09第九章凝结水系统.docx
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09第九章凝结水系统
第1章凝结水系统
1.1.概述
1.1.1.系统功能
凝结水系统的主要功能是由凝结水泵将凝结水升压后，流经化学精除盐装置、轴封冷却器、低压加热器、输送至除氧器；同时为低压缸排汽、三级减温减压器、辅汽、低旁等提供减温水和提供给水泵密封水、闭式水补水等杂项用水。
为了保证系统安全可靠运行、提高循环热效率和保证水质，在输送过程中，对凝结水系统进行流量控制及除盐、加热、加药等一系列处理。
1.1.2.系统组成及流程
我公司凝结水系统为单元制中压供水系统，每台机组设置一台300m³凝结水储水箱、两台凝结水输送泵、两台100％容量凝结水泵、一台轴封冷却器、四台低压加热器。
（见图9-1）
图9-1凝结水系统流程示意图
凝汽器为双壳体、双背压、对分单流程、表面式凝汽器，凝汽器热井水位通过凝汽器补水调阀进行调节。
正常运行时，借助凝汽器真空抽吸作用，给热井补水。
当热井水位高到一定值时补水阀关，若水位继续上升就通过凝结水再循环阀把水排到凝结水储水箱。
两台100％容量的凝结水泵布置在机房零米，正常运行期间，一用一备。
凝泵密封水采用自密封系统，正常运行时，密封水取自凝泵出口，经减压后供至两台凝泵轴端。
启动时密封水来自凝结水补水系统。
为防止泵发生汽蚀，在轴封冷却器后引一路最小流量管到凝汽器，在启动和低负荷时投运。
凝结水的最小流量应大于凝泵和轴封冷却器所要求的安全流量500t/h，冷却机组启动及低负荷时轴封溢流汽和门杆漏汽，并保证凝结水泵不汽蚀。
在凝结水泵入口管路上设有规格为40目的T型滤网，以滤去凝结水中的机械杂质。
为了确保凝结水水质合格，每台机配一套凝结水精处理装置，布置在机房零米层。
凝结水精处理装置设有进出口闸阀及旁路闸阀，机组起动或精处理故障时由旁路向系统供水。
系统亦设有氧、氨和联胺加药点，经过除盐和氨－氧联合处理的凝结水水质得以改善。
轴封冷却器位于机房6.9米，其汽侧靠轴封风机维持微负压状态，利于轴封乏汽的回收，防止蒸汽外漏。
轴封冷却器按100％额定流量设计，不设旁路管道，利用其出口最小流量管保证低负荷时亦有足够冷却水。
其疏水经水封自流至凝汽器，为了保证水封管的连续运行，水封管内不通过蒸汽，一般水封管高大于两侧压差的两倍。
凝结水系统设有四台低压加热器，即5、6、7、8号低压加热器。
7、8号低压加热器合体布置，安装在两个凝汽器的喉部，5、6号低压加热器安装在机房6.9米层。
7、8号低加采用大旁路系统，5、6号低加采用小旁路。
当加热器需切除时，凝结水可经旁路运行。
低压加热器采用疏水逐级自流方式回收至凝汽器，并设有事故疏水直排凝汽器。
除氧器布置在除氧间24米层。
除氧器采用滑压运行，正常运行时由汽机四段抽汽供汽，起动和备用汽源来自辅汽系统。
除氧器的水位由主凝结水调节阀控制。
除氧器凝结水进水管上装有一个逆止阀，以防止除氧器内蒸汽倒流进入凝结水系统。
在凝结水精处理后设有凝结水支管，为系统用户提供水源，包括低压缸喷水、凝汽器水幕保护喷水、轴封减温器喷水、给水泵密封水、辅汽减温水、本体扩容器减温水、闭式水系统补水、低旁减温水及真空破坏阀密封水等。
为提高系统运行灵活性，在除氧器入口凝结水管道上引入一路凝补水，机组起动时可给除氧器上水。
另外，5号低加出口接出一路排水引至开式水回水管，起动冲洗或事故排水时可投入运行。
为保证系统用水，每台机组设置一套凝结水补充水系统。
凝补水系统主要在机组起动时为凝汽器和除氧器注水及正常运行时系统的补水，也可回收凝汽器的高位溢流水。
