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【摘 要】本文旨在对影响凝汽器性能的参数进行研究，通过理论分析找到了火电厂监测凝汽器运行状态的3个重要指标，分别为循环水温升、传热端差、不凝结气体，通过对指标的进一步分析，找到了改善凝汽器性能的方向和措施。
【关键词】凝汽器;传热端差;不凝结气体
1.概述
凝汽器是火电厂冷端系统中最为重要的设备，其传热性能的优劣对火电机组运行经济性有着较大的影响。在机组正常运行中，需要用一些较为直观的参数或指标对凝汽器进行性能评判，以便采取相应的措施提高凝汽器性能或确定凝汽器的检修方案。
2.凝汽器性能评价指标
对于分析管壳式凝汽器的传热性能的优劣，需要用一些指标进行评价，考虑到电厂凝汽器运行时参数的方便获取，通常采用直接可以采集或经过简单计算可以取得的参数来进行凝汽器传热性能优劣的评价。
从理论上对影响凝汽器性能的参数进行研究，将凝汽器中蒸汽的压力与温度之间的关系，可以近似的用如下公式进行表示：
从式中可以看出，降低凝汽器压力的唯一途径是降低汽轮机排汽温度，而汽轮机排汽温度又与循环水入口温度、温升及凝汽器传热端差相关，下面对这几个参数进一步分析。
2.1循环水入口温度
循环水入口温度与循环水水源特性及当地气候环境有关，例如冬季水温较夏季低，表现为冬季火电厂凝汽器真空较好夏季好。因此，循环水入口温度属于不可控因素，不对其进行进一步分析。
2.2循环水温升
指的是凝汽器冷却水进水与回水温度差，用公式表征为：
由汽轮机原理，我们可知：
其中，m为凝汽器循环倍率，即循环水流量与蒸汽流量的比值。
从上述公式可以看出，凝汽器循环水温升的主要影响因素是循环倍率，而循环倍率取决于循环水流量与蒸汽流量的比值。对于已经投运的火电机组，蒸汽流量随负荷变化而定，不具有调节性，只能对循环水流量进行调节，通常，对于已经投运的机组，采用增开循环水泵的方式来调节循环水流量，但从经济运行的角度考虑，还需要考虑增开循环带来的电耗量，因此，不能无限制的提高凝汽器循环倍率。
2.3凝汽器传热端差
指的是凝汽器压力下饱和溫度与循环水出口温度之差。分别对上述公式中 ， 以及 求导，可以得到如下关系式：
下面对上述求导之后的表达式的理论意义进行分析：
1）当循环水温升大于传热端差时，传热端差对于排汽温度的影响最大。
2）当循环水温升小于传热端差时，循环水温升对于排汽温度的影响最大。
通常，对于正常运行的机组，几乎不可能出现循环水温升小于传热端差的情况。因此，从理论上可以得出，对于正常运行的火电机组，凝汽器传热端差对于排汽温度的影响最为关键，传热端差是凝汽器传热性能最为关键的评判指标。
对影响凝汽器传热端差的因素进行分析，由凝汽器热平衡方程式，得到如下关系式：
其中，Q为凝汽器的热负荷，W;DC为汽轮机排气量，KG/s;hc为蒸汽的焓，KJ/Kg;hv为凝结水焓，KJ/Kg;K为凝汽器总体传热系数，W/（㎡K）;Ac为凝汽器换热管总面积，㎡; 为凝汽器对数平均传热温差，℃;Cw为冷却水比热容，J/（kg.K），一般取值4187;Dw为凝汽器循环水量，KG/s;
由上述两个公式，可以推导出凝汽器传热端差的理论公式：
对于已经投运的机组，Ac和Cw可以认为是常数。因此，由公式中可以看出， 、Dw、K会影响 ，利用求偏导数的方法，对传热端差 分别求Dw、 、K的偏导数，可以得出以下不等式：
对上述不等式的物理意义进行解读，其理论物理意义为：循环水温升对传热端差的影响最大，传热系数系数次之，循环水量对传热端差影响最小。
但是，由公式（4）可知，循环水温升又直接受循环水流量的影响，而循环水流量的提升又受到循环水泵电耗的制约，因此，火电厂在通过循环水流量提升温升的同时需考虑机组运行的经济性，循环水温升并不是越高越好。相比之下，提高凝汽器传热系数是降低凝汽器传热端差的最有效手段。而对于已经投产的火电机组，提高凝汽器传热系数最有效的办法是提高凝汽器换热管清洁系数（降低循环水污垢热阻）和降低漏入凝汽器真空系统的不凝结气体量（降低不凝结气体热阻）。
