汽轮机凝汽设备及系统

1、1第七章汽轮机凝汽设备及系统第七章汽轮机凝汽设备及系统v凝汽设备的工作原理凝汽设备的工作原理v凝汽系统及主要设备凝汽系统及主要设备v凝汽器内压力的确定凝汽器内压力的确定v凝汽器的变工况凝汽器的变工况v凝汽器的运行凝汽器的运行v多压凝汽器多压凝汽器v抽气设备抽气设备2 现代火电厂都用凝汽式汽轮机发电。因此，都具备凝汽现代火电厂都用凝汽式汽轮机发电。因此，都具备凝汽设备。凝汽设备工作好坏，对火电厂的经济性影响很大。设备。凝汽设备工作好坏，对火电厂的经济性影响很大。v凝汽设备的工作原理凝汽设备的工作原理v凝汽系统及主要设备凝汽系统及主要设备v凝汽器内压力的确定凝汽器内压力的确定v凝汽器的变工况凝汽器

2、的变工况v凝汽器的运行凝汽器的运行v多压凝汽器多压凝汽器v抽气设备抽气设备3一凝汽设备的工作原理一凝汽设备的工作原理根据汽轮发电机组的热效率进行分析根据汽轮发电机组的热效率进行分析其中，其中， -整机理想焓降；整机理想焓降； -蒸汽初焓；蒸汽初焓； (-) -为每为每kg蒸汽在锅炉中的吸热量。蒸汽在锅炉中的吸热量。 排汽焓；排汽焓； 给水焓。给水焓。000fwcfwttthhhhhhHQHtH0hfwhchfwh0h4分析上式分析上式：要提高效率，则提高理想焓降，即提高：要提高效率，则提高理想焓降，即提高新蒸汽的初焓，新蒸汽的初焓，降低排汽焓降低排汽焓（压力）。本章只是（压力）。本章只是讨讨论

3、降低排汽焓值的问题论降低排汽焓值的问题。要降低排汽焓值，就得降。要降低排汽焓值，就得降低排汽压力。一般来说，排汽压力每降低低排汽压力。一般来说，排汽压力每降低2kpa，循，循环热效率就可以提高约环热效率就可以提高约3.5%。所以，降低排汽压力。所以，降低排汽压力对提高火电厂循环热效率是一个非常有效的措施。对提高火电厂循环热效率是一个非常有效的措施。而降低排汽压力的而降低排汽压力的最有效的办法最有效的办法是：是：使排汽在密封使排汽在密封容器中、在温度较低的条件下受到冷却而凝结成水，容器中、在温度较低的条件下受到冷却而凝结成水，体积突然缩小（如在体积突然缩小（如在0.0049Mpa下，蒸汽比水的容

4、下，蒸汽比水的容积大积大28000倍）而形成真空倍）而形成真空。同时再用抽气器或者真。同时再用抽气器或者真空泵将漏入空气不断地抽出，空泵将漏入空气不断地抽出，保持真空保持真空。在凝结中。在凝结中生成的凝结水，经汇集以后，生成的凝结水，经汇集以后，又重新送入锅炉作为又重新送入锅炉作为给水，反复循环使用给水，反复循环使用。这就是凝汽设备的工作原理。这就是凝汽设备的工作原理。tH0p0tcp1cp1tH5 建立建立并并维持维持高度真空高度真空，即降低排汽焓值，提高理想焓降，使蒸汽中，即降低排汽焓值，提高理想焓降，使蒸汽中较多的热能转变为机械能。较多的热能转变为机械能。 将蒸汽凝结成水，并将将蒸汽凝结

