的理想焓降增大,电功率增

加,但无论从设计角度还是从运行角度来看,都不是真空越高越好。影响凝汽器真空的原因是

多方面的,在换热面积一定的情况下,主要有:汽轮机排汽量、循环水流量、循环水入口温度。

同时,凝汽器脏污程度、汽轮机排汽阻力、锅炉补充水、抽气器(或真空泵)耗功率、凝结水溶氧

量、循环水最低流速、循环水的费用、凝结水过冷度等因素对于凝汽器最佳真空确定的影响也

不容忽视。

中图分类号:TK242 文献标识码:A

0 引言

凝汽器真空是表征凝汽器工作特性的主要指标,是影响汽轮机经济运行的主要因素之一。真空降低使汽轮机的有效焓降减少,会影响汽轮机的出力和机组设备的安全性。

1 影响凝汽器真空的主要因素及其计算方法

正常运行时,汽轮机的排汽压力与排汽温度的关系是饱和蒸汽的压力和温度的关系。这样,实际凝汽器内的蒸汽压力可由与其相对应的饱和温度来确定,而饱和温度tc用下式计算

tc=tw1+ t+ t

式中:tw1为循环水入口温度, ; t为循环水温升, ; t为凝汽器端差, 。

由上式可知,影响凝汽器真空的因素有循环水入口温度、循环水温升和凝汽器端差、下面将重点讨论循环水入口温度、循环水温升和凝汽器端差的确定方法。

1 1 循环水入口温度

循环水入口温度tw1主要与电站所在地的气候和季节有关。冬季tw1低,tc也低,真空高;夏季tw1高,tc也高,真空低。

用冷水塔或喷水池时,循环水入口温度tw1还与冷水塔或喷水池的冷却效果有关。在季节和气候一定的条件下,冷水塔或喷水池的冷却效果越好,tw1就越低;相反,如果冷水塔或喷水池的冷却效果不好,tw1就会高。在夏季,冷水塔或喷水池的冷却效果对循环水入口温度tw1的影响效果比较显著。

1 2 循环水温升

由凝汽器热平衡

Dc((hc-h c)=Dwcp t

收稿日期:2006 07 31

86 河北理工大学学报(自然科学版) 第29卷 得到循环水在凝汽器内的温升为

t=Dc(hc-h c)

Dwcp

式中:hc-h kg蒸汽在凝汽器中凝结放出的汽化潜热。由于在较大的凝汽器压力变化范围内,hcc表示1

-h kJ/kg(小型机组约为2300kJ/kg);cp为水的比c值的变化范围很小,因此,一般可以近似将其取为2200

热,取cp=4.174kJ(kg! );Dw为循环水流量,t/h。

则上式变为

t=

式中:m=

高。

由上式可见, t主要决定于循环倍率m,或者说,当Dc一定时, t主要决定于循环水流量Dw。Dw减小, t增大,真空降低。对于定转速离心式循环水泵,Dw主要决定于循环水泵流量和并联运行的台数。1 3 凝汽器端差

凝汽器端差就是凝汽器内汽轮机排汽压力对应的饱和温度tc与循环水出口温度tw2之差,以 t表示,即

t=tc-tw2

由凝汽器热平衡式可得

Dwcp t=KAc tm

式中:K为凝汽器总体传热系数,kW/(m! );Ac为凝汽器的冷却面积,m; tm为凝汽器中蒸汽与循环水之间的对数平均温差, 。

由于凝汽器空气冷却区的面积很小,故可以假定汽轮机排汽温度tc沿整个冷却面积不变,则 tm可以用下式计算

tm=

代入上式并经整理得

t= t

kAc

pw2200Dc527Dc527==4 174DwDwmDw,称为凝汽器的冷却倍率,它表明循环水量是凝结蒸汽量的倍数。m越大, t越小,真空越Dc22(tc-tw1)-(tc-tw2)=tc-tw1lnln() ttc-tw2DcDw525 t=kAc-1pw-1

由上式可以看出,传热端差 t与Ac、K、Dc、Dw有关。在实际运行时,Ac已定,因此影响端差 t的主要因素是凝汽器总体传热系数K、循环水流量Dw和汽轮机的排汽量Dc。K越大, t越小,真空越高。凡影响K的因素,都将影响 t,从而也将影响tc。

