凝汽器与真空系统

1、凝汽器与真空系统凝汽器与真空系统凝汽器凝汽器凝汽器是属于凝汽式汽轮机的辅机范畴的，它是凝汽式机组凝汽器是属于凝汽式汽轮机的辅机范畴的，它是凝汽式机组的一个重要组成部分，因为它工作性能的好坏直接影响着整个机的一个重要组成部分，因为它工作性能的好坏直接影响着整个机组的热经济性和安全性，所以，掌握凝汽器的工作原理及特性是组的热经济性和安全性，所以，掌握凝汽器的工作原理及特性是十分必要的。十分必要的。 组成：凝汽器、抽气设备、凝结水泵、循环水泵及其连接管道。作用：凝汽器：将汽轮机排汽凝结成凝结水并在汽轮机排汽口建立高度真空。抽气设备：启动时建立真空，运行时维持真空。凝结水泵：将凝汽器中的凝结水升压后送

2、入除氧器。循环水泵：将循环水升压后送入凝汽器并维持循环水的流动。 如图所示为凝汽设备的原则性如图所示为凝汽设备的原则性系统图。循环水泵系统图。循环水泵4 4使冷却水不断使冷却水不断地流经凝汽器地流经凝汽器3 3。进入凝汽器的蒸。进入凝汽器的蒸汽被冷源冷却后，凝结成水。凝结汽被冷源冷却后，凝结成水。凝结水被凝结水泵水被凝结水泵5 5抽出，经过加热器抽出，经过加热器和除氧器等进入锅炉循环使用。由和除氧器等进入锅炉循环使用。由于凝汽器在工作时内部具有高度真于凝汽器在工作时内部具有高度真空，所以空气会从不严密处漏入。空，所以空气会从不严密处漏入。为了防止空气在凝汽器内积存，就为了防止空气在凝汽器内积存

3、，就要不断地将空气抽出，所以，还设要不断地将空气抽出，所以，还设有抽气器有抽气器6 6。 凝汽设备的任务是：凝汽设备的任务是：（1 1）在汽轮机的排汽口建立并）在汽轮机的排汽口建立并 维持规定的真空度；维持规定的真空度；（2 2）将汽轮机的排汽凝结成洁）将汽轮机的排汽凝结成洁 净的凝结水，并回收工质。净的凝结水，并回收工质。凝汽器按照排汽凝结方式的不同可分为凝汽器按照排汽凝结方式的不同可分为混合式混合式和和表面式表面式两大类两大类混合式凝汽器：混合式凝汽器： 有结构简单、冷却效果好等优点。可是它对冷却水质要求高，有结构简单、冷却效果好等优点。可是它对冷却水质要求高，否则凝结水就不能再作为锅炉的

4、给水。因为有这个缺点，所以现否则凝结水就不能再作为锅炉的给水。因为有这个缺点，所以现在一般不采用它。在一般不采用它。 表面式凝汽器：表面式凝汽器： 冷却工质与蒸汽被冷却表面隔开而互不接触。根据冷却工质冷却工质与蒸汽被冷却表面隔开而互不接触。根据冷却工质的不同又分为的不同又分为水冷却式水冷却式和和空气冷却式空气冷却式两种，由于用水作冷却工质两种，由于用水作冷却工质时，凝汽器的传热系数高，所需要的冷却面积小，因此在凝汽式时，凝汽器的传热系数高，所需要的冷却面积小，因此在凝汽式电厂中，一般都采用这种型式的。只有在严重缺水的地区及列车电厂中，一般都采用这种型式的。只有在严重缺水的地区及列车电站上才采用

