1、概述

　　蘭州石化公司化肥廠動力車間1#汽輪發(fā)電機(jī)組(18MW)的汽輪機(jī)為EHNK40/56/20型抽汽凝汽式汽輪機(jī)，它以鍋爐裝置提供的10.0MPa蒸汽為動力源。機(jī)組第5級抽出的3.80MPa蒸汽送入蒸汽管網(wǎng)，機(jī)組乏汽排入凝汽器，冷凝后匯集至熱井，由凝結(jié)水泵送往脫鹽水裝置。機(jī)組凝汽系統(tǒng)如圖1，主要包括：凝汽器本體、凝結(jié)水泵、兩級抽氣器、輔助抽氣器及相關(guān)管道和閥門。兩級抽氣器與輔助抽氣器均為射汽抽氣器，采用1.0MPa蒸汽作為工作介質(zhì)。

圖1 凝汽系統(tǒng)示意圖

　　該機(jī)組汽輪機(jī)的凝汽器設(shè)計(jì)真空為-0.070MPa，汽輪機(jī)排汽溫度為55℃。2009年機(jī)組在軸封供汽正常、凝結(jié)水水位正常的情況下，出現(xiàn)凝汽器真空度逐步升高至-0.050MPa，排汽溫度升高至80℃，均與設(shè)計(jì)值相差較大，導(dǎo)致排汽焓值升高，蒸汽內(nèi)能不能得到充分利用。

2、原因分析

　　2.1、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

　　循環(huán)冷卻水系統(tǒng)較常出現(xiàn)的故障包括循環(huán)水中斷、循環(huán)水量不足和循環(huán)水溫度高。其中循環(huán)水中斷與循環(huán)水溫度高可以很容易地從數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷。該機(jī)組循環(huán)冷卻水與其他裝置循環(huán)水均由循環(huán)水場集中供給，循環(huán)水溫度基本在21～24℃，滿足工業(yè)用水要求。而凝汽器真空度的降低是一個漸進(jìn)的過程，不是突然發(fā)生的，因此可排除循環(huán)水中斷及循環(huán)水溫度高這2個因素。

　　對于集中供給的循環(huán)水系統(tǒng)，造成循環(huán)水量不足的原因是凝汽器中流體阻力過大，最明顯的證據(jù)就是凝汽器進(jìn)出口循環(huán)水壓差變大，這從機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)也可看出：凝汽器進(jìn)口循環(huán)水壓力基本保持在0.45MPa，而出口水壓卻在1月內(nèi)從0.40MPa逐步降至0.33MPa。說明凝汽器內(nèi)部循環(huán)水流通不暢，循環(huán)水阻力增大，造成換熱效果降低，無法有效地將蒸汽冷凝，這是造成真空度下降的原因之一。

　　2.2、凝汽器本體

　　凝汽器內(nèi)部結(jié)垢或流道堵塞均有可能造成凝汽器流體阻力過大、換熱效果下降。1#汽輪機(jī)凝汽器為雙通道并聯(lián)結(jié)構(gòu)(為方便表述用A側(cè)/B側(cè)加以標(biāo)識)，循環(huán)水走管程，如圖2所示。

圖2 凝汽器結(jié)構(gòu)及循環(huán)水通道示意圖

　　在日常對凝汽器進(jìn)、回水溫度的檢測時發(fā)現(xiàn)：通過對凝汽器循環(huán)水量的調(diào)節(jié)，可將A側(cè)進(jìn)出水溫差控制在5℃以上，而B側(cè)進(jìn)出水溫差始終未超過3℃。說明B側(cè)循環(huán)水通道可能存在短路。于是利用機(jī)組大修機(jī)會，打開凝汽器封頭進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)銅管內(nèi)壁有明顯可見垢層，銅管內(nèi)有淤泥，B側(cè)進(jìn)水通道與回水通道之間的擋板與殼體之間有100mm斷口(見圖2)，折流通道被淤泥堵塞。事實(shí)與先前分析一致。

　　凝汽器銅管結(jié)垢，使凝汽器熱阻增大，傳熱系數(shù)降低；凝汽器折流通道堵塞，導(dǎo)致凝汽器阻力增大；進(jìn)回水擋板與殼體之間出現(xiàn)斷口使循環(huán)水直接進(jìn)入回水通道，未能在凝汽器內(nèi)形成有效循環(huán)。以上三因素的共同作用，最終降低了凝汽器換熱效果，導(dǎo)致凝汽器真空度下降。

　　2.3、抽氣器

　　汽輪機(jī)的排汽進(jìn)入凝汽器殼程，與管內(nèi)的循環(huán)水進(jìn)行換熱，使蒸汽凝結(jié)為水，體積縮小形成真空，而凝汽器在機(jī)組啟動時的真空是靠射汽抽氣器抽出其中的空氣建立的。抽氣器在機(jī)組正常工作中不斷將不凝氣體抽出，以維持機(jī)組的真空穩(wěn)定。