2 凝汽器最佳真空的确定方法

2 1 凝汽器最佳真空的传统定义

虽然提高凝汽器的真空可使汽轮机的理想比焓降增大,电功率增大,但无论从设计角度还是从运行角度来看,都不是真空越高越好。影响凝汽器真空的原因是多方面的,在换热面积一定的情况下,主要有:汽轮机排汽量、循环水流量、循环水入口温度。其中循环水入口温度取决于当地的气候条件,短时间内不会改变,则在汽轮机负荷一定的条件下,要提高凝汽器的真空只有靠增加循环水流量。也就是说,要提高凝汽器真空必须以增加循环水泵的泵耗为代价。然而循环水泵是电厂厂用电消耗主要设备,增大循环水量虽然可使汽轮发电机组电功率增加,但同时循环水泵的耗功率也要增加。这就存在背压降低使汽轮发电机组电功率增加的数值能否补偿增加水量使循环水泵耗功率的增加值的问题,因之有了最佳真空(或最佳背压)的概念。即

第4期 赵斌,等:汽轮机凝汽器最佳真空的影响因素及确定方法

称为最佳真空。

2 2 最佳真空确定方法的改进87

凝汽器最佳真空的传统计算方法忽略了凝汽器赃污程度、汽轮机排汽阻力、锅炉补充水、抽气器(或真空泵)耗功率、凝结水溶氧量、循环水的费用、循环水。最低流速、凝结水过冷度,因而使计算结果有所偏差。下面将进一步讨论以上这些因素对凝汽器最佳真空的影响。

2 2 1 循环水费用对凝汽器最佳真空的影响

目前国内外对凝汽器最佳真空的选取是在某一确定的汽轮机负荷和循环水入口温度的前提下,通过使汽轮发电机组电功率的增加值与循环水泵消耗功率的增加值之间的差值达到最大来确定最佳循环水量,并以此为依据来选取凝汽器的最佳真空。不可否认,上述最佳真空的确定方法对于实现循环水系统的经济优化起到了很重要的作用;但其最大的问题是,对于循环水运行费用的处理上,只考虑了输送循环水所消耗的循环水泵电功率,而没有考虑在利用循环水的同时对水资源的消耗以及对河流或大气所造成的热污染问题。实际上,随着人们对水资源保护及环境保护意识的提高,凝汽器所消耗的循环水量以及向河流或大气所排放的热水(汽)量对水资源和环境的影响已经开始受到有关部门的重视,由此造成的经济损失已不容忽视。例如,某电厂采用江水作为循环水,每用1吨水需要向自来水公司交纳0 02元(人民币),循环水经过凝汽器后,由于温度升高,再排回到江里时,环保部门又收取0 01元/吨。这样,该电厂每用1吨循环水就需付0 03元的费用。某300MW汽轮机额定循环水流量为28162吨/小时,按照一年运行7000小时计算,则该厂一台300MW汽轮机每年因为循环水费用而支出591万元(人民币)。对于循环水采用闭式循环的凝汽器,需要用地下水作为循环水的补充水,而地下水的价格更高。因此,前面介绍的最佳真空只能说是能量意义上的最佳真空,而并非实际经济意义上的最佳真空。为了得到真正经济意义上的最佳真空,必须将循环水本身的费用考虑进去。考虑了循环水费用以后的汽轮机的净收益 Cb为

Cb=Rd P-Pd Pp-!DwRw

式中:Rd为上网电价,元/kW!h; 为机组运行时间,h; P为背压降低所引起的汽轮发电机组电功率增加值; Pp为拖动循环水泵的电动机耗功率增加值;Rw为循环水本身的价格,元/吨;!为系数,对于循环水开式循环,!=1;对于循环水闭式循环,!为循环水系统的补水率。

显然,为了获得最大净收益,需要合理选择循环水流量,循环水流量的数值应满足

! Cb!Pp=Rd -Rd -! Rw=0www

上式化简得

Rw-!Pp=!

wRdw

考虑了循环水费用以后所确定的凝汽器的最佳真空才是真正意义上的最佳真空。这种确定凝汽器最佳真空的方法能保证汽轮机运行的经济收益最大,而不仅仅是能量转换收益最大。

2 2 2 汽轮机排汽阻力对凝汽器最佳真空的影响

进入汽轮机的蒸汽在各级做功后,从末级动叶出来经排汽管排入凝汽器。排汽在排汽管中流动时,由于摩擦、转向等阻力作用而有压力损失,称为汽轮机的排汽阻力损失。设p c表示凝汽式汽轮机末级动叶出口压力,则其与凝汽器压力pc之间的差值即为排汽阻力损失。由于这部分压损的存在使汽轮机的理想焓降有所减小,从而使蒸汽的做功能力减小。

