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凝汽器清洁程度监测方法研究与应用杨家技黄汝广全华强（深圳南天电力有限公司，广东深圳518040）摘要：研究了凝汽器清洁程度的监测方法，通过excel表格在运行中加以应用，达到了节能降耗的目的，取得了较好的效果。关键词：凝汽器；清洁程度；监测；数学模型0前言凝汽器是电厂热力循环中的重要设备,它的运行状态直接影响整个机组的经济性，一直以来，研究凝汽器的优化运行、如何提高汽轮机的出力都是十分重要的课题。在电厂运行中，对凝汽器运行状态进行监测的常规方法是：计算冷却水温升、凝汽器端差和过冷度等指标，或是绘制凝汽器运行特性监督曲线，以此来判断凝汽器的工作情况。但这种方法只能给出定性的参考意见，无法做到准确定量分析。特别是凝汽器水侧一般都存在着不同程度的污垢,导致凝汽器换热性能下降，进而降低了机组的运行经济性。虽然运行人员定期投入胶球清洗，但由于缺少一个合适的凝汽器水侧污垢监测模型，投入胶球清洗在一定程度上具有盲目性。本文根据传热学原理，建立了凝汽器清洁程度监测模型，提出用“凝汽器清洁程度百分数”和“凝汽器管壁污垢热阻”两个参数来评价凝汽器的清洁情况。模型所需的原始参数都是现有的，计算方法经过简化，计算过程不再繁琐，可在excel表格中编辑公式进行计算，大大方便了监测的实施。根据计算结果，准确确定凝汽器清洗周期和清洗时间，优化运行，实现了节能降耗的目的。1电厂汽轮机介绍某电厂6＃汽轮机为单缸、单进汽、反动、凝汽式汽轮机，额定出力71MW，设计参数为：主汽温度510℃、主汽压力4.3MPa、主汽流量231t/h，背压8kPa(a)，凝汽器材料为钛管，总数6520根，管径Φ24×0.5mm，凝汽器面积4395m2，设计循环水流量3400kg/s，温升9.9℃。目前6＃汽轮机运行数据为：出力62MW，主汽温度500℃、压力4MPa、流量207t/h；排汽压力7kPa(a)，排汽温度43℃；循环水进水温度32℃，循环水出水温度40℃。本文以该汽轮机为例，建立凝汽器清洁程度监测的数学模型。2凝汽器清洁程度监测的数学模型文中公式引用的符号名称及单位说明见表1：表1本文公式引用的符号名称及单位h1汽轮机进汽焓，kJ/kghs汽轮机排汽焓，kJ/kgΔN汽轮机轴耗功，kWηt汽轮发电机效率，%P汽轮发电机出力，kWGs凝汽器的蒸汽流量，kg/shc凝结水焓,kJ/kgGw凝汽器冷却水流量，kg/sCp水的比热容，取值4.178,kJ/(kg.℃)tw1凝汽器冷却水入口温度，℃tw2凝汽器冷却水出口温度，℃K凝汽器总传热系数，kW/m2.℃F凝汽器传热面积，m2tc凝结水温度，℃ts凝汽器压力对应的饱和温度，℃Q凝汽器热负荷，kWΔtm凝汽器传热对数温差，℃Δt循环水温升，℃v管束中循环水流速，m/sδ凝汽器端差，℃d1凝汽器管子外径，md2凝汽器管子内径，mλ凝汽器钛管导热系数，kW/m.℃w凝汽器水侧对流放热系数，kW/(m2.℃)s凝汽器汽侧蒸汽凝结放热系数，kW/(m2.℃)Rf凝汽器管壁污垢热阻，m2.℃/kWK0凝汽器管束基本传热系数，kW/(m2.℃)βt循环水入口温度修正系数，无量纲βm管材、管壁厚度修正系数，无量纲βc管壁清洁系数，无量纲监测凝汽器的清洁程度，核心问题在于计算出凝汽器的理论传热系数、实际运行传热系数和凝汽器管壁污垢热阻。根据传热学理论，凝汽器总传热系数计算公式为[1]：12w121sf1=d/(d)+ln(d/d)d/(2)+1/+KR（1）根据上公式，要计算出凝汽器总传热系数，必须要先计算凝汽器水侧对流放热系数aw，凝汽器汽侧凝结放热系数as等，这个计算过程十分繁杂，不予推荐，本文采用一种较简单的计算处理方法。