2.4凝结水过冷度
过冷度是指凝汽器压力下饱和温度与凝结水温度之差，用公式表示如下：
其中， 为凝结水过冷度，℃;tc为凝结水温度，℃。
凝结水过冷度是体现凝汽器工作状态是否正常的重要指标，在火电厂热力循环中，蒸汽在凝汽器中凝结后需再进行升温升压，进入下一个循环，因此，为了减少机组冷源损失，理论上凝汽器过冷度越低越好。过冷度大，说明循环水带走的热量过多，机组冷源损失增大，影响机组经济性。通常凝汽器过冷度的设计值是0.5℃。而往往在机组运行中，凝汽器的过冷度达不到设计值。据统计数据表明，通常凝汽器过冷度提高1℃，火电厂机组热耗率将提高0.02%。
3.凝汽器性能改善措施
通过对于凝汽器性能评价指标的分析，我们找出了影响凝汽器性能评价指标的因素，也是影响凝汽器性能的重要因素，对这些因素进行总结和归纳，找到其改善措施和方向。
3.1合理调节循环水流量
虽然增加凝汽器循环水量就可以提高凝汽器的传热性能，但在实际的电厂运行中，不可能无限制的提高凝汽器冷却水的流量，采用大型的凝汽器和循环水管道，会大大增加工程的造价，需要考虑一个最佳的经济效益比，要确保循环水流量增加所获得的真空度提升而产生的经济效益要大于增加水量所消耗的能量。
改善措施：对于已经投产的机组，循环水流量的调节主要依靠循环水泵的启停来实现，由于循环水量的增加还涉及到机组经济运行的需求，需要考虑最佳真空的问题，是一个复杂的运行调整过程。目前，多数电厂通过进行不同负荷下的循环水泵调整试验，来确定不同环境温度、不同负荷下的循泵启停的时机。也有火电厂通过先进的数据采集与分析软件，时时进行真空系统的数据分析，及时提醒运行人员进行循环水泵运行方式的调整 3.2减少不凝结气体含量
在火电机组正常运行中，由于凝汽器负压的作用，必然会有不凝结气体进入凝汽器。不凝结气体会随着蒸汽的凝结附着于凝汽器换热管的表面形成气阻，增加了换热热阻。不凝结气体对凝汽器换热的影响较大，在电厂机组运行中，需要想办法排出凝汽器中的不凝结气体。通常在凝汽器系统中设置抽真空设备，利用真空泵将凝汽器中不凝结气体抽出，从而避免凝汽器中不凝结气体不断积聚导致的传热性能下降。
改善措施：凝汽器中不凝结气体含量的监测与去除是一个需要长期检查的过程。在机组正常运行中，通常至少半个月需对凝汽器进行真空严密性试验，当凝汽器严密性试验结果达不到优秀（133Pa/min以下）时，说明机组的真空系统有较为明显的漏点，需要立即进行真空系统的查漏，查漏时可以采用氦质谱检测仪、声波查漏仪等先进设备进行真空系统的查漏;同时，当机组停运时，如具备条件，应进行凝汽器高位灌水查漏。
3.3提高凝汽器清洁系数
凝汽器清洁系数表征的是凝汽器冷却水管的清洁程度，其理论意义是指凝汽器的实际传热系数与凝汽器清洁管的理论传热系数之比。因此，凝汽器清洁系数越大越好。通常，工程设计人员在进行凝汽器设计的时候，会考虑一定的设计余量，通常会采用一个清洁系数的推荐值进行凝汽器的设计计算。例如，在设计计算时候，不锈钢管的清洁系数一般取0.85-0.90。
改善措施：
提高凝汽器的清洁系数，最有效的方法是对凝汽器换热管进行清洗，即采用合理的除垢技术去除凝汽器管侧附着的污垢，凝汽器清洗方式又分为在线清洗和停机清洗。在线清洗指的是在机组运行中对凝汽器换热管进行清洗，胶球清洗技术是目前较为成熟的在线清洗技术，另外，“水蜘蛛”在线清洗技术也是近几年发展较快的清洗技术。停机清洗技术则有较多种类，如高压水射流冲洗、射弹清洗、化学加药清洗等，每种清洗技术有其各自的特点和适用范围，火电厂也会根据自身的实际情况进行清洗技术的选择。
4.结论
对凝汽器进行性能评价是监测凝汽器运行状态的重要手段，通过对影响凝汽器性能的指标分析，找到了循环水温升、傳热端差、凝结水过冷度这3个重要的评价指标，其中传热端差是反应凝汽器性能最关键的指标。对于提高凝汽器性能的方法，可以从优化循环水流量、减少不凝结气体含量以及提高清洁系数这3个方面采取措施。
参考文献：
[1]薛旻.凝汽器传热热阻影响因素分析及改善措施.设备管理与维修.2018（17）：57
