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水环真空泵抽气不足对凝汽器真空有哪些影响

2020-01-29

凝汽器的真空度不仅取决于自身的运行参数,而且还取决于抽气设备的工作性能。通过凝汽器漏空气量和水环真空泵抽气量的平衡关系,建立水环真空泵抽吸不足对凝汽器真空影响的数学模型,定量分析了水环真空泵工作水温度和凝汽器真空的关系。实例计算表明,降低工作水温度可提高凝汽器真空度:

凝汽器真空度是凝汽器特性的主要指标,对汽轮机的运行经济性、安全性及调节都有很大的影响。在运行过程中,凝汽器真空度不仅受到自身运行参数(如汽轮机排汽量、循环水流量、循环水温度等)的影响,而且还受到抽气设备工作状态的影响。尤其是300MW 及以上等级机组,抽气设备大多数为水环真空泵。水环真空泵虽有抽气量大、节能、节水等优点,但也极易出现抽气不足而导致凝汽器真空度偏低的问题。因此,研究水环真空泵抽气不足对凝汽器真空度的影响,对于提高机组的经济性具有重要的意义:

1、水环真空泵抽真空系统的原理

水环真空泵是以泵转动部分的机械作用排除泵体内气体,其工作原理为:偏心轮安装在充有适量工作水的椭圆形泵体内,带有若干前弯叶片的转子在泵体内旋转时,形成水环并在叶轮轮毂与水环间形成一个新月形空腔,转子每转动1周,转子上2个相邻叶片与水环间所形成的空腔,由小到大、再由大到小作周期性变化。当空腔由小变大时,产生真空,经进气口吸入气体;由大到小时,产生压力,气体被压缩并经排气口排出。由于每个相邻叶片与水环所构成的空腔均处于不同的容积变化过程,所以当转子转动时,泵的吸排气均为连续、不间断过程:

图1为水环真空泵抽真空系统示意图,主要由真空泵、汽水分离器、工作水冷却器、电动机以及相关的管道和阀门组成。真空泵冷却器冷却水一般取自凝汽器循环水进水,冷却水出水接入循环水出水:

图1 水环真空泵抽真空系统

2、水环真空泵抽气不足对凝汽器真空的影响

2.1、工作水温度对水环真空泵性能的影响

由道尔顿定律可知,工作水温度越高,水环真空泵所能抽吸的真空度就越低,同时工作水还起到冷却气体和密封工作腔等作用。因此,降低工作水温度可以提高水环真空泵的极限真空,工作水温度越低则极限真空越高,且在相同吸入口压力下的抽气量越大。对工作水温偏离设计值的运行工况,必须对其进行修正:

工作水温度对抽气量的影响可按下式进行换算:

式(1)中,p″c为水环真空泵吸入压力,kPa;ps(15) 和ps(t)分别为工作水温度为l5℃和t℃时饱和蒸汽压力,kPa;Qs(15) 和Qs分别是工作水温度为15℃和t℃时吸气量,m3/min。当工作水温度t>15℃时,Qs 由气体状态方程可知,工作水温度为t℃时水环真空泵吸气量中含干空气质量流量为[2]:式(2)中,Gb a为工作水温度t℃时水环真空泵的抽空气量,kg/s;T 为水环真空泵入口处混合物的温度,℃;pT为T 对应的饱和压力,Pa;Ra为空气的气体常数,J/(kg・K):

2.2、水环真空泵抽气不足对凝汽器真空的影响

当水环真空泵抽气不足时,漏入凝汽器内的空气不能及时地被抽出,造成空气在凝汽器内积聚。空气积聚降低了凝汽器汽侧换热系数as ,进而影响凝汽器总的传热系数K :

式(3)~式(5)中,d1和d2分别为冷却水管的外径和内径,m;aw和as分别为凝汽器水侧和汽侧的对流换热系数,W/(m2・K);λ为冷却水管的导热系数,W/(m・K);Rf为凝汽器水侧污垢热阻,(m2・K)/W;ε为空气积聚浓度;α0为纯净静止蒸汽在单根水平管外壁上发生膜状凝结时的放热系数,W/(m2・K);C 为与凝汽器管束布置方式有关的系数:

由式(3)~ 式(5)可知,随着空气积聚浓度ε的增大,汽侧放热系数as减小,进而使传热系数K 减小,K 的减小又使凝汽器传热端差增大及真空度降低。凝汽器真空是采用分区热力计算法得到的,计算框图如2所示:

另一方面,当空气在凝汽器内积聚达到一定程度时,主凝结区内空气的分压就不能被忽略,凝汽器压力不再近似等于蒸汽凝结温度对应的饱和压力,而是蒸汽分压和空气分压之和。计算公式为。