在《凝汽器与真空系统运行维护导则》DL/T932-2005中，凝汽器总传热系数采用以下公式计算[2]:0tmc=KK（2）《导则》中给出了相关数据的查询图表，使用起来十分方便。为方便计算，我们采用最小二乘法将图表中数据拟合成数学公式。凝汽器管束基本传热系数K0与管径和管内水流速有关，根据《导则》中给出了凝汽器管束基本传热系数取值表，针对Ф24mm的钛管，用最小二乘法拟合其曲线方程为：02K=-154.15+1571.26+1298.51，最大误差0.1％。循环水入口温度修正系数βt的拟合计算公式：w1t=0.989+0.0074(-20)t管材、管壁厚度修正系数βm取值0.952。管壁清洁系数βc，对于清洁的管子，取值0.9。凝汽器热平衡方程为：pCFWw2w1msscQ=G(h-h)=G(t-t)=Kt(3)汽轮机能量平衡方程为：[()]s1stP=Gh-h-Nh（4）凝汽器传热对数温差计算公式：=()/ln[)]mw2w1sw1sw2tt-t(t-t)/(t-t（5）根据式（3）（4）（5），依次计算汽机排汽焓、凝汽器的热负荷、循环水流量、凝汽器总传热系数。将计算结果代入式（2）中，可反算出管壁清洁系数βc。凝汽器清洁程度百分数按下式计算：c=(/0.9)100%C（6）清洁程度百分数值在80％以上为良好，在70％以下为较脏，应投入胶球清洗。这样就建立起了以凝汽器清洁程度百分数为标准分定量评价凝汽器清洁程度的模型。同时，我们也可用凝汽器管壁污垢热阻来衡量凝汽器的污染情况，计算公式如下：0tm=1/-1/(0.9K)fRK（7）一般的，污垢热阻小于0.065m2.℃/kW认为是较清洁，大于0.100m2.℃/kW认为是较脏。3凝汽器清洁程度在线监测数学模型的应用在excel表格中编辑计算公式，只需输入相关运行数据，便可自动计算出凝汽器清洁程度百分数和凝汽器管壁污垢热阻值，见表2：表2凝汽器清洁程度百分数和凝汽器管壁污垢热阻值日期3月27日3月27日3月28日3月28日3月28日3月28日时间15:4121:3012:1214:4016:1820:54汽机负荷MW63.37963.21863.1162.89659.67363.003进汽压力MPa4.00394.00784.00783.99613.77344.0078进汽温度℃500.68498.63500.09501.27515.33500.68主汽流量t/h206.8206.8206.29206.68191.57206.42凝结水温℃38.57438.03739.69740.28338.96539.746循环水入口温度℃27.46626.6628.63829.29728.49128.418循环水出口温度℃35.08334.49736.40137.06135.88936.475进汽焓kJ/kg3447.343442.63445.953448.83483.5253447.298计算排汽焓kJ/kg2320.872318.972321.462330.22338.2732325.416凝汽器热负荷kW123990124010123449124044115697.8123741.9传热对数端差℃8.683968.606548.239548.08117.9044638.200755计算实际传热系数kW/(m2.℃)3.248713.278463.408993.49263.330383.433238计算冷却水流量kg/s3786.773752.433735.683718.73688.3523692.723计算循环水流速m/s2.780632.780632.738282.73832.738282.73828计算基本传热系数kW/(m2.