5、空气冷却式凝汽器。电站上才采用空气冷却式凝汽器。 凝汽器中装有大量的铜管，并通以循环冷却水。当汽轮机的排汽与凝汽器铜管外表面接触时，因受到铜管内水流的冷却，放出汽化潜热变成凝结水，所放潜热通过铜管管壁不断的传给循环冷却水并被带走。这样排汽就通过凝汽器不断的被凝结下来。排汽被冷却时，其比容急剧缩小，因此，在汽轮机排汽口下凝汽器内部造成较高的真空。 凝汽器运行时，冷却水从前水室的下半部分进来，通过冷却水管（换热管）进入后水室，向上折转，再经上半部分冷却水管流向前水室，最后排出。低温蒸汽则由进汽口进来，经过冷却水管之间的缝隙往下流动，向管壁放热后凝结为水。 在启动过程中凝汽器真空是由主、辅抽汽器将汽

6、轮机和凝汽器内大量空气抽出而形成的。 在正常运行中，凝汽器真空的形成是由于汽轮机排汽在凝汽器内骤然凝结成水时其比容急剧缩小而形成的。如蒸汽在绝对压力4kpa时蒸汽的体积比水的体积大3万倍，当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器内形成高度真空。凝汽器中真空的形成主要原因凝汽器中真空的形成主要原因?1.凝汽器铜管必须通过一定的冷却水量；2.凝结水泵必须不断地把凝结水抽走，避免水位升高，影响蒸汽的凝结；3.抽汽器必须把漏入的空气和排汽中的其它气体抽走。凝结器的真空形成和维持必须具备凝结器的真空形成和维持必须具备三个条件三个条件? 极限真空是指汽轮机的背压降低到某一数值后，蒸汽的膨胀有部分是在末级

7、动叶栅后进行的，这些蒸汽已不具备做功能力。我们将蒸汽在末级动叶斜切部分膨胀达到极限时的背压，称为极限背压，它对应的真空称为极限真空。 什么是极限真空?1.凝汽器的最佳真空有最佳设计真空和最佳运行真空两种概念。 2.凝汽器的最佳设计真空是指在新设计一个发电厂时，整个发电厂冷却系统中所选择的设备容量、参数、设备相互匹配以及年运行费用为最少时所确定的凝汽器压力。3.凝汽器的最佳运行真空是指在一个已投运的热力系统中，设备的型式、容量、参数及设备间的匹配关系都确定的条件下，使热力系统运行时的热耗为最小的凝汽器压力。 凝汽器的最佳真空 凝汽器偏离设计工况的工况，称为凝汽器偏离设计工况的工况，称为凝汽器的变

8、工凝汽器的变工况况。当机组负荷变化时，凝汽量要发生相应的变化；。当机组负荷变化时，凝汽量要发生相应的变化；冷却水进口温度会随气候不同而改变，冷却水量也随冷却水进口温度会随气候不同而改变，冷却水量也随循环水泵的运行方式而变化，这些变化都使凝汽器处循环水泵的运行方式而变化，这些变化都使凝汽器处在变工况下工作，凝汽器内的压力也同时发生变化。在变工况下工作，凝汽器内的压力也同时发生变化。凝汽器压力随凝汽量、冷却水量和冷却水进口温度变凝汽器压力随凝汽量、冷却水量和冷却水进口温度变化而变化的规律称为凝汽器的热力特性化而变化的规律称为凝汽器的热力特性，或称为它的，或称为它的变工况特性。下面分析一下这二个变量

9、之间的关系。变工况特性。下面分析一下这二个变量之间的关系。 凝汽器的变工况1循环水温升循环水温升 t 循环水温升循环水温升tt主要取决于冷却倍率。当冷却水量主要取决于冷却倍率。当冷却水量DwDw不变时有：不变时有：t = 520 (Dt = 520 (DC C / D/ DW W) = aDc) = aDc 由此可见：由此可见：此时此时t与与Dc成正比关系。在运行中，循环水温升是判断循环水系成正比关系。在运行中，循环水温升是判断循环水系统工作情况的重要指标。如果在运行中蒸汽负荷统工作情况的重要指标。如果在运行中蒸汽负荷DcDc没有变化，而没有变化，而循环水温升循环水温升tt却发生变化，说明循环