[2]陈功.影响凝汽器传热效果的因素及分析.节能.2007（3）：19-21
（作者单位：华润电力（常熟）有限公司）
【关键词】凝汽器;传热端差;不凝结气体
1.概述
凝汽器是火电厂冷端系统中最为重要的设备，其传热性能的优劣对火电机组运行经济性有着较大的影响。在机组正常运行中，需要用一些较为直观的参数或指标对凝汽器进行性能评判，以便采取相应的措施提高凝汽器性能或确定凝汽器的检修方案。
2.凝汽器性能评价指标
对于分析管壳式凝汽器的传热性能的优劣，需要用一些指标进行评价，考虑到电厂凝汽器运行时参数的方便获取，通常采用直接可以采集或经过简单计算可以取得的参数来进行凝汽器传热性能优劣的评价。
从理论上对影响凝汽器性能的参数进行研究，将凝汽器中蒸汽的压力与温度之间的关系，可以近似的用如下公式进行表示：
从式中可以看出，降低凝汽器压力的唯一途径是降低汽轮机排汽温度，而汽轮机排汽温度又与循环水入口温度、温升及凝汽器传热端差相关，下面对这几个参数进一步分析。
2.1循环水入口温度
循环水入口温度与循环水水源特性及当地气候环境有关，例如冬季水温较夏季低，表现为冬季火电厂凝汽器真空较好夏季好。因此，循环水入口温度属于不可控因素，不对其进行进一步分析。
2.2循环水温升
指的是凝汽器冷却水进水与回水温度差，用公式表征为：
由汽轮机原理，我们可知：
其中，m为凝汽器循环倍率，即循环水流量与蒸汽流量的比值。
从上述公式可以看出，凝汽器循环水温升的主要影响因素是循环倍率，而循环倍率取决于循环水流量与蒸汽流量的比值。对于已经投运的火电机组，蒸汽流量随负荷变化而定，不具有调节性，只能对循环水流量进行调节，通常，对于已经投运的机组，采用增开循环水泵的方式来调节循环水流量，但从经济运行的角度考虑，还需要考虑增开循环带来的电耗量，因此，不能无限制的提高凝汽器循环倍率。
2.3凝汽器传热端差
指的是凝汽器压力下饱和溫度与循环水出口温度之差。分别对上述公式中 ， 以及 求导，可以得到如下关系式：
下面对上述求导之后的表达式的理论意义进行分析：
1）当循环水温升大于传热端差时，传热端差对于排汽温度的影响最大。
2）当循环水温升小于传热端差时，循环水温升对于排汽温度的影响最大。
通常，对于正常运行的机组，几乎不可能出现循环水温升小于传热端差的情况。因此，从理论上可以得出，对于正常运行的火电机组，凝汽器传热端差对于排汽温度的影响最为关键，传热端差是凝汽器传热性能最为关键的评判指标。
对影响凝汽器传热端差的因素进行分析，由凝汽器热平衡方程式，得到如下关系式：
其中，Q为凝汽器的热负荷，W;DC为汽轮机排气量，KG/s;hc为蒸汽的焓，KJ/Kg;hv为凝结水焓，KJ/Kg;K为凝汽器总体传热系数，W/（㎡K）;Ac为凝汽器换热管总面积，㎡; 为凝汽器对数平均传热温差，℃;Cw为冷却水比热容，J/（kg.K），一般取值4187;Dw为凝汽器循环水量，KG/s;
由上述两个公式，可以推导出凝汽器传热端差的理论公式：
对于已经投运的机组，Ac和Cw可以认为是常数。因此，由公式中可以看出， 、Dw、K会影响 ，利用求偏导数的方法，对传热端差 分别求Dw、 、K的偏导数，可以得出以下不等式：
对上述不等式的物理意义进行解读，其理论物理意义为：循环水温升对传热端差的影响最大，传热系数系数次之，循环水量对传热端差影响最小。
但是，由公式（4）可知，循环水温升又直接受循环水流量的影响，而循环水流量的提升又受到循环水泵电耗的制约，因此，火电厂在通过循环水流量提升温升的同时需考虑机组运行的经济性，循环水温升并不是越高越好。相比之下，提高凝汽器传热系数是降低凝汽器传热端差的最有效手段。而对于已经投产的火电机组，提高凝汽器传热系数最有效的办法是提高凝汽器换热管清洁系数（降低循环水污垢热阻）和降低漏入凝汽器真空系统的不凝结气体量（降低不凝结气体热阻）。
2.4凝结水过冷度
过冷度是指凝汽器压力下饱和温度与凝结水温度之差，用公式表示如下：
其中， 为凝结水过冷度，℃;tc为凝结水温度，℃。