此系统包括一台300m³凝结水储水箱、两台凝结水输送泵及相关管道阀门。
机组正常运行时储水箱水位由除盐水进水调阀控制，三台机组的储水箱之间设一根联络管，以增加运行灵活性。
1.1.3.凝结水水质要求
总硬度：
～0μmol/l
溶解氧：
≤20μg/l
铁：
≤10μg/l
铜：
≤5μg/l
二氧化硅：
≤15μg/l
油：
～0mg/l
PH值：
8～9
导电率25℃：
≤0.2μS
钠：
≤10μg/l
1.2.系统设备介绍
1.2.1.凝汽器
1）概述
凝汽器的主要功能是在汽轮机的排汽部分建立一个较低的背压，使蒸汽能最大限度地做功，然后冷却成凝结水，并回收至热井内。
凝汽器的这种功能需借助于真空抽气系统和循环水系统的配合才能实现。
真空抽气系统将不凝结气体抽出；循环水系统把蒸汽凝结热及时带走，保证蒸汽不断凝结，既回收了工质，又保证排汽部分的高真空。
凝汽器除接受主机排汽、小汽机排汽、本体疏水以外，还接受低压旁路排汽、高、低加事故疏水及除氧器溢流水。
我公司的凝汽器为双壳体、单流程、双背压表面式凝汽器，并列横向布置。
由两个斜喉部、两个壳体（包括热井、水室、回热管系）、循环水连通管及底部的滑动、固定支座等组成的全焊接钢结构。
（见图9-2）
图9-2凝汽器外形图
凝汽器喉部上布置组合式7、8号低压加热器、给水泵汽轮机排汽管、汽轮机旁路系统的三级减温器等。
喉部内在三级减温减压器上方布置有水幕保护装置，防止三级减温减压器失灵而使喉部温度过高，HP、LP凝汽器喉部分别布置了22只喷嘴，当低压缸排汽温度高于80℃时保护动作。
汽轮机的5、6、7、8段抽汽管道及轴封回汽、送汽管道从喉部顶部引入，5、6段抽汽管道分别通过喉部壳壁引出，7、8段抽汽管接入布置在喉部内的组合式低压加热器。
壳体采用焊接钢结构，分为LP、HP壳体，内有管板、冷却管束、中间隔板和支撑杆等加强件。
管板与端盖连接，将凝汽器壳体分为蒸汽凝结区和循环水进出口水室；中间隔板用于管束的支持和固定。
管束采用不锈钢管，布置方式为“教堂窗式”布置（图9-3）。
这种方式的特点式换热效果好，汽流在管束中的稳定性好。
由于布置合理，凝结水下落时可破坏下层管束的层流层，改善传热效果。
凝汽器壳体下部为收集凝结水的热井，凝结水出口设置在低压侧壳体热井底部，凝结水出口处设置了滤网和消涡装置。
循环水室内表面整体衬天然橡胶并整体硫化。
凝汽器循环水采用双进双出形式，前水室分为四个独立腔室，LP侧两个水室为进水室，HP两个水室为出水室；后水室为四个独立腔室，均为转向水室。
凝结水回热系统的作用在于消除凝结水的过冷和减小含氧量，提高机组的循环热效率。
LP侧壳体下部设一与LP侧壳体分隔的出水水室，出水水室通过回热管道与HP凝汽器热井连通，其回热过程是，LP侧凝结水在重位差作用下经回热管回流HP凝汽器，与HP侧热井中回热管系相接。
回流的LP凝结水通过淋水盘与HP凝结水相遇，经过加热混合后聚集在高压凝汽器热井内。
高压凝汽器热井内的凝结水通过连通管流至LP侧出水水室，最后由凝结水泵打出（图9-5）。
图9-3教堂窗式管束布置图9-4凝汽器与汽轮机的连接
图9-5凝汽器回热系统
凝汽器与汽轮机排汽口采用不锈钢膨胀节挠性连接（图9-4），凝汽器下部支座采用PTFE滑动支座，并设有膨胀死点及防上浮装置.补偿运行中凝汽器及低压缸的膨胀差，并避免凝结水和循环水的载荷对汽轮机低压缸的影响。
循环水双进双出结构，先进入LP侧凝汽器前水室，斜向上流经LP管束由LP凝汽器后水室，经换向管引入HP侧凝汽器后水室，再斜向上流经HP凝汽器管束经前水室排出。
由此而形成背压不同的两个凝汽器，其折算压力总是低于结构相同的单背压凝汽器，提高循环热经济性；而且低压凝结水经过回热加热，可减少在热力系统中的吸热量。
