第七章 汽轮机凝汽设备及系统

1、第七章 汽轮机凝汽设备及系统 凝汽设备的组成 及任务 凝汽器内压力的 确定 凝汽器的运行及 变工况 抽汽设备 第一节 汽轮机凝汽设备及系统 一、凝汽设备的组成及任务 凝汽器 表面式 混合式 空冷 水冷 凝汽设备通常由表面式 凝汽器、抽汽设备、凝结水 泵、循环水泵以及这些部件 之间的连接管道组成。 凝汽设备的任务： 在汽轮机排汽口建立并维持 高度真空； 将汽轮机的排汽凝结成洁净 的凝结水作为锅炉的给水循环 使用。 图7-2 表面式凝汽器结构 二、凝汽器内压力的确定 图7-3 凝汽器中蒸汽和冷却水 温度沿冷却表面的分布 1饱和蒸汽放热过程； 2过冷水的升温过程 蒸汽凝结的温度 应由下式确定： 12

2、1 1 () swww w ttttt ttt s t 12ww tt、 冷却水进、出口温度，； t 冷却水温升， 21ww ttt t传热端差或称端差， 2sw ttt 1、冷却水温升 520 520 c w D t mD （m为凝汽器的冷却倍率或循环倍率） 增加 ，一方面可降低汽轮机排汽压力，使汽轮机所发功 率增加；另一方面却增加了循环水泵耗功。所以只有在由于增 加 使汽轮机的得益大于循环水泵因此而多消耗的功率时，增 加 才是合理的。 最有利真空：提高真空所获得的净收益最大时的真空。 wD wD wD 2、传热端差 传热端差与冷却面积、传热量及总体传热系数有关， 传热越强，端差就越小。 ,

3、KtKt 导致 的原因 水侧脏污 汽侧空气量增加 漏气 抽气器故障 K 影响真空的主要因素： 1、 1wssc ttpp真空 2、 w D循环水量一定 csc Dttp 真空 csc Dttp 真空 c D排汽量一定 wsc Dttp 真空 wsc Dttp 真空 3、 sc ttp真空 sc ttp真空 三、凝汽器的变工况 图7-4 传热端差 与热负荷 率 及 的关系 t cc DA/ 1w t 循环水量 一定， 随负荷 的变化规律： 从额定负荷减小不多，K基 本不变时， 与 成正比减小 再继续减小，一方面， 随 减小，另一方面， 真空提高，漏入空气量增加， 导致K减小， 增加。 两方面共同

4、作用的 结果使 下降缓慢或基 本不变。 越低，保持 不变的水平段越长。 w D t c D c D c D c Dt t c D t t t 1w t 四、凝汽器的运行 1、凝汽器的汽阻和水阻 汽阻：在空气抽出口处的压力 最低，而凝汽器蒸汽入口 处的压力 最高，这两个压力之差就是蒸汽空气混合物的 流动阻力，称为凝汽器的汽阻。 水阻：冷却水在凝汽器内的循环通道中所受到的阻力称为 水阻。 2、凝结水过冷 过冷度：当凝结水的温度低于凝汽器压力下的饱和温度时， 即为凝结水过冷，所低 度数称为过冷度。 运行中引起凝结水过冷的非正常原因： 汽侧空气量增多 漏气量增大 抽气器故障 热井水位过高，淹没12排铜

5、管 c p c p 3、空气的影响 来源 主蒸汽带入，量极少 从处于真空状态下的系统及设备的不严密处漏入， 占绝大多数 危害：真空下降导致经济性下降 过冷度增加 凝结水含氧量增加 为了监视凝汽设备在运行中的严密性，要定期作真 空严密性试验。 t 4、凝结水水品质 5、真空除氧 6、凝汽器的胶球清洗装置 六、抽气设备 抽气设备的作用 启动前建立真空 运行中维持真空 抽气设备的型式很多，应用较多的有射汽抽气器、射 水抽气器和水环式真空泵等。 1、射汽抽气器母管制机组 2、射水抽气器 200MW以下单元制 图7-15 射水抽气器结构 1扩压管；2混合室；3喷嘴；4逆止门 3、水环式真空泵 300MW

6、以上单元制 图7-16 水环式真空泵结构原理 第二节 发电厂空冷系统 一、发电厂空冷系统简介 （一）直接空冷系统 直接空冷是指汽轮机的排 汽直接用空气来冷凝，空气与 蒸汽间进行表面式换热。所需 空气，由机械通风方式供应。 直接空冷的凝汽设备称为空冷 凝汽器。 优点：设备少，系统简单，基建投资较少，占地少，空 气量的调节灵活。 缺点：运行时粗大的排汽管道密封困难，维持排汽管内的 真空困难，启动时为建立真空需要的时间较长。 （二）混合式间接空冷系统 又称海勒式间接空冷系统，主要由喷射式凝汽器和装有 福哥型散热器的空冷塔构成 优点：以微正压的低压 水运行，较易掌握。可 与中背压（9.8kPa左右）