由以上分析可知,在确定凝汽器最佳真空时应该考虑真空变化对汽轮机排汽阻力的影响。排汽阻力可以用下列公式计算

Dc pc=k 式中:k为考虑结构尺寸及阻力的系数,1/m;∀为排汽密度,kg/m。

由以上公式可知当凝汽器真空提高时,使汽轮机排汽密度∀减小,在排汽量一定的前提下,导致汽轮机,432

88

功能力减小。 河北理工大学学报(自然科学版) 第29卷

由于排汽阻力的存在使汽轮机的背压升高,从而减小了蒸汽的做功能力,且排汽量越小,排汽阻力对汽轮机背压的影响越大。因此在计算凝汽器最佳真空时有必要把排汽阻力所带来的影响考虑进去。2 2 3 抽气器(或真空泵)耗功率对凝汽器最佳真空的影响

在汽轮机运行过程中,处于真空状态的设备,不可避免地要漏入一部分空气,从而影响凝汽器的真空。抽气器的作用就是不间断地抽出漏入真空系统的空气,从而达到维持凝汽器真空的目的。如果抽气设备的容量合适,凝汽器的真空主要取决于循环水入口温度、循环水流量及汽轮机排汽量等因素。然而,如果抽气设备容量不足或抽气性能降低,则抽气设备不能及时抽出漏入真空系统的空气,空气将会在凝汽器中积聚。这样就导致汽轮机背压升高,凝汽器真空降低,使汽轮机理想循环热效率降低。

无论何种原因,只要抽气设备不能及时抽出漏入真空系统的空气,则凝汽器内的压力就会升高,在这种情况下,抽气设备的工作情况也会成为影响凝汽器真空的一个重要因素。

2 2 4 清洁系数对凝汽器最佳真空的影响

现有的计算方法在计算凝汽器真空时,均是在假定当时凝汽器水侧管壁清洁、真空系统严密性状态正常或抽气设备性能良好的情况下进行计算,而对这些因素异常时的情况考虑不够。因此,这样的计算结果只适用于凝汽器水侧管壁清洁等良好工况。当凝汽器循环水管内壁脏污、汽轮机真空系统严密性失常或抽气设备性能降低时,虽然对循环水流量和循环水泵消耗功率的影响可以忽略或没有影响,但对凝汽器的总体传热系数却产生很大的影响,从而影响到凝汽器的端差,最终会影响凝汽器的真空。

当凝汽器的清洁系数不同时,凝汽器的真空会有所改变。因此,在确定凝汽器最佳真空时,要视凝汽器当时的清洁系数而定,而不能一概而论。

2 2 5 锅炉补充水对凝汽器最佳真空的影响

在计算凝汽器真空的过程中要用到循环水的温升 t,目前所有文献在计算 t时都是通过凝汽器热平衡方程式得到的。

实际上面热平衡方程式没有考虑锅炉补充水因素,考虑了锅炉补充水以后的凝汽器热平衡式应该是

Dc(hc-h Df(h c)=Dwcp+ tc-hf)

式中:Df为锅炉补充水量,t/h;hf为锅炉补充水的焓值,kJ/kg;h 。c为凝结水的焓值,kJ/kg

由上式计算出 t后代入tc=tw1+ t+ t中,算出凝汽器中排汽所对应的饱和压力才是比较精确的凝汽器压力。

2 2 6 凝结水过冷度和含氧量对凝汽器最佳真空的影响

凝汽器中蒸汽压力所对应的饱和温度和凝汽器热井出口凝结水温度的差值称为凝结水的过冷度。由于凝结水过冷度的存在,使低压加热器的入口水温降低。为了提高低压加热器的出口水温,必须增加更多的回热抽汽,从而使机组经济性降低。凝汽器中所含的空气是产生过冷度的主要原因。当汽轮机背压降低时,虽然会使汽轮机的电功率提高,但另一方面随着背压的降低会使空气的漏入量增加,这样凝汽器中蒸汽的分压力降低,蒸汽分压力所对应的饱和温度会降低。漏入的空气量越多,凝结水的温度就越低,产生的过冷度就愈大,从而造成的损失就愈大。

另外背压降低会使凝结水中的溶氧量增加。当背压降低时漏入的空气量增大,使氧气的分压力升高,氧气在凝结水中的溶解度增大。凝结水中溶有氧气会腐蚀凝结水管道和低压加热器,使机组的经济性和安全性都受到了影响。为了消除溶氧的影响,必然会使除氧费用增加。

由上面分析可知,降低凝汽器中的压力虽然会使蒸汽的有效焓降增加,但同时伴随着凝结水的过冷度增加和给水化学除氧费用提高。

2 2 7 循环水最小流速对凝汽器最佳真空的影响

目前对最佳循环水量的确定一般都是从电厂效率和维持凝汽器最佳真空的角度来考虑的,而没有考虑凝汽器冷却水管堵塞问题。实际上,当冬季循环水入口温度低,而机组负荷又比较小时,用少量的循环水流量就能维护凝汽器的最佳真空。但是,当循环水量降低到一定值时,会发生凝汽器冷却水管堵塞,危及机组