℃)4.475734.475734.445224.44524.4452164.445216冷却水温修正系数1.042621.037741.051841.05621.0510191.051563计算清洁系数73.13%74.14%76.59%78.14%74.88%77.15%清洁程度百分比％81.25%82.38%85.10%86.82%83.20%85.72%计算水侧污垢热阻m2.K/kW0.0580.0540.0440.0380.0500.042应用此方法，运行人员对凝汽器的运行情况有十分准确的把握。目前6＃机凝汽器的清洁百分数保持在80％以上，情况良好，并通过监视清洁程度百分数来定期投入胶球清洗，取得了较好的效果，既节省了厂用电，又维持了凝汽器的清洁干净。胶球清洗投入前后凝汽器清洁程度百分数的变化情况见图1：图1胶球清洗投入前后凝汽器清洁程度百分数的变化在此基础上，电厂为节约循环水，将循环水硬度指标由3mmol/L提高至4mmol/L，同时在线监测凝汽器清洁程度百分数，防止发生结垢，也取得了较好的效果。4凝汽器清洁程度对运行工况的影响研究以6＃汽机为例，研究凝汽器清洁程度对凝汽器运行工况和汽机负荷的影响。假定：循环水流量3700kg/s，循环水进水温度24℃，计算结果表2：表2凝汽器清洁程度对凝汽器运行工况和汽机负荷的影响凝汽器清洁程度30％40%50%60%70%80%90%100%管壁污垢热阻m2.℃/kW0.6020.3870.2580.1720.1110.0650.0290.000汽机负荷MW61.7462.3962.7863.0463.2263.3663.4663.54排汽温度℃52.0746.3042.8340.5338.8937.6836.7636.03排汽压力kPa12.810.18.67.77.06.66.36.0循环水出口温度℃31.9031.9531.9731.9932.0132.0232.0232.03循环水温升℃7.907.957.977.998.018.028.028.03端差℃20.1714.3510.858.536.895.674.734.00汽机负荷减少量kW-1804.1-1155.0-765.0-506.1-322.6-186.5-82.20.0热耗率kJ/kW.h11553.511433.311362.311315.611282.811258.511240.011225.5发电标准煤耗g/kW.h394.2390.1387.7386.1385.0384.2383.5383.0凝汽器清洁程度百分数每下降10％，汽机出力最少减少约100kW，随着脏污程度的加剧，汽轮机发电热耗率急剧上升。汽轮机发电煤耗与凝汽器清洁程度的关系见图2。38238338438538638738838939039139239339439530%40%50%60%70%80%90%100%凝汽器清洁程度％发电煤耗g/kW.h汽轮机发电标准煤耗图2凝汽器清洁程度百分数对汽轮机发电煤耗的影响5结论本文提出了一种凝汽器清洁程度监测模型，并在此基础上在excel表格中编写公式进行计算加以应用，为运行人员进行凝汽器清洗提供了依据，计算模型所需要的参数都是电厂现有的，大大方便了实时进行凝汽器清洁程度的监测。根据污垢热阻监测结果，可得到最佳清洗时间及最佳清洗周期，实现凝汽器的优化清洗。根据长时间的运行实践和跟踪分析，用该模型分析凝汽器运行过程和清洗过程中凝汽器污垢热阻的变化趋势，与理论分析结果符合较好，说明了模型的合理性和可靠性。参考文献[1]张海林，杨善让，王恭等.凝汽器污垢实时在线监测与优化管理[J].热力发电,2005（4）11-14[2]DL/T932-2005凝汽器与真空系统运行维护导则[S]作者简介：杨家技（1978～），男，湖北人，本科，发电厂运行专工，从事电厂运行管理工作。黄汝广（1977～），男，山东人，本科，发电厂运行值长，从事电厂运行工作。全华强（1978～），男，广西人，本科，发电厂检修专工，从事检修维护工作。