抽气系统采用串联抽出系统，即空气由高压凝汽器流向低压凝汽器，经抽气管道抽出。
蒸汽由汽机排汽口进入凝汽器，然后均匀分布到管子全长上，经过管束中央通道及两侧通道使蒸汽能够全面地进入主管束区，通过冷却水管的管壁与冷却水进行热交换后被凝结；部分蒸汽由中间通道和两侧通道进入热井对凝结水进行回热。
剩余的汽气混合物经空气冷却区再次进行热交换，少量未凝结的蒸汽和空气混合物经抽气口由汽侧真空泵抽出。
2）N—38000型凝汽器的技术性能
凝汽器在VWO工况下，循环倍率设计为63，循环水温升不超过10℃，设计水温20℃。
凝汽器能在VWO工况及循环水温33℃下连续运行，并保证除氧效果。
循环水系统设有反冲洗管路，运行中可通过反冲洗管进行半侧冲洗。
当循环水半侧运行时汽轮机能达到75％的铭牌功率。
最大保证工况下凝汽器的出口凝结水过冷度不大于0.5℃，凝汽器在正常运行负荷范围内出口凝结水含氧量不超过20PPb。
热井容量不小于TMCR工况下3分钟凝结水量，其正常运行水位在高低报警之间，但不小于300mm。
当低旁投入时低压缸排汽温度不超过限定值。
凝汽器管束材料为TP317L的不锈钢管，总有效冷却面积不小于38000m2。
凝汽器冷却管总数量36976根，具有5％以上的堵管冗余量，而不影响机组带负荷能力。
凝汽器技术参数见下表
表9－1凝汽器技术参数表
序号
项目
单位
数据
1
凝汽器的总有效面积
m2
38000
2
抽空气区的有效面积
m2
2280
3
流程数/壳体数
2/2
4
VWO工况循环水带走的净热
kJ/s
728683
5
传热系数
W/m2.℃
3311
6
设计循环水流量
m3/h
66024
7
管束内循环水最高流速
m/s
2.2
8
冷却管内设计流速
m/s
2.2
9
清洁系数
0.85
10
VWO工况循环水温升
℃
9.49
11
凝结水过冷度
℃
＜0.5
12
凝汽器设计端差
℃
4.78
13
水室设计压力
MPa.g
0.4
14
壳侧设计压力
MPa.g
0.1～vac
15
凝汽器出口凝结水保证氧含量
μg/l
20ppb
16
管子总水阻
kPa
71
17
凝汽器汽阻
kPa
0.1
18
循环倍率（设计工况）
55
19
水室重量（每个）
kg
12000
20
凝汽器净重
kg
865000
21
凝汽器重量（运行时）
kg
22
凝汽器重量（满水时）
kg
23
设计背压（LP/HP）
kPa（a）
4.9（4.4/5.4）
1.2.2.凝结水泵
凝结水泵结构特点（图9-6）
凝结水泵的型式为立式筒袋式多级离心泵，共有四级叶轮。
凝结水泵主要由外壳体、出水接管、泵轴、四级叶轮、联轴器、密封部件、泵座等部件构成。
凝结水由吸入管经外壳体进入喇叭状吸入口，水流通过首级叶轮两侧的导流器被吸进首级叶轮；首级叶轮的排水由环形导叶通道引入后三级叶轮，经升压后由出水管排出。
凝结水泵将凝汽器热井中的凝结水输送到除氧器。
其工作环境恶劣，抽吸的是处于真空和饱和状态的凝结水，容易引起汽蚀，因此要求叶轮有良好的轴端密封和抗汽蚀性能，本机组凝结水泵的结构特点如下：
抗汽蚀结构特点
凝结水泵的以下结构特点保证了其具有良好的抗汽蚀性能：
A、泵体立式安装，降低了泵的吸入口高度，提高有效汽蚀余量，改善了泵的吸入性能；B、首级叶轮采用双吸叶轮，降低了泵的必须汽蚀余量，其材料采用具有良好抗汽蚀性能的CA-6NM材料，保证汽蚀余量均大于必须汽蚀余量；C、其首级双吸叶轮两侧设有导流器，使首级叶轮的入口水流分布均匀，降低吸入口带气的可能性；D、首级叶轮进口处壳体设计成喇叭状，增大了吸入口的直径和首级叶轮叶片的进口宽度，使叶轮入口部分流体的流速降低，减少了泵的必须汽蚀余量；E、外壳体上是设有一个进水排空管接至凝汽器，将泵入口水中的空气抽走，防止泵吸入空气。