5、成水，并将凝结水凝结水回收到锅炉作为回收到锅炉作为给水给水。：降低排汽焓值，提高理想焓降，可以提高效率。降低排汽焓值，提高理想焓降，可以提高效率。但不是排汽压力越低越好。这是因为：但不是排汽压力越低越好。这是因为： 当降低排汽压力，当降低排汽压力，则比容则比容v增加增加，汽轮机，汽轮机排汽部分的尺寸增大排汽部分的尺寸增大，成，成本上升。而且本上升。而且制造困难制造困难，材料也受到限制。，材料也受到限制。 当降低排汽压力，则比容当降低排汽压力，则比容v增加，增加，凝汽器的冷却面积增大凝汽器的冷却面积增大，冷却水，冷却水量增大，量增大，厂用电增大厂用电增大。因此，对排汽压力和其他几个方面要作技术经

6、济对比而定。一般，因此，对排汽压力和其他几个方面要作技术经济对比而定。一般，最佳最佳排汽压力排汽压力为为=0.002940.00686Mpa(0.030.07ata)，通常取，通常取0.005Mpa。cp6二二 凝汽系统及主要设备：凝汽系统及主要设备：1.最简单的凝汽设备原则性系统图最简单的凝汽设备原则性系统图（图（图71）。其主要设备有凝汽器、凝结水）。其主要设备有凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵等。泵、抽气器、循环水泵等。 汽轮机；汽轮机； 发电机；发电机； 凝汽器凝汽器：使排汽在凝汽器：使排汽在凝汽器3中不断地凝结成水，建立高度真空；将凝结时放中不断地凝结成水，建立高度真空；将凝结时放

7、出的热量排出、将生成的凝结水汇集送走；出的热量排出、将生成的凝结水汇集送走； 循环水泵循环水泵：为凝汽器提供冷却水；：为凝汽器提供冷却水； 凝结水泵凝结水泵：不断地把蒸汽凝结时生成的：不断地把蒸汽凝结时生成的凝结水从凝汽器底部热井中抽出，并送凝结水从凝汽器底部热井中抽出，并送往给给水回热加热系统；往给给水回热加热系统； 抽气器抽气器：抽出漏入凝汽器内的空气，：抽出漏入凝汽器内的空气，以维持高度真空以维持高度真空。图717 间接空气冷却系统间接空气冷却系统：空气冷却式凝汽系统如图所示。其主要设备有：空气冷却式凝汽系统如图所示。其主要设备有：混合式凝汽器、凝结水泵、循环水泵、空气冷却塔、空气冷却器

8、等。其混合式凝汽器、凝结水泵、循环水泵、空气冷却塔、空气冷却器等。其中，空气冷却塔是一个巨大的建筑物，呈双曲旋转形，空气冷却器布置中，空气冷却塔是一个巨大的建筑物，呈双曲旋转形，空气冷却器布置在空气冷却塔下部周围墙体上。利用高低压力差，将冷风通过空气冷却在空气冷却塔下部周围墙体上。利用高低压力差，将冷风通过空气冷却器吸入塔内，形成自然对流。由于流过空气冷却器的空气的自然对流，器吸入塔内，形成自然对流。由于流过空气冷却器的空气的自然对流，将循环水中的热量带走。循环水的温度在空气冷却器中得到降低之后，将循环水中的热量带走。循环水的温度在空气冷却器中得到降低之后，送入混合式凝汽器中去凝结汽轮机的排汽

9、。送入混合式凝汽器中去凝结汽轮机的排汽。这种空气冷却式凝这种空气冷却式凝汽系统，设备、建汽系统，设备、建筑费用高，但可以筑费用高，但可以节约大量的水。我节约大量的水。我国国山西大同第二发山西大同第二发电厂电厂有两台有两台200MW汽轮发电机组用了汽轮发电机组用了此系统。此系统。2. 空气冷却式凝汽系统空气冷却式凝汽系统8 直接空气冷却系统直接空气冷却系统：用空气作为冷却工质的凝汽器用于空气直接冷却式凝汽系统，如图。汽轮用空气作为冷却工质的凝汽器用于空气直接冷却式凝汽系统，如图。汽轮机的排汽送到热交换器管束内直接凝结成水。热交换器管束外侧则利机的排汽送到热交换器管束内直接凝结成水。热交换器管束外

