第五章 汽轮机的凝汽设备.

1、第五章第五章 汽轮机的凝汽设备汽轮机的凝汽设备第一节第一节 凝汽设备的作用及工作过程凝汽设备的作用及工作过程一、凝汽设备的作用一、凝汽设备的作用 凝汽设备的主要作用有两方面： 在汽轮机排汽口建立并维持高度真空； 保证蒸汽凝结并供应洁净的凝结水作为锅炉给水。1凝汽器；2循环水泵；3凝结水泵；4抽气器 凝汽设备是凝汽式汽轮机装置在热力循环中起着冷源作用冷源作用。 降低降低汽轮机排汽的压力和温度压力和温度，可以提高循环热效率可以提高循环热效率。降低排汽参数的有效办法有效办法是将排汽引入凝汽器凝结为水。凝汽器内布置了很多冷却水管，冷却水源源不断地在冷却水管内通过，蒸汽放出汽化潜热凝结成水。凝汽器中蒸汽

2、凝结的空间是汽液两相共存的，压力等于蒸汽凝结温度所对应的饱和压力。蒸汽凝结温度由冷却条件决定，一般为30左右，所对应的饱和压力约为45KPa，该压力大大低于大气压力，从而在凝汽器中形成高度真空高度真空。 以水为冷却介质的凝汽设备，一般由凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵以及它们之间的连接管道和附件组成。汽轮机的排汽排入凝汽器，其热量被循环水泵不断打入凝汽器的冷却水带走，凝结为水汇集在凝汽器的底部热井，然后由凝结水泵抽出送往锅炉作为给水。凝汽器的压力很低，外界空气易漏入。为防止不凝结的空气在凝汽器中不断积累而升高凝汽器内的压力，采用抽气器不断将空气抽出。 二、凝汽器的结构类型二、凝汽器的结构类型

3、（一）表面式凝汽器的结构及工作过程（一）表面式凝汽器的结构及工作过程凝汽设备的其他作用：是凝结水和补给水去除氧器之前的先期除氧设备；接受机组启停和正常运行中的疏水和甩负荷过程中旁路排汽，以收回热量和减少循环工质损失。 1 蒸汽入口 2冷却水管 3-管板 4 -进水管 5-回流水室 6 出水管 7热井 8-空气冷却区9隔板 10主凝结区 11空气抽气口表面式凝汽器的结构：表面式凝汽器的结构：冷却水管2装在管板3上，冷却水从进水管4进入凝汽器，先进入下部冷却水管内，通过回流水室5流入上部冷却水管内，再由冷却水出水管6排出。蒸汽进入凝汽器后，在冷却水管外汽侧空间冷凝。凝结水汇集在下部热井7中，由凝结

4、水泵抽走。这样，凝汽器的内部空间被分为两部分，一部分是蒸汽空间，称为汽侧；另一部分为冷却水空间，称为水侧。 凝汽器的传热面：凝汽器的传热面：分为主凝结区10和空气冷却区8两部分，这两部分之间用隔板9隔开。蒸汽进入凝汽器后，先在主凝结区大量凝结，到达空气冷却区入口处时，蒸汽流量已大为减少。剩下的蒸汽和空气混合物进入空冷区，蒸汽继续凝结。到空气抽出口处，蒸汽的分压力明显减小，所对应的饱和温度降低，空气和很少量的蒸汽得到冷却。空气被冷却后，容积流量减少，抽气器负荷减轻，抽气效果好。 （二）表面式凝汽器的分类v 根据冷却介质不同，表面式凝汽器又分为空气冷却式和水冷却式空气冷却式和水冷却式两种。v根据冷

5、却水流程不同，凝汽器可分为单流单流程、双流程、多流程凝汽器程、双流程、多流程凝汽器。 v 根据空气抽出口位置不同，即凝汽器中汽流流动形式不同，现代凝汽器分为汽流向汽流向心式和汽流向侧式心式和汽流向侧式两大类 （a）汽流向心式 （b）汽流向侧式 （c）多区域汽流向心式 双流程凝汽器双流程凝汽器：同一股冷却水在凝汽器冷却水管中经过一次往返后才排出的。若冷却水只经过单程就排出，称为单流程凝汽器单流程凝汽器。流程数越多，水阻越大。大型机组的凝汽器多采用单流程凝汽器，中、小型机组多采用双流程。 汽流向侧式凝汽器汽流向侧式凝汽器的抽气口布置在凝汽器两侧，使得排汽由排汽口到抽气口的流程较短，汽阻较小，能保证