10、水系统的工作情况有变化，却发生变化，说明循环水系统的工作情况有变化，运行人员应作相应的检查或调整。反之，当冷却水量运行人员应作相应的检查或调整。反之，当冷却水量DwDw及其他条及其他条件不变时，可根据件不变时，可根据tt变化情况来判断凝汽器负荷变化情况来判断凝汽器负荷DcDc或机组负荷的或机组负荷的变化情况。变化情况。 2传热端差传热端差 t 凝汽器的端差反映了凝汽器内部的传热好坏。若端差小则传热效果好同凝汽器的端差反映了凝汽器内部的传热好坏。若端差小则传热效果好同时真空也会较高。时真空也会较高。当冷却水量和冷却水进口温度一定时：当冷却水量和冷却水进口温度一定时：凝汽器真空随机组负荷减小而升高

11、；凝汽器真空随机组负荷减小而升高；当冷却水量和机组负荷一定时：当冷却水量和机组负荷一定时：凝汽器的真空将随冷却水进口温度的降低而凝汽器的真空将随冷却水进口温度的降低而升高。升高。因此，在其他条件相同的情况下，凝汽器的真空，冬天要比夏天高些。因此，在其他条件相同的情况下，凝汽器的真空，冬天要比夏天高些。 最后应该明确，对每一个工况，凝汽器都有一个对应的最有利真空。以最后应该明确，对每一个工况，凝汽器都有一个对应的最有利真空。以此为基准，真空再提高，将使机组的热经济性降低。真空过度降低，即所谓此为基准，真空再提高，将使机组的热经济性降低。真空过度降低，即所谓真空恶化，将引起一系列不良后果。如使机组

12、的理想焓降相应减小，在认为真空恶化，将引起一系列不良后果。如使机组的理想焓降相应减小，在认为此时机组的损失基本不变的前提下，机组的效率要降低；低压缸因蒸汽温度此时机组的损失基本不变的前提下，机组的效率要降低；低压缸因蒸汽温度升高而变形，使机组内动静之间的间隙变化，间隙消失会引起机组振动；有升高而变形，使机组内动静之间的间隙变化，间隙消失会引起机组振动；有的机组，低压转子的轴承座落在低压缸上（亦称轴承不落地，国产的机组，低压转子的轴承座落在低压缸上（亦称轴承不落地，国产50MW50MW、100MW100MW、200MW200MW汽轮机就是这种结构），当低压缸膨胀时，原来分配在轴系各汽轮机就是这种

13、结构），当低压缸膨胀时，原来分配在轴系各轴承上的负荷要发生变化，这也能引起机组振动；机组背压变化，轴向推力轴承上的负荷要发生变化，这也能引起机组振动；机组背压变化，轴向推力也随着变化，变化幅度大了，也影响机组的安全运行；由于铜管和凝汽器壳也随着变化，变化幅度大了，也影响机组的安全运行；由于铜管和凝汽器壳体的线胀系数不一样，真空的频繁变化，会使铜管端部在管板中的胀紧程度体的线胀系数不一样，真空的频繁变化，会使铜管端部在管板中的胀紧程度遭到破坏；真空恶化时，空气分压力增大，使凝结水中的含氧量增加等等。遭到破坏；真空恶化时，空气分压力增大，使凝结水中的含氧量增加等等。因此，一旦真空恶化时，机组被迫减

14、负荷或停机。因此，一旦真空恶化时，机组被迫减负荷或停机。凝汽器端差凝汽器端差凝汽器压力下的饱和温度与凝汽器冷却水出口温度之差。对一定的凝汽器，端差的大小与凝汽器冷却水入口温度、凝汽器单位面积蒸汽负荷、凝汽器铜管的表面洁净度，凝汽器内的漏入空气量以及冷却水在管内的流速有关。一个清洁的凝汽器，在一定的循环水温度和循环水量及单位蒸汽负荷下就有一定的端差值指标，一般端差值指标是当循环水量增加，冷却水出口温度愈低，端差愈大，反之亦然；单位蒸汽负荷愈大，端差愈大，反之亦然。实际运行中，若端差值比端差指标值高得太多，则表明凝汽器冷却表面铜管污脏，致使导热条件恶化。凝汽器过冷度产生的原因凝汽器过冷度产生的原因