10、侧则利用强制通风带走蒸汽凝结时放出的汽化潜热。由于空气传热系数小、用强制通风带走蒸汽凝结时放出的汽化潜热。由于空气传热系数小、则要求冷却面积大。因此，这种空气直接冷却式凝汽器体积庞大，无则要求冷却面积大。因此，这种空气直接冷却式凝汽器体积庞大，无法和普通凝汽器一样安装在汽轮机的下部，而是要远离汽轮机安装在法和普通凝汽器一样安装在汽轮机的下部，而是要远离汽轮机安装在厂房外面厂房外面或或厂房顶部厂房顶部。因此，其汽轮机的排汽管道很长。这种空气直。因此，其汽轮机的排汽管道很长。这种空气直接冷却式凝汽系统，在世界上已有（德国）电厂采用，但我国目前接冷却式凝汽系统，在世界上已有（德国）电厂采用，但我国目

11、前还没有还没有电厂采电厂采用。用。93.运行对凝汽设备的要求运行对凝汽设备的要求： 凝汽器冷却管应凝汽器冷却管应具有较好的传热系数具有较好的传热系数，保证良好的，保证良好的传热效果。自然冷却水泥沙、污染，要清洗；传热效果。自然冷却水泥沙、污染，要清洗； 凝结水温度不应低于排汽压力对应的饱和温度凝结水温度不应低于排汽压力对应的饱和温度，以，以免增加免增加过冷度过冷度。这和供水方式、季节、地理位置有。这和供水方式、季节、地理位置有关；关； 蒸汽在凝汽器内的蒸汽在凝汽器内的阻力要小阻力要小，以降低排汽口压力和，以降低排汽口压力和减少凝结水过冷度。减少凝结水过冷度。10三三 凝汽器内压力的确定凝汽器内

12、压力的确定 当蒸汽处于饱和状态时，其压力与温度是一一对应的。所以，凝汽器内当蒸汽处于饱和状态时，其压力与温度是一一对应的。所以，凝汽器内压力取决于蒸汽凝结温度。为了求得凝汽器内压力，就得先求出排汽温度。压力取决于蒸汽凝结温度。为了求得凝汽器内压力，就得先求出排汽温度。排汽温度的高低取决于冷却水的排汽温度的高低取决于冷却水的进口温度、冷却水的温升进口温度、冷却水的温升和和传热端差传热端差。凝汽器内的压力凝汽器内的压力 可根据相应的饱和温度求得，而排汽温度可表示为：可根据相应的饱和温度求得，而排汽温度可表示为： = + + （7-1）其中，其中， -冷却水的进口温度；冷却水的进口温度； -冷却水的

13、温升；冷却水的温升； -传热端差。传热端差。只要求得了温度之值只要求得了温度之值 ，就可以，就可以从水蒸汽表从水蒸汽表中查得相对应的压力。中查得相对应的压力。cpst1wtwtwtt 1wtt stcp111.1. 冷却水的进口温度冷却水的进口温度冷却水的进口温度取决于电厂所在的冷却水的进口温度取决于电厂所在的地理位置、季节地理位置、季节和和供水方式供水方式。电厂供水。电厂供水方式有方式有直流供水方式直流供水方式和和循环供水方式循环供水方式两种。两种。在在直流供水系统直流供水系统中，电厂从河流上游取水，冷却水流经汽轮机凝汽器、冷油中，电厂从河流上游取水，冷却水流经汽轮机凝汽器、冷油器和有关冷却