6、有较高的真空；另外，在管束的中部设有蒸汽通道，可使部分蒸汽畅通无阻地到达热井加热凝结水，使凝结水温度接近排汽温度。汽流向心式凝汽器汽流向心式凝汽器，其抽气口布置在管束的中心位置，蒸汽由管束四周向中心流动，汽阻小，而且蒸汽可以从两侧流向热井以加热凝结水，但由于下部管束不易与蒸汽接触，使各部分管子的热负荷不均匀。随着单机功率增大，凝汽器尺寸和冷却水管数量剧增。多区域向心式凝汽器多区域向心式凝汽器加大管束四周中的进汽边界，缩短蒸汽流程以减小汽阻。三、机组运行时对凝汽设备的要求三、机组运行时对凝汽设备的要求 1 1传热性能要好传热性能要好 传热端差：凝汽器中蒸汽的饱和温度和冷却水离开凝汽传热端差：凝汽

7、器中蒸汽的饱和温度和冷却水离开凝汽器的出口温度之差。器的出口温度之差。 由于汽轮机排汽的工作状态处于湿蒸汽区，因此，凝汽器内蒸汽的饱和压力和饱和温度是对应的。为了维持凝汽器的较高真空，必须使凝汽器内蒸汽的饱和温度尽量接近冷源温度。但由于实际运行中冷却面积和冷却水量是有限的，所以当蒸汽凝结放出的热量通过冷却水管传给冷却水时，必然存在一定的传热温差，使得冷却水的出口温度低于蒸汽的饱和温度。 减少传热端差的措施：选择有较高传热系数的冷却水管；减少传热端差的措施：选择有较高传热系数的冷却水管；及时抽走积聚在冷却水管表面的空气；定期清洗凝汽器冷及时抽走积聚在冷却水管表面的空气；定期清洗凝汽器冷却水管，防

8、止冷却水管结垢。却水管，防止冷却水管结垢。 2减小过冷度减小过冷度 凝结水的温度比凝汽器喉部压力下的饱和温度低的数值称凝结水的温度比凝汽器喉部压力下的饱和温度低的数值称为过冷度为过冷度 过冷度越大，说明被冷却水额外带走的热量越多。该损失要靠锅炉多燃烧燃料来弥补。而且过冷度越大，凝结水中的含氧量也越多，对设备和管道的腐蚀越大。因此应尽量减少过冷度。 为保证凝结水温度接近排汽温度，消除凝结水过冷现象，现代凝汽器都设有专门的蒸汽通道，使部分蒸汽直接到达热井加热凝结水，这种结构称为回热式凝汽器回热式凝汽器。 3减小汽阻和水阻减小汽阻和水阻 汽阻：凝汽器入口处压力与抽汽口处压力的差值。汽阻：凝汽器入口处

9、压力与抽汽口处压力的差值。汽阻越大，则凝汽器入口压力越高，经济性越低。 水阻：冷却水在流经凝汽器时所受的阻力。水阻：冷却水在流经凝汽器时所受的阻力。由冷却水管内的沿程阻力、冷却水由水室进出冷却水管的局部阻力与水室中的流动阻力等部分组成。水阻越大，循环水泵耗功越大，故水阻应越小越好。第二节第二节 凝汽器的压力与传热凝汽器的压力与传热一、凝汽器压力的确定一、凝汽器压力的确定ttttws1在凝汽器中，蒸汽压力和其饱和温度ts是相对应的，只要算出了就可以确定它所对应的饱和蒸汽压力ps。由于凝汽器的总压力与蒸汽的分压力相差甚微，则蒸汽的压力ps即为凝汽器的压力pc。 凝汽器内蒸汽和冷却水温度沿流程的变化

10、规律如图。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冷却水的温度升高过程 tw1冷却水的进口温度；t冷却水在凝汽器中的温升； t凝汽器的传热端差。 （一）冷却水的进口温度1wttCDttDhhDpwwwwccc)()(12mChhDDChhtpccCWpccmmt520187. 42180t（二）冷却水温升进口温度大小取决于当地的气候和供水方式，在其它条件不变时，冬季进口温度低，则ts也低，凝汽器压力低，真空高；夏季进口温度高，也ts高，真空低。循环供水时，决定于冷水塔或喷水池的冷却效果。 Dc、Dw进入凝汽器的蒸汽量与冷却水量；hc，hc蒸汽和凝结水的焓；tw1、tw