15、由于冷却水管管子外表面蒸汽分压力低于管束之间的蒸汽平均分压力，使蒸汽的凝结温度低于管束之间混合汽流的温度，从而产生过冷。 由于凝结器内存在汽阻，蒸汽从排汽口向下部流动时遇到阻力，造成下部蒸汽压力低于上部压力，下部凝结水温度较上部低，从而产生过冷。蒸汽被冷却成液滴时，在凝结器冷却水管间流动，受管内循环水冷却，因液滴的温度比冷却水管管壁温度高，凝结水降温从而低于其饱和温度，产生过冷。 由于凝结器汽侧积有空气，空气分压力增大，蒸汽分压力相对降低，蒸汽仍在自己的分压力下凝结，使凝结水温度低于排汽温度，产生过冷。 凝结器构造上存在缺陷，冷却水管束排列不合理，使凝结水在冷却水管外形成一层水膜，当水膜变厚下

16、垂成水滴时，水滴的温度即水膜内、外层平均温度低于水膜外表面的饱和温度，从而产生过冷却。 凝结器漏入空气多或抽气器工作不正常，空气不能及时被抽出，空气分压力增大，使过冷度增加。 热水井水位高于正常范围，凝结器部分铜管被淹没，使被淹没铜管中循环水带走一部分凝结水的热量而产生过冷却。 循环水温度过低和循环水量过大，使凝结水被过度的冷却，过冷度增加。凝汽器严密性差的主要原因凝汽器严密性差的主要原因汽侧1、汽轮机排气缸和凝汽器喉部连接法兰或焊缝处漏气。如采用套筒水封 连接方式，喉部变形使填料移动，填料压得不紧，或封水量不足。2、汽轮机端部轴封存在问题或工作不正常。3、汽轮机低压缸接合面、表计接头等不严密

17、。4、有关阀门不严密或水封阀水量不足。5、凝结水泵轴向密封不严密。6、低压给水加热器汽侧空间不严密。7、设备、管道破损或焊缝存在问题。水侧1、胀管管端泄漏。采用垫装法连接管子和管板时，填料部分密封性不好。2、在管子进口端部发生冲蚀。3、冷却管破损。真空降低的原因及处理真空降低的原因及处理1.发现真空下降时，应该对照排气温度和就地真空表，确认真空下降。2. 真空下降时禁止投运蒸汽旁路，并将旁路切到手动方式，切除旁路的快开保护。3. 如因凝汽器水位过高时，查明原因停止凝汽器补水，并开启两台凝泵加强打水，直至水位降至正常水位以下；如果除氧器水位过高，打开紧急防水阀放水。4. 如发现循环水温升高，检查

18、冷却塔风机是否运行正常，如有备用风机，投入备用风机运行；检查水压是否正常，检查管道是否有泄漏；循环水泵工作是否正常，必要时切换备用循泵；或对循环水系统进行排气。5.如果真空泵工作不正常，检查工作水压力是否正常，否则切换到循环水侧供水；若泵体故障，可切换至备用泵工作；若备泵也故障时，根据真空情况进行一般故障停机。6.轴封压力低，适当关小均压箱溢流阀，提高轴封压力。7.如果密封水水系统水量不足引起泄漏时，开大水封水系统的供水阀门，维持水封水量。8.如因真空系统的其它部分存在漏点，对真空系统进行查漏，消漏。9) 凝汽器真空在查找原因时仍然继续下降时，按以下标准处理:* 真空从-0.092MPa降至-0.084MPa时，负荷下降至30MW，降燃机负荷或锅炉根据压力开启向空排汽门；* 真空以-0.083MPa降至-0.075MPa