14、器之后，排入河流下游。器和有关冷却器之后，排入河流下游。采用采用循环供水方式循环供水方式时，冷却水则沿着联结凝汽器等有关装置的回路循环流动，时，冷却水则沿着联结凝汽器等有关装置的回路循环流动，取自水源的水只作为损失的补充水，故采用循环供水方式可以节约大量取自水源的水只作为损失的补充水，故采用循环供水方式可以节约大量的水。的水。直流供水系统比较简单，投资少，运行费用低。我国南方的电厂，一般都建直流供水系统比较简单，投资少，运行费用低。我国南方的电厂，一般都建在在沿江、沿河、沿海岸沿江、沿河、沿海岸或者沿大的或者沿大的水库水库。而。而北方北方的电厂，由于水源不足，的电厂，由于水源不足，多采用多采用

15、循环供水方式。循环供水方式。1wt122.2. 冷却水的温升冷却水的温升 冷却水的温升冷却水的温升可根据凝汽器的可根据凝汽器的热平衡方程式热平衡方程式求出：求出：(7-6)从而，从而，(7-7)上二式中，上二式中， -进入凝汽器的凝汽量（进入凝汽器的凝汽量（kg/h)； -进入凝汽器的冷却水量（进入凝汽器的冷却水量（kg/h)； -排汽焓值和凝结水焓值（排汽焓值和凝结水焓值（kJ/kg)； -冷却水进出口焓值冷却水进出口焓值(kJ/kg)。wtwwwwwccctDhhDhhD186. 4)()(12 mhhDDhhtcccwccw186. 4)(186. 4 cDwD cchh、21wwhh

16、、13 冷却倍率冷却倍率m= / 称为冷却倍率（或循环倍率），它表示凝结单位蒸汽汽量所称为冷却倍率（或循环倍率），它表示凝结单位蒸汽汽量所需要的冷却水量。需要的冷却水量。m值越大，则冷却水的温升越小，凝汽器内压力越值越大，则冷却水的温升越小，凝汽器内压力越低，会使整机理想焓降增加，从而可以提高电厂热效率。但是，低，会使整机理想焓降增加，从而可以提高电厂热效率。但是，m大大则冷却水量大，冷却水泵功率大。故则冷却水量大，冷却水泵功率大。故m值大小要通过经济技术对比后值大小要通过经济技术对比后确定。一般，对于单流程凝汽器，确定。一般，对于单流程凝汽器，m=80120范围之内；对于双流程凝范围之内；对

17、于双流程凝汽器，汽器，m=6070范围之内。范围之内。 每每1kg蒸汽在凝结时所放出的蒸汽在凝结时所放出的潜热潜热，约，约2200kJ/kg，变，变化很小，这样，式（化很小，这样，式（7-7）为：）为： cchh mmmhhtccw520186. 42200186. 4 wDcD143. 凝汽器的最有利真空和极限真空凝汽器的最有利真空和极限真空： 凝汽器的最有利真空凝汽器的最有利真空：凝汽器的进汽量是由外界负荷决定的，而冷却水温：凝汽器的进汽量是由外界负荷决定的，而冷却水温升是有依靠调节冷却水量来控制的。冷却水量增加，可降低冷却水温升，升是有依靠调节冷却水量来控制的。冷却水量增加，可降低冷却水

18、温升，降低汽轮机排汽压力，增大理想焓降，提高经济性。但是水泵功率要增大。降低汽轮机排汽压力，增大理想焓降，提高经济性。但是水泵功率要增大。这里有一个最佳冷却水量，即冷却水量增大，使汽轮机功率增加所得到收这里有一个最佳冷却水量，即冷却水量增大，使汽轮机功率增加所得到收益大于水泵功率增大，净收益最大。这时候的真空称为凝汽器的最有利真益大于水泵功率增大，净收益最大。这时候的真空称为凝汽器的最有利真空。空。 凝汽器的极限真空凝汽器的极限真空：若真空进一步增高，使末级叶片的斜切部分达到膨胀：若真空进一步增高，使末级叶片的斜切部分达到膨胀极限时的真空称为凝汽器的极限真空。这时候余速损失增加。极限时的真空称