11、2冷却水流入和流出凝汽器的焓；v（三）传热端差tmctKAQ/)(1tttnttm1)exp(wpcDCkAtt 由凝汽器的传热方程式,蒸汽凝结时传给冷却水的热量Q由于空冷区传热面积较小，假设蒸汽凝结温度沿整个传热面积不变，这时蒸汽和冷却水之间的对数平均传热温差为： 设计时，蒸汽传给冷却水的热量Q一定，Dw主要由m决定，K值由经验公式确定，若减少t，就必须增大Ac，从而使造价提高，因此，Ac要根据技术经济比较确定，同时t不宜太小，一般取t=310，多流程凝汽器取偏小值，单流程取偏大值。冷却水量Dw 凝汽器运行时，由于Dw减小时, t又会增加，故很难确定Dw与t之间的对应关系。 冷却水温升t 根

12、据凝汽器变工况运行分析， Dw不变时，随着蒸汽负荷的增加，t与t均增加，凝汽器真空下降。反之则真空上升。 总体传热系数K 在凝汽器的运行中，K是影响t的主要因素。K增大，传热加强，t减小，真空升高。将冷却水管的圆筒形管壁传热近似看成平板传热。1)exp(wpcDCkAtt冷却水管外表总面积AcwsawcsaRRRRK11111（1）汽气混合物对冷却水管外壁的热阻）汽气混合物对冷却水管外壁的热阻Rsa 汽侧热阻由管壁外的凝结水膜热阻与蒸汽向水膜外侧的放热热阻两部分组成。由于水膜内外存在温差，并且蒸汽的凝结量不同，温差也不同，使得水膜热阻是变化的；另外，空气的相对含量沿混合气体流动方向上的变化大，

13、使得蒸汽向水膜外侧的放热热阻变化也大。因此，汽侧放热热阻是变化的。随着空气量的增加，汽侧热阻增加，使总体传热系数减小，真空下降. （2）管壁本身的热阻）管壁本身的热阻Rc。一般冷却水管管壁很薄，管壁本身热阻很小。但当表面结垢时，会使管壁的热阻急剧增加，使得总体传热系数减少。（3）冷却水对冷却水管内壁的热阻）冷却水对冷却水管内壁的热阻Rw 热阻与冷却水流速热阻与冷却水流速.流速增加则换热加强，内壁热阻减小，总体传热系数增加。但流速增加，凝汽器的水阻增加，使得循环水泵的功耗增加，因此，运行时必须综合考虑. 一般设计凝汽器用的总体传热系数K均按实验求得的经验公式确定. 二、凝汽器的极限真空和最佳真空

14、二、凝汽器的极限真空和最佳真空v 提高真空后所增加提高真空后所增加的汽轮机功率与为提的汽轮机功率与为提高真空使循环水泵多高真空使循环水泵多消耗的厂用电之差达消耗的厂用电之差达到最大时的真空值称到最大时的真空值称为最佳真空为最佳真空 v 凝汽器的极限真空凝汽器的极限真空就是指使汽轮机做功就是指使汽轮机做功达到最大值的排汽压达到最大值的排汽压力所对应的真空。力所对应的真空。汽轮机功率增加及水泵耗功增量与冷却水增量的关系曲线 运行中，机组要尽量保持在凝汽器的最佳真空下工作。实际上，运行的循环水 对于一台结构已定的汽轮机，蒸汽在末级存在极限膨胀压力。若排汽压力低于该值，则蒸汽的部分膨胀只能发生在动叶之

15、后，产生膨胀不足损失，汽轮机功率不再增加，反而还因凝结水温降低、最末级回热抽汽量增加而使机组功率减小。凝汽器的极限真空极限真空就是指使汽轮机做功达到最大值的排汽压力所对应的真空。 三、凝汽器内空气的影响三、凝汽器内空气的影响v 1空气使凝汽器真空下降空气使凝汽器真空下降v 2空气使凝结水过冷度增加空气使凝结水过冷度增加v 引起运行中凝结水过冷的正常原因有：引起运行中凝结水过冷的正常原因有：v （1）管子外表面蒸汽分压力低于管束之间混合汽流的压）管子外表面蒸汽分压力低于管束之间混合汽流的压力。力。v （2）管子外表面的水膜受冷却使得水膜平均温度低于水）管子外表面的水膜受冷却使得水膜平均温度低于水

16、膜外表面的蒸汽凝结温度膜外表面的蒸汽凝结温度v 仅这两项使凝结水的固有过冷度达仅这两项使凝结水的固有过冷度达2.8左右。左右。v （3）汽阻使管束内层压力降低，也使凝结水温度降低。）汽阻使管束内层压力降低，也使凝结水温度降低。v除此之外，引起凝结水过冷的不正常原因有：除此之外，引起凝结水过冷的不正常原因有：v （1）冷却水管排列不合理，使汽阻增大。）冷却水管排列不合理，使汽阻增大。v （2）系统严密性不好或抽气器工作不正常，使空气分压）系统严密性不好或抽气器工作不正常，使空气分压力增大。力增大。v （3）凝结水水位过高，淹没部分管束，使凝结水进一步）凝结水水位过高，淹没部分管束，使凝结水进一步