凝结水过冷度是体现凝汽器工作状态是否正常的重要指标，在火电厂热力循环中，蒸汽在凝汽器中凝结后需再进行升温升压，进入下一个循环，因此，为了减少机组冷源损失，理论上凝汽器过冷度越低越好。过冷度大，说明循环水带走的热量过多，机组冷源损失增大，影响机组经济性。通常凝汽器过冷度的设计值是0.5℃。而往往在机组运行中，凝汽器的过冷度达不到设计值。据统计数据表明，通常凝汽器过冷度提高1℃，火电厂机组热耗率将提高0.02%。
3.凝汽器性能改善措施
通过对于凝汽器性能评价指标的分析，我们找出了影响凝汽器性能评价指标的因素，也是影响凝汽器性能的重要因素，对这些因素进行总结和归纳，找到其改善措施和方向。
3.1合理调节循环水流量
虽然增加凝汽器循环水量就可以提高凝汽器的传热性能，但在实际的电厂运行中，不可能无限制的提高凝汽器冷却水的流量，采用大型的凝汽器和循环水管道，会大大增加工程的造价，需要考虑一个最佳的经济效益比，要确保循环水流量增加所获得的真空度提升而产生的经济效益要大于增加水量所消耗的能量。
改善措施：对于已经投产的机组，循环水流量的调节主要依靠循环水泵的启停来实现，由于循环水量的增加还涉及到机组经济运行的需求，需要考虑最佳真空的问题，是一个复杂的运行调整过程。目前，多数电厂通过进行不同负荷下的循环水泵调整试验，来确定不同环境温度、不同负荷下的循泵启停的时机。也有火电厂通过先进的数据采集与分析软件，时时进行真空系统的数据分析，及时提醒运行人员进行循环水泵运行方式的调整 3.2减少不凝结气体含量
在火电机组正常运行中，由于凝汽器负压的作用，必然会有不凝结气体进入凝汽器。不凝结气体会随着蒸汽的凝结附着于凝汽器换热管的表面形成气阻，增加了换热热阻。不凝结气体对凝汽器换热的影响较大，在电厂机组运行中，需要想办法排出凝汽器中的不凝结气体。通常在凝汽器系统中设置抽真空设备，利用真空泵将凝汽器中不凝结气体抽出，从而避免凝汽器中不凝结气体不断积聚导致的传热性能下降。
改善措施：凝汽器中不凝结气体含量的监测与去除是一个需要长期检查的过程。在机组正常运行中，通常至少半个月需对凝汽器进行真空严密性试验，当凝汽器严密性试验结果达不到优秀（133Pa/min以下）时，说明机组的真空系统有较为明显的漏点，需要立即进行真空系统的查漏，查漏时可以采用氦质谱检测仪、声波查漏仪等先进设备进行真空系统的查漏;同时，当机组停运时，如具备条件，应进行凝汽器高位灌水查漏。
3.3提高凝汽器清洁系数
凝汽器清洁系数表征的是凝汽器冷却水管的清洁程度，其理论意义是指凝汽器的实际传热系数与凝汽器清洁管的理论传热系数之比。因此，凝汽器清洁系数越大越好。通常，工程设计人员在进行凝汽器设计的时候，会考虑一定的设计余量，通常会采用一个清洁系数的推荐值进行凝汽器的设计计算。例如，在设计计算时候，不锈钢管的清洁系数一般取0.85-0.90。
改善措施：
提高凝汽器的清洁系数，最有效的方法是对凝汽器换热管进行清洗，即采用合理的除垢技术去除凝汽器管侧附着的污垢，凝汽器清洗方式又分为在线清洗和停机清洗。在线清洗指的是在机组运行中对凝汽器换热管进行清洗，胶球清洗技术是目前较为成熟的在线清洗技术，另外，“水蜘蛛”在线清洗技术也是近几年发展较快的清洗技术。停机清洗技术则有较多种类，如高压水射流冲洗、射弹清洗、化学加药清洗等，每种清洗技术有其各自的特点和适用范围，火电厂也会根据自身的实际情况进行清洗技术的选择。
4.结论
对凝汽器进行性能评价是监测凝汽器运行状态的重要手段，通过对影响凝汽器性能的指标分析，找到了循环水温升、傳热端差、凝结水过冷度这3个重要的评价指标，其中传热端差是反应凝汽器性能最关键的指标。对于提高凝汽器性能的方法，可以从优化循环水流量、减少不凝结气体含量以及提高清洁系数这3个方面采取措施。
参考文献：
[1]薛旻.凝汽器传热热阻影响因素分析及改善措施.设备管理与维修.2018（17）：57
[2]陈功.影响凝汽器传热效果的因素及分析.节能.2007（3）：19-21
（作者单位：华润电力（常熟）有限公司）