此,在确定凝汽器最佳真空时,有必要考虑循环水量的下限值。

2 2 8 凝汽器综合最佳真空的确定方法通过上述对各因素的分析,可以得到凝汽器综合最佳循环水流量的确定应该是使汽轮机综合净收益最大,亦即

Cbmax=Rd ( P- Pp- P P- POC∀ Pf)-! DwRw - Cch

式中: P P为背压降低排汽阻力增大所引起的电功率减小值,kW; POC为背压降低过冷度增大所引起的电功率减小值,kW;: Cch为背压降低所引起的单位时间内化学除氧费用的增加值; Pf为锅炉补充水所引起的汽轮机的电功率的变化值,kW。

显然,为了获得最大净收益,循环水流量的数值应满足

! Cb!Pp!P P!POC=Rd-Rd -Rd -Rd wwwww

∀Rd

上式化简得

!Pp!P P!POC!Pf!Rw!Cch!P---∀=+!Dw!Dw!Dw!Dw!DwRdRd!Dw

显然,由上式所确定的循环水流量和其所对应的凝汽器真空值,才是综合考虑了上述各因素以后的真正的最佳循环水流量和最佳真空。!Pf!Cch-! Rw- =0ww

3 结语

1)传统的凝汽器最佳真空的确定方法由于忽略了许多重要的因素,因而使计算结果有所偏差。

2)本文在确定凝汽器最佳真空时考虑了以下因素:循环水的费用、汽轮机排汽阻力、锅炉补充水、抽气器(或真空泵)耗功率、凝结水的溶氧量、凝汽器水测管壁的清洁系数、循环水最低流速和凝结水的过冷度。由于考虑了这些因素使得计算结果更接近最优值。

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(下转第94页)

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ApplicationofWareletTransformationinGlimmerImagePracessing

DIZhi gang,JIAChun rong,LIYin min

(CollegeofInformation,HebeiPolytechnicUniversity,TangshanHebei063009,China)

Keywords:wavelettransformation;medianfiltering;eliminateyawp

Abstract:Yawppointsincludedintwilghtimageshasthespecialiesofsalt pepperyawp,sowecarrythroughwave lettransformationforimagesthenaccordingtothespecialtiesofvawp,Weonlycarrythroughwaveletreconstructionforhigyfrequencywaveletcoefficien,tthenagainwecangetimageswhichincludedetailandyawppoints.Accordingtothespecialtiesofhistogramofreconstructiveimage,wedisposethresholdvalueofreconstructiveimages,andwecangettheimageswhichonoyincludeyawppoonts.Accordingtothepositionofyawppointsobtainedbywavelettransformation,wecarrythroughmedianfilteringdisposalfortwilightimagesincloudingyawp,eliminationsalt pep peryawpoftwilightimages.Thismethodconqueredbrimillegibilityofmedianfiltering,andmoreover,itcanmain taindetailportionoftwilightmiage.

(上接89页)

DeterminingMethodoftheOptimumVacuum

intheCondenserofSteamTurbine

ZHAOBin,ZHANGXiao liang,LIULing

(CollegeofMetallurgyandEnergy,HebeiPolytechnicUniversity,TangshanHebei063009,China)

Keywords:steamturbine;condenser;optimumvacuum

Abstract:Thevacuumofcondenserisanimportantparameterintheoperationofsteamturbine,whosemagnitudehasgreatinfluenceontheeconomy,securityandmodulationcapabilityofsteamturbine.Nomatterwhatyoutakein toaccoun,tdesignoroperation,it#snotalwaysbetterwhenthevacuumishigher,eventhoughimprovingthevacuumincondensercanimprovetheidealenthalpydropofsteamturbineandincreasetheelectricpoweraswel.lIftheheatexchangerareadoesn#tchange,thefactorswhichaffectthevacuumofcondenseraremainlyinthefollowing:theloadofsteamturbine,theflowandinlettemperatureofcirculatingwater.Inaddition,thecostofcirculatingwa ter,theexhaustresistanceofsteamturbine,thecomplementarywaterofboiler,thepowerconsumptionofairejector(vacuumpump),thedissolvedoxygenofcondensingwater,thecleancoefficientofcondenser,thelowestflowrateofcirculatingwater,andthesupercoolngdegreeofcondensingwaterhavemoreorlessinfluenceondeterminingtheoptimumvacuumofcondenser.