　　抽氣器的工況直接影響了凝汽器真空的建立。因抽氣器原因?qū)е抡婵諉栴}的可能原因有：中壓蒸汽壓力低或帶水，冷卻水不足，疏水不暢，抽氣器噴嘴磨損或腐蝕等。

　　本裝置兩級抽氣器所使用的中壓蒸汽由管網(wǎng)統(tǒng)一供給，壓力穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)場疏水、排汽情況，也可排除中壓蒸汽帶水或疏水不暢等因素。冷卻器使用機(jī)組凝結(jié)水進(jìn)行冷卻，機(jī)組運(yùn)行過程中，凝結(jié)水量穩(wěn)定；機(jī)組啟動初期，由于有脫鹽水補(bǔ)水閥對凝汽器內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)水，因此可排除冷卻水不足這一因素。

　　為了確定是否凝汽器真空低，投入了輔助抽氣器，穩(wěn)壓48h，觀察真空變化(如表1，表中數(shù)據(jù)為投入輔助抽氣器后主蒸汽為30t/h全凝運(yùn)行工況下的數(shù)據(jù))。

表1 投輔助抽氣器前后主要操作參數(shù)對比

　　由表1知：輔助抽氣器的投入改善了排汽參數(shù)，說明凝汽器內(nèi)的不凝氣體無法通過兩級抽氣器有效排放，即兩級抽氣器工作能力達(dá)不到排出凝汽器內(nèi)不凝氣體的要求。

　　利用機(jī)組停車機(jī)會，拆開機(jī)組的兩級抽氣器的4組噴嘴、擴(kuò)壓管、混合室等，對兩級抽氣器進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)抽氣器第一級南側(cè)蒸汽室與噴嘴連接處墊片有損壞，蒸汽室與噴嘴裝配處螺紋損壞。說明有部分蒸汽未經(jīng)過噴嘴直接進(jìn)入了混合室，導(dǎo)致混合室內(nèi)部無法形成有效的真空，使抽氣作用大大降低。進(jìn)一步檢查還發(fā)現(xiàn)兩級抽氣器的4組中壓蒸汽管路的過濾器濾網(wǎng)均存在不同程度的變形和結(jié)垢現(xiàn)象，此問題也會造成中壓蒸汽管路阻力增加，實(shí)際工作壓力降低，無法有效地建立和維持凝汽器真空。

　　通過以上分析可以確定：兩級抽氣器工況變差是引起凝汽器真空度下降的主要原因；凝汽器本體銅管結(jié)垢、循環(huán)水通道不暢，無法建立有效的循環(huán)，也是引起凝汽器真空度下降的原因。

3、問題處理

　　針對以上情況，采取了以下措施進(jìn)行改善：

　　(1)對凝汽器進(jìn)行清洗，疏通堵塞銅管，清洗銅管表面垢層；

　　(2)將凝汽器B側(cè)進(jìn)回水間擋板重新焊接，隔離進(jìn)回水通道；

　　(3)對抽氣器蒸汽室內(nèi)螺紋進(jìn)行修復(fù)，更換銅墊；

　　(4)拆開兩級抽氣器的4組中壓蒸汽管路上的過濾器，清洗濾網(wǎng)，對變形濾網(wǎng)進(jìn)行修復(fù)或更換。

　　采取以上措施后，1#汽輪機(jī)開機(jī)后順利建立了啟動真空，同樣是主蒸汽30t/h的全凝式運(yùn)行，凝汽器真空達(dá)到-0.068MPa，排汽溫度降低至50℃，具體數(shù)據(jù)如表2。

表2 措施實(shí)施前后主要操作參數(shù)對比

　　經(jīng)過一段時間的觀察，汽輪機(jī)排汽壓力和溫度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求(見表3)。

表3 整改后前4個月的排汽參數(shù)

　　由此可見，通過疏通清洗凝汽器，恢復(fù)水循環(huán)通道及對兩級抽氣器的檢修，優(yōu)化了機(jī)組排汽參數(shù)，提高了凝汽器真空度，降低了排汽溫度，有利于機(jī)組的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

4、效益評估

　　查水蒸氣的焓熵圖，得蒸汽在-0.050MPa、80℃下的焓H1=2655kJ/kg，在-0.068MPa、50℃下的焓H2=2592kJ/kg。由此可得每消耗1kg蒸汽，排汽能量損失

ΔH=H1-H2=63kJ

　　按凝結(jié)水量30t/h計(jì)算，每小時可節(jié)約能量：63×30×103=1890000kJ，合525kW·h。裝置按全年運(yùn)行300d計(jì)算，則年節(jié)約能量可達(dá)378萬kW·h，約合126.3t標(biāo)準(zhǔn)煤。由此可見，僅凝汽器真空及排汽溫度改善就可達(dá)到126.3t標(biāo)準(zhǔn)煤的節(jié)能量。同時，蒸汽利用率的提高，也能使發(fā)電量得到相應(yīng)提升。

5、結(jié)語

　　由于機(jī)組排汽參數(shù)的優(yōu)化，降低了排汽焓值，使得蒸汽的內(nèi)能更多的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，提高了蒸汽利用率和機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。按主蒸汽負(fù)荷為30t/h全凝工況運(yùn)行計(jì)算，全年節(jié)能效益208萬元。整改后，減少了非計(jì)劃停工次數(shù)，保證了工藝系統(tǒng)的正常運(yùn)行，使工藝管理水平上了個新臺階，間接效益也非常可觀。