泵投运前必须充分注水排空，正常运行中此门也保持一定开度。
机械密封
凝结水泵的轴端密封采用机械密封形式，密封性能良好。
密封水取自凝结水或凝结水补水系统。
密封水压力0.4～0.6MPa，流量在0.3～0.6m3/h。
1）驱动电机
凝结水泵的驱动电机采用防潮、全封闭、配有电加热器的异步电动机，电动机防护等级为IP54，电动机具有F级及以上的绝缘，温升不超过B级绝缘的温升值。
电动机的额定电压为6000V，频率为50Hz，电动机的功率因数为0.8以上，效率93%。
电动机在热态下能承受150%额定电流，而不变形或损坏，过电流时间不少于30秒。
在额定电压条件下，电动机的最大启动电流不超过其额定电流的650%。
电动机冷态下可连续启动二次，热态下可连续启动一次。
在额定功率下运行时，电动机能承受电源快速切换过程中的电源中断而不损坏，且电动机有防止过电压的措施。
电动机设置防结露加热器，加热器安装在电动机内部可检查的部位。
电加热器的额定功率1000W，电压380V。
电动机轴承温度不超过80℃，各轴承座处的振动幅值最大为0.05mm。
电动机的噪音在离机壳1米处小于85dB（A）
2）联轴器
凝结水泵和电机通过挠性联轴器联接，降低了电动机与泵联接精度；避免了电动机和泵的轴向尺寸积累误差与轴向推力的相互干扰而引起的主推力轴承超负荷而烧瓦的停机事故；与刚性联轴器相比，最大限度的避免了因联接定值精度的原因引起的立式泵横向振动。
图9-6凝结水泵结构示意图
3）凝结水泵的技术性能
凝结水泵的型号：
NLT500－570×4S（说明：
N－凝结水泵L－立式T－筒袋式500－泵出口管直径（mm）570－叶轮名义直径（mm）4－叶轮级数S－首级叶轮双吸）
表9－2凝结水泵性能参数
序号
参数名称
单位
设计点
正常运行工况
备注
1
流量
t/h
1596.1
1426.6
2
扬程
m
332
340
3
转速
rpm
1480
1480
4
首级叶轮中心线处需要吸入净正压头（NPSHr）
m
≤5.4
≤5.4
5
泵的效率
%
83.8
83.1
6
运行水温
℃
32.5
49.1
7
泵体设计压力/试验压力
MPa
5.0/5.0
8
最小流量
t/h
399
9
最小流量下的扬程
m
372
10
关闭压头
m
379
11
轴承座处振动保证值
（双振幅值）
mm
≤0.05
表9－3凝结水泵主要运行参数
项目名称
单位
机组运行工况
设计点
正常运行点（保证效率点）
TMC负荷
100%THA负荷
75%TH负荷（滑压）
50%TH负荷（滑压）
40%TH负荷（滑压）
凝汽器运行压力
KPa（a）
4.9
11.8
4.9
4.9
4.9
4.9
4.9
凝结水泵进口水温
℃
32.5
49.1
32.5
32.5
32.5
32.5
32.5
进口压力
KPa（a）
～4.9
～11.8
～4.9
～4.9
～4.9
～4.9
～4.9
进口密度
kg/m3
996
989
996
996
996
996
996
进口流量
t/h
1596.1
1426.6
1389.3
1309.6
967.4
649.7
535.3
出口压力
MPa（a）
3.2479
3.3071
3.3333
3.3431
3.490
3.5676
3.5871
必须汽蚀余量
m
≤5.4
≤5.4
5.39
5.38
5.2
5.18
5.1
效率
%
83.8
83.1
82.8
82.3
70
54
45
泵组轴功率
KW
1722
1590
1558
1482
1344
1196