19、为凝汽器的极限真空。这时候余速损失增加。4.4. 传热端差传热端差 传热端差和冷却面积、传热量及传热系数有关系。设计时，一般传热端差和冷却面积、传热量及传热系数有关系。设计时，一般 取取 =310 。对于单流程凝汽器，取。对于单流程凝汽器，取 =(79) ，对于多流程凝，对于多流程凝 汽器，取汽器，取 =(4.56.5) 。t t t t C0C0C015四四 凝汽器的变工况（略）凝汽器的变工况（略）五五 凝汽器的运行凝汽器的运行 凝汽器的运行好坏对汽轮机组运行的安全性和经济性是凝汽器的运行好坏对汽轮机组运行的安全性和经济性是十分重要的。十分重要的。1.1. 凝汽器的汽阻和水阻凝汽器的汽阻和水

20、阻2.2. 凝结水过冷凝结水过冷3.3. 空气的影响空气的影响4.4. 凝结水水质的监视凝结水水质的监视5.5. 真空除氧真空除氧6.6. 凝汽器的胶球清洗装置凝汽器的胶球清洗装置16六六 多压凝汽器多压凝汽器现代大功率汽轮机都采用现代大功率汽轮机都采用多缸多排汽口多缸多排汽口。为了提高大功率汽轮机的经济。为了提高大功率汽轮机的经济性，常采用性，常采用多压凝汽器多压凝汽器。多压凝汽器就是将凝汽器的。多压凝汽器就是将凝汽器的汽侧分隔成汽侧分隔成与汽轮与汽轮机排汽口个数相同的两个或更多的互不相通的部分。图机排汽口个数相同的两个或更多的互不相通的部分。图7-16为双压凝汽为双压凝汽器的示意图。进水侧

21、的冷却水温度较低，其对应汽侧压力也较低；出水器的示意图。进水侧的冷却水温度较低，其对应汽侧压力也较低；出水侧的冷却水温度较高，侧的冷却水温度较高，因此，其对应汽侧压因此，其对应汽侧压力也较高。同理，也力也较高。同理，也有三压、四压凝汽有三压、四压凝汽器。采用多压凝汽器器。采用多压凝汽器可以提高机组的经可以提高机组的经济性。济性。图图7-16双压凝汽器的示意图双压凝汽器的示意图17七七 抽气设备抽气设备1.1. 抽气器的作用抽气器的作用抽气器的作用是将漏入凝汽器内空气不断地抽抽气器的作用是将漏入凝汽器内空气不断地抽出，以维持凝汽器内的高度真空。故抽气器工作的好坏对凝汽出，以维持凝汽器内的高度真空

22、。故抽气器工作的好坏对凝汽器工作的影响很大。任何一种抽汽器，不论其结构和工作原理器工作的影响很大。任何一种抽汽器，不论其结构和工作原理如何，都是一种压气器，它将汽气混合物从凝汽器抽气口的压如何，都是一种压气器，它将汽气混合物从凝汽器抽气口的压力压缩到高于大气压的出口压力。力压缩到高于大气压的出口压力。2.2. 抽气器的型式抽气器的型式抽气器的型式有抽气器的型式有机械式机械式和和喷射式喷射式两种。喷射式两种。喷射式抽气器结构简单、工作可靠、制造成本低、维护方便、建立真抽气器结构简单、工作可靠、制造成本低、维护方便、建立真空快。常用的喷射式抽气器有空快。常用的喷射式抽气器有射汽抽气器射汽抽气器和和