7、汽轮机配套。配用海勒 系统的汽轮 机，其年平 均背压低于直接空冷机 组，稍低于哈蒙 式间接 空冷机组，故机组煤耗 率较低。 缺点：设备多，系统复杂，冷却水循环泵的泵坑较深，自 动控制系统复杂，全铝制散热器防冻性能差 （三）带表面式凝汽器的间接空冷系统 又称哈蒙式间接空冷系统，这种空冷系统是在海勒 式简介空冷系统的运行实践基础上发展 起来的新系统。 由表面式凝汽器与空冷塔构成。 优点：节约厂用电，设备少， 冷却水系统与汽水系统分开， 两者水质可按各自要求控制； 冷却水量可根据季节调整， 在高寒地区，在冷却水系统 中可充以防冻液防冻。 缺点：空冷塔占地大，基建投资多；系统中需进行两次 换热,且都属

8、表面式换热，使全厂效率有所降低 二、空冷系统的设计背压及主要参数 （一）设计气温 空冷系统的热力计算采用的大气温度参数为大气干球 温度。 空冷系统设计计算采用的气温单元为小时气温。即将 典型年8760h的气温由高到低列出，制成典型年的小时气 温统计表，绘制出典型年的小时气温历时频率曲线。设计 气温的确定，采用较多的方法是按典型年小时气温统计表 中+5开始至最高气温值进行加权平均，取其平均值作为 设计气温。 （二）初始温差 简称ITD。其值为进入空冷散热器（或空冷凝汽器） 的热介质温度与大气干球温度之差。对于间接空冷系统， 即 11ITDawtt 1 1 a w t t进入散热器的冷却水温度，

9、环境大气干球温度， 循环水热水温度 取决于汽轮机的排汽温度（在凝汽 器端差一定时）： 1ITDactt 1wt tttcw1 t tc 汽轮机的排汽温度， 凝汽器端差， 对于直接空冷系统，即 ct直接空冷凝汽器装置进口温度，即汽轮机排汽温度。 由以上公式可知，当环境空气温度一定时，ITD的大 小，取决于凝汽器的排汽温度。ITD高，空冷散热器可利 用的传热温差大，所需散热元件即可减少、即空冷系统投 资可减少，但汽轮机热效率降低，机煤耗增加。反之，增 加空冷散热元件、增大空冷系统投资，但汽轮机热效率提 高，机组煤耗降低，机组运行费用减少。 在火电厂空冷系统的设计中，ITD的选择是根据电厂在 电网中

10、的性质、当地气象条件以及其他因素进行综合比较 而确定。在工程设计中，最值ITD值需进行优化确定。 （三）汽轮机设计背压 汽轮机的实际背压与大气干球温度、设计ITD值密切 相关。当设计气温确定之后，根据优选的ITD值，即可确 定汽轮机的设计背压。 三、空冷汽轮机的变工况运行特点和结构要求 （一）汽轮机变工况运行特点 间接空冷系统的汽轮背压变化范围530kPa；直接空 冷系统的汽轮机背压 范围在1020kPa。空冷汽轮机的主 要技术特点是： 1.末级叶片容积流量变化大 （1）气温低、背压低、负荷大时，汽轮机容积流量偏大。 后果是： a.余速损失大； b.由于蒸汽速度加大，作用力增加，叶片弯曲应力增

11、加； c.当背压过低，容积流量过大时，因马赫数增大，有可 能在末级叶片通流截面造成汽流阻塞，即使背压再降 低，也不能增加机组功率。 (2)当气温高、背压高、负荷较小时，汽轮机末级叶片容积 流量过小。叶片根部、顶部均会出现脱流现象，使得该 处的蒸汽倒流，速度三角形发生了很大的变化，如下图 所示。 2.在威尔逊（Wilson）区运行的末级叶片有盐分沉积 威尔逊区就是蒸汽湿度为2%4%的区域。此时，蒸汽 中的盐分将沉积于叶片上，造成对叶片腐蚀。通常，空冷 汽轮机末级叶片湿度的变化范围为2%8%，即汽轮机运 行时，末级叶片要通过威尔逊区，盐分将在末级叶片上沉 积，产生腐蚀凹坑，从而降低了叶片材料在高频

12、和低频下 的许用交变应力幅值。 3.低压缸排汽温度变化大 由右图可见，空冷汽轮机 背压在不同工况下的变化很 大，换句话说，排汽温度的 变化也很大，致使低压缸各 部分热膨胀发生差异。 （二）空冷汽轮机的机构特点 1.末级叶片 为了保证机组的安全，要从千古的、刚度及控制震动 方面设计末级叶片。具体措施是： （1）通常采用较湿冷机组的末级叶片。 （2）采用松拉金。可以增加叶片振动的机械阻尼和刚度， 对防止颤振有重要作用，拉金紧紧地压在拉金孔外侧，阻 止蒸汽或其他干扰力引起叶片颤振。 （3）叶片型线的设计应满足背压变化打的特点。常规 湿冷机组在设计工况下汽轮机末级叶片根部反动度较小， 在部分负荷下出现负反动度，甚至出现根部倒流。对于 空冷机组，将汽轮机末级静叶片的安装角增大2，增 大动静叶片的轴向间距，使动叶末根部反动度提高 23.9%，推迟了小容积流量下倒流的出现。 2.低压缸喷水装置 低压缸出口一般均设有喷水装置，空冷汽轮机更为重 要。当末级叶片蒸汽容积流量过小，不能及时将摩擦鼓风 产生的热量带走时，或背压过高，蒸汽仍处于过热区时， 排汽温度均能升高。为了保护末级叶片，保证排汽缸温度