17、冷却。这些非正常原因，在设计和运行时应注意避免。冷却。这些非正常原因，在设计和运行时应注意避免。v3空气使机组运行的经济性下降空气使机组运行的经济性下降v4空气使凝结水含氧量增加空气使凝结水含氧量增加v四、真空除氧四、真空除氧1淋水盘；2长水槽；3溅水角铁 v五、凝汽器的真空严密性五、凝汽器的真空严密性v（一）凝汽器严密性对机组运行的影响（一）凝汽器严密性对机组运行的影响v（二）真空系统严密性的检查（二）真空系统严密性的检查v试验方法是：先记录下试验前的真空值，使机组保持试验方法是：先记录下试验前的真空值，使机组保持80%额额定负荷，当关闭抽气门后的定负荷，当关闭抽气门后的35min内，真空下

18、降速度内，真空下降速度267400Pa/min为合格，但总的真空下降不得超过规定值。为合格，但总的真空下降不得超过规定值。v 查找凝汽器漏气地点的主要方法有：查找凝汽器漏气地点的主要方法有：v（1）在运行中检查真空系统严密性的仪器是氦气检漏仪）在运行中检查真空系统严密性的仪器是氦气检漏仪 。v（2）通过测量凝结水的含氧量，也可确定泄漏点是在热井）通过测量凝结水的含氧量，也可确定泄漏点是在热井水面以上的汽空间还是在热井水面以下的水空间，这是一种水面以上的汽空间还是在热井水面以下的水空间，这是一种辅助方法。辅助方法。 v（3）在停机时，对真空系统的整体或部分进行充水以至于）在停机时，对真空系统的整

19、体或部分进行充水以至于作水压试验，则是全面检查的好办法。作水压试验，则是全面检查的好办法。v第一节第一节 凝汽设备的作用及工作过程凝汽设备的作用及工作过程v第二节第二节 凝汽器的压力与传热凝汽器的压力与传热v 一、凝汽器压力的确定一、凝汽器压力的确定v 二、凝汽器的极限真空和最佳真空二、凝汽器的极限真空和最佳真空v 提高真空后所增加的汽轮机功率与为提高真空使循环水泵多消耗的厂用电之差达到最大时的真空值称为最佳真空 v 凝汽器的极限真空就是指使汽轮机做功达到最大值的排汽压力所对应的真空。三、凝汽器内空气的影响三、凝汽器内空气的影响v 1空气使凝汽器真空下降v 2空气使凝结水过冷度增加v 引起运行

20、中凝结水过冷的正常原因有：v （1）管子外表面蒸汽分压力低于管束之间混合汽流的压力。v （2）管子外表面的水膜受冷却使得水膜平均温度低于水膜外表面的蒸汽凝结温度，仅这两项使凝结水的固有过冷度达2.8左右。v （3）汽阻使管束内层压力降低，也使凝结水温度降低。v除此之外，引起凝结水过冷的不正常原因有：v （1）冷却水管排列不合理，使汽阻增大。v （2）系统严密性不好或抽气器工作不正常，使空气分压力增大。v （3）凝结水水位过高，淹没部分管束，使凝结水进一步冷却。这些非正常原因，在设计和运行时应注意避免。v3空气使机组运行的经济性下降空气使机组运行的经济性下降v4空气使凝结水含氧量增加空气使凝结水

21、含氧量增加v四、真空除氧四、真空除氧1淋水盘；2长水槽；3溅水角铁 v五、凝汽器的真空严密性五、凝汽器的真空严密性v（一）凝汽器严密性对机组运行的影响v（二）真空系统严密性的检查v试验方法是：先记录下试验前的真空值，使机组保持80%额定负荷，当关闭抽气门后的35min内，真空下降速度267400Pa/min为合格，但总的真空下降不得超过规定值。v 查找凝汽器漏气地点的主要方法有：v（1）在运行中检查真空系统严密性的仪器是氦气检漏仪 。v（2）通过测量凝结水的含氧量，也可确定泄漏点是在热井水面以上的汽空间还是在热井水面以下的水空间，这是一种辅助方法。 v（3）在停机时，对真空系统的整体或部分进行充水以至于作水压试验，则是全面检查的好办法。第三节第三节 抽气设备抽气设备v抽气设备按工作原理可分为射流式和容积式两大类。v一、射流式抽气器v根据工作介质不同，射流式抽气器可分为射