1189
图9-7凝结水泵泵组监视点示意图
图9-8凝结水泵性能曲线
表9－4凝泵驱动电机技术参数表
项目
单位
数据
型号
YLKS630-4
额定功率
KW
2000
额定电压
KV
6
同步转速
r/min
1500
频率
Hz
50
主要特性
效率
％
95
功率因数
0.89
堵转转矩
（倍）
0.7
堵转电流
（倍）
6.5
最大转矩
（倍）
1.8
绝缘等级
F
重量
Kg
10900
冷却方式
空冷
旋转方向
顺时针（从传动端向电机看）
1.2.3.凝结水输送泵
凝结水补给水系统设有两台凝结水输送泵，正常运行时停运，只有在补水不及时的情况下启动，加快补水。
凝结水输送泵将凝结水储存水箱的除盐水输送到各个用户，为系统提供补水或启动用水。
凝结水补水的主要用户有：
凝结水系统启动注水、凝汽器的补水、加药系统的用水、凝结水泵启动初期的机械密封水源、炉水循环泵的启动及事故冷却水、除氧器上水等。
凝结水输送泵采用卧式离心式水泵，由380V交流电动机驱动。
凝结水输送泵采用机械密封型式，密封性能良好。
凝结水输送泵的轴承座处的双振幅值小于等于0.06mm。
凝结水输送泵驱动电机的防护等级为IP54，电动机具有F级以上的绝缘，温升不超过B级绝缘使用的温升值。
电动机轴承采用滑动轴承，温度不超过80℃，轴承油温不超过65℃。
凝结水输送泵在冷态下可连续启动不少于二次，热态下连续启动不少于一次。
表9－4凝结水输送泵技术参数表
项目
单位
凝结水输送泵
正常运行点（保证效率点）
设计点
入口水温:
℃
25
25
介质比重
kg/m3
996
996
入口压力
MPa
0.07
0.07
流量
t/h
160
173
扬程
mH2O
60
转速
r/min
2950
2950
效率:
%
76
76
必须汽蚀余量
m
4.2
4.2
泵的转向（从联轴器方向看为）
顺时针
顺时针
表9－5凝结水输送泵驱动电机技术参数表
项目
单位
凝结水输送泵
电机型号
Y2225M-2
额定电压
V
380
额定频率
Hz
50
额定功率
kW
45
额定电流
A
81
功率因数
cosØ
0.9
效率
%
92
额定转速
r/min
2950
相数
三
极数
二
防护等级
IP54
绝缘等级
F
冷却方式
自扇冷却
安装型式
卧式
转子型式
鼠笼
工作方式
连续
1.2.4.低压加热器
1）低压加热器用途
低压加热器是利用汽轮机抽汽来加热锅炉给水的主要设备之一，是汽轮机回热系统的重要组成部分，它能有效地提高锅炉给水温度和回收热量及工质，对提高电厂的经济效益具有重要意义。
2）低压加热器工作原理（以＃7、＃8低加为例图9-9）
凝结水流经换热管管内，汽轮机抽汽及其凝结水（简称“疏水”）流经换热管管外。
汽轮机抽汽在低压加热器凝结段凝结成饱和水，接着经疏水冷却段进一步冷却成过冷水，最后经疏水出口管流出低压加热器。
凝结水首先进入进水水室，然后进入8#低压加热器管系的疏水冷却段与管外的疏水进行热交换，吸收热量温度升高。
再进入8#低压加热器凝结段与管外的蒸汽进行凝结传热，凝结水在该段吸收大部分热量，温度得到较大提高，凝结段是低压加热器的主要工作段，然后凝结水离开8#低压加热器管系进入水室，在水室转向后进入7#低压加热器管系，经7#低压加热器管系的疏水冷却段、7#低压加热器凝结段升温后再进入出水水室，最后由凝结水出口管离开低压加热器到上＃6低压加热器。
3）低压加热器结构（以＃7、＃8低加为例）
我公司低压加热器均为卧式U型管结构，均设有内置式疏水冷却段，低压加热器由壳体、管系、水室等部分组成。
＃7、＃8低压加热器壳体内设有一垂直的大分隔板将低压加热器分隔为左右互不相通的两个腔室，7#、8#低压加热器的管系就分别装在这两个腔室内。