23、射水抽气器射水抽气器两种，两种，工作原理相同工质不同。前者用蒸汽作工质，后者用水作工质。工作原理相同工质不同。前者用蒸汽作工质，后者用水作工质。183.3. 射汽抽气器射汽抽气器 启动抽气器的结构和工作原理启动抽气器的结构和工作原理： 启动抽气器的作用是在汽轮机启动前给凝汽器建立真空，以缩短机组启动抽气器的作用是在汽轮机启动前给凝汽器建立真空，以缩短机组启动时间。图启动时间。图7-87-8为启动抽气器示意图，它主要由为启动抽气器示意图，它主要由工作喷嘴工作喷嘴A A、混合室混合室B B和和扩压管扩压管C C所组成。工质是新蒸汽，新蒸汽进入工作喷嘴所组成。工质是新蒸汽，新蒸汽进入工作喷嘴A A，

24、在喷嘴，在喷嘴A A膨胀膨胀加速造成一个远高于音速的加速造成一个远高于音速的高速汽流高速汽流射入混合室。高速汽流有射入混合室。高速汽流有很强的空吸很强的空吸作用作用，从而将从抽气口来的汽气混合汽流带走，并进入扩压管，从而将从抽气口来的汽气混合汽流带走，并进入扩压管C C。混合汽。混合汽流在扩压管流在扩压管C C中不断扩压，直到压力稍大于大气压力后排入大气。中不断扩压，直到压力稍大于大气压力后排入大气。 启动抽气器功率大建立真空快，但工质和工质的热量不能回收，启动抽气器功率大建立真空快，但工质和工质的热量不能回收，有经有经济损失济损失。故它只。故它只作为启动时用。一旦汽作为启动时用。一旦汽轮机正

25、常工作以后，主轮机正常工作以后，主抽气器便投入工作，启抽气器便投入工作，启动抽气器停止工作。动抽气器停止工作。19 主抽气器主抽气器 主抽气器的作用主抽气器的作用：是在汽轮机正常工作时使用，以维持凝汽器的高是在汽轮机正常工作时使用，以维持凝汽器的高度真空度真空。主抽气器一般都采用带中间冷却器的多级型式。其目的在于可以。主抽气器一般都采用带中间冷却器的多级型式。其目的在于可以得到更高的真空度，同时也可以得到更高的真空度，同时也可以回收工质回收工质和和热量热量，提高经济性。图，提高经济性。图7-9为为两级射汽抽气器工作原理图。凝汽器内的汽气混合物由第一级抽气器抽出，两级射汽抽气器工作原理图。凝汽器

26、内的汽气混合物由第一级抽气器抽出，并压缩到某一中间压力（低于大气压力），然后进入中间冷却器并压缩到某一中间压力（低于大气压力），然后进入中间冷却器2。在中。在中间冷却器间冷却器2中，混合物中的部分中，混合物中的部分蒸汽被凝结成水，而未凝结的汽气混合蒸汽被凝结成水，而未凝结的汽气混合物又被第二级抽走。在第二级抽气器中，物又被第二级抽走。在第二级抽气器中，汽气混合物被压缩到略高于大气压力，汽气混合物被压缩到略高于大气压力，再经第二级冷却器再经第二级冷却器4进一步凝结并回收进一步凝结并回收工质和热量。最后的空气和少量未凝结工质和热量。最后的空气和少量未凝结的蒸汽一起排入大气。的蒸汽一起排入大气。204. 射水抽气器射水抽气器 射水抽气器的射水抽气器的工作原理工作原理：射水抽：射水抽气器的工作原理同射汽抽气器相同，气器的工作原理同射汽抽气器相同，如图如图7-12所示。它主要由所示。它主要由工作水进口工作水进口1、喷嘴喷嘴2、混合室混合室5、扩压管扩压管7和和逆止逆止阀阀6等部件所组成。压力水由等部件所组成。压力水由射水泵射水泵供供给，经喷嘴形成给，经喷嘴形成高速射流高速射流射出，从而射出，从而将凝汽器中的汽气混合物抽出。将凝汽器中的汽气混合物抽出。 射水抽气器射水抽气器不消耗新蒸汽不消耗新蒸汽，运行，运行费用较射汽抽气器