管系分别由支撑板支撑，并引导蒸汽沿管系流动，各管系内的疏水冷却段由包壳密封，以保证疏水畅通流动。
为防止蒸汽直接冲刷换热管，在蒸汽进口处设置有特殊的不锈钢防冲挡板。
为抽出低压加热器中的不凝结气体，沿整个管系长度方向，设置有抽空气管；在管系下部设置有滑轨或滑道，便于整个管系的装配与检修；在水室上设置有人孔。
图9-9＃7、＃8低加内部结构图
图9-10＃5、＃6低加内部结构图
4）低压加热器系统组成（图9-11）
低压加热器本体、凝结水管路、正常疏水管路、事故疏水管路、抽空气管路、水位显示报警控制设备等组成低压加热器系统。
系统中凝结水旁路采用大小旁路相结合的方式；其中5#、6#低压加热器采用小旁路，5#、6#低压加热器可单独解列；合体低压加热器（7A、8A）与合体低压加热器（7B、8B）共用一个大旁路，7A、8A或7B、8B合体低压加热器能单独解列。
低压加热器正常疏水采用逐级自流的方式，即5#低压加热器疏水流到6#低压加热器，然后进入7#低压加热器，再进入8#低压加热器，最后疏水经8#低压加热器进入凝汽器。
每个低压加热器均设置事故疏水管路，在事故情况或低负荷工况时，疏水可直接进入疏水扩容器或凝汽器。
每个低压加热器均设置连续抽气管路和启动抽气管路，将低压加热器壳侧中的不凝结气体抽出。
每个低压加热器配有2个双室平衡容器，低压加热器水位的变化由平衡容器输出，经差压变送器转变为4～20mA的电信号进DCS，由DCS控制低压加热器疏水调节阀的开度，以控制低压加热器的水位在正常的水位波动范围内。
每个低压加热器配一个磁翻板液位计，可就地显示低加水位变化，并配有磁动开关，输出4～20mA的电信号供远传，可作为报警信号用。
凝结水管道上设有安全阀，其整定压力为3.8MPa。
安全阀的安装位置靠近低压加热器本体。
5#、6#低压加热器汽侧设有安全阀，其整定压力为0.6MPa。
安全阀的排放口不得有背压。
4）低加主要技术参数
低加的主要技术参数见下表，VWO工况低加系统热力平衡参数见图9-12。
表9－6低加技术参数表
项目
＃5低加
＃6低加
＃7/＃8低加
型号
JD-1100-Ⅳ
JD-1100-III
JD-1650-I/JD-1650-II
换热面积（m2）
1100
1100
680/970
流程
2
2
2/2
运行时总重（kg）
33000
33000
55000
管侧介质
凝结水
凝结水
凝结水
壳侧介质
蒸汽和水
蒸汽和水
蒸汽和水
管侧设计压力（MPa）
4.0
4.0
4.0
管侧设计温度（℃）
150
150
150
管侧最高工作压力（MPa）
3.8
3.8
3.8
管侧试验压力（MPa）
5.0
5.0
5.0
壳侧设计压力（MPa）
0.6
0.6
0.6
壳侧设计温度（℃）
265
200
150
壳侧最高工作压力（Mpa）
0.5
0.3
0.17/0.08
壳侧试验压力（Mpa）
0.93
0.81
0.75
图9-11低压加热器系统图
图9-12低加系统VWO工况平衡图
1.2.5.轴封加热器
轴封加热器是利用汽封排汽来加热凝结水的表面式加热器，又称汽封蒸汽冷却器。
其作用在于回收汽封排汽的热量和工质，提高系统循环热效率。
轴封加热器的结构与低加相似，我厂设置一台卧式U型管式轴封加热器。
凝结水在管侧流过，升温后流入下级管道；轴封排汽在壳侧冷却凝结，大部分轴封排汽经放热后凝结成水流至凝汽器，只有一少部分蒸汽经由轴加风机排出。
轴封加热器的通流能力按满足100%MCR工况凝结水流量设计。
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