第13讲第五章火力发电厂的冷端系统

1、07 七月 20221第五章火力发电厂的冷端系统-1教 师：陈海平邮 箱： 办公室：F831第一节 冷端系统的组成及其作用07 七月 20222常识：提高汽轮机装置热经济性的主要途径提高汽轮机的相对内效率：减小汽轮机的各项级内损失、改善通流部分设计提高汽轮机的绝对内效率(循环热效率)：提高工质吸热平均温度、降低工质放热平均温度降低工质放热平均温度：与冷端系统有关07 七月 20223 一、冷端系统的组成组成：汽轮机的低压部分凝汽设备(水冷式凝汽器或空冷式凝汽器)凝结水系统抽气系统冷却水供应系统或空冷风机群等类型湿式冷却系统(湿冷系统)：占70%左右干式空气冷却系统(空冷系统)：用于缺水地区 二

2、、冷端系统的作用建立并维持一定的真空：首要任务思考1：如何建立真空？思考2：如何维持真空？凝结作用：带走排汽的汽化潜热除氧作用：火电实现初步除氧蓄水作用：汇集和储存凝结水、各种疏水、补充水等确保凝结水泵必要的吸水压头07 七月 20224 三、凝汽设备的主要考核指标真空或真空度凝汽器真空：指汽轮机低压缸排汽端的真空值水冷式凝汽器：指距离汽轮机排汽口不超过610mm处(一般取300mm)测得的大气压力与该处蒸汽静压力值(即汽轮机的排汽压力)之差直接空冷凝汽器：指汽轮机出口平面或在距离出口平面300mm范围内，且与汽流方向垂直的平面内测得的大气压力与该处蒸汽静压力值之差凝汽器真空度：指汽机低压缸排

3、汽端真空占当地大气压的百分数07 七月 20225 三、凝汽设备的主要考核指标凝结水过冷度：指汽轮机排汽压力对应的饱和温度与凝汽器热井中凝结水温度之差凝结水含氧量：取样点应在热井出口处凝汽器水阻：流动阻力进出传热管束阻力进出水室阻力空冷区排出的气-汽混合物的过冷度：气-汽混合物温度与凝汽器进口平均压力所对应饱和温度的差值07 七月 20226第二节 火力发电厂的湿式冷却系统07 七月 20227 一、湿式冷却系统的组成及其工作原理组成：汽轮机低压缸排汽装置表面式凝汽器冷却塔循环水泵凝结水泵抽气设备连接管道等07 七月 2022807 七月 20229工作原理：排汽离开汽轮机1进入表面式凝汽器2

4、由循环水泵4提供的循环水冷却工质凝结凝汽器内形成高度真空抽气设备6将漏入凝汽器内的空气不断抽出维持真空凝结水泵5将凝汽器产生的凝结水送入机组的凝结水系统 二、火力发电厂的供水系统07 七月 202210火力发电厂用水设备及系统凝汽器的冷却水：最大，约占全厂供水量的95%左右冷却塔补充水工业冷却水：主要包括冷油器、发电机空冷器、转动机械轴承等冷却水锅炉（一般从凝汽器补入）补水除尘和通风用水生活和消防用水用水原则一水多用综合利用提高重复用水率，以降低全厂耗水量减少废水排放量，而且排水应符合排放标准废水予以适当处理后再重复利用07 七月 202211常识：火电厂供水量主要取决于凝汽器的冷却水量，在冷

5、却水最高计算温度下，冷却水量Dw应保证汽轮机排汽压力不超过满负荷运行的最高允许值 (一)供水量的计算07 七月 202212冷却倍率：单位时间内冷却1kg或1m3的蒸汽所需要的冷却水量汽轮机的排汽量冷却倍率冷却倍率m的一般数值(表5-1) 冷却水量Dw的计算发电厂所在地区、季节及供水方式有关火力发电厂其它用水量的相对值(表5-2) 07 七月 202213常识：其它用水量有两种算法按实际情况计算按相对于冷却水量的多少进行估算，即以冷却汽轮机排汽的水量为100%计3.火力发电厂设计耗水指标GB50660-2011大中型火力发电厂设计规范规定为夏季纯凝工况、频率为10%的日平均气象条件、机组满负荷

6、运行时单位装机容量的耗水量包括厂内生产、生活和未预见用水量不应包括厂外输水管道损失水量、供热机组外网损失、原水预处理系统和再生水深度处理系统的自用水量07 七月 202214 (二)水源及对供水系统的要求1.水源：要可靠，主要有三种江/河/湖泊水海水地下水2.对供水系统的要求保证不间断地供给足够的水量进入凝汽器的冷却水最高温度一般不应超过制造厂规定值最大程度清除冷却水中的杂质，以避免堵塞冷却设备为减少供水系统投资、运行和维护费用，厂区尽可能靠近水源07 七月 202215 (三)供水系统的选择组成：发电厂的供水系统由水源、取水设备、供水设备以及连接管道、阀门和附件组成类型：直流、循环和混合三种

7、直流供水系统：指取水设备从水源取出水，经凝汽器等冷却设备吸热后，又直接通过管道或沟渠排至水源，也称为开式供水系统岸边水泵房直流供水系统中继水泵房直流供水系统：两个水泵房厂区水泵房直流供水系统常识：其水源是江、河、湖泊等自然水源07 七月 2022162.循环供水系统概念：指冷却水经凝汽器或其它设备吸热后进入冷却设备(冷却塔、冷却池或喷水池)，将热量传给空气而本身温度降低后，再由循环水泵送回凝汽器重复使用的系统07 七月 202217类型自然通风冷却塔：应用广泛烟塔合一冷却塔：新技术机械通风冷却塔：较少采用知识点存在蒸发、风吹、排污及渗漏损失补水量约为冷却水量的4-6% (1) 自然通风冷却塔组

8、成及作用：通风筒：双曲线型，作用是创造良好的空气动力条件，减少通风阻力，并将湿热空气排至大气，减少湿热空气回流人字形支柱：承担通风筒的动静载荷，冷空气由此进入塔筒配水系统：将温度较高的循环冷却水均匀分布于整个淋水填料面积上淋水填料：将循环冷却水溅散成细小的水滴或形成薄的水膜，增加水和空气的热交换程度。是水进行冷却的主要区域，60%70%的温降发生在此区域除水器：将冷却塔排空气流中携带的水滴与空气分离、回收集水池：储存水，循环使用特点运行费用低、故障少、易于维护产生的飘滴和雾气团对周围环境的影响较小：为什么？07 七月 202218水向空气散热的形式：接触散热：推动力是温度差，热交换量较大蒸发散

9、热：推动力是分压差或含湿差，通过物质交换完成，即水分子不断扩散到空气中，占冷却塔内总热交换量的绝大部分辐射散热：辐射带走的热量很小，可以忽略不计07 七月 202219影响循环水出塔水温的主要因素：气象条件(干球温度、相对湿度等)：空气相对湿度低，吸湿能力强，蒸发散热量大，冷却性能好填料性能：填料性能好，形成的水表面积大，气-水接触面积大，冷却性能好。应选择温降大、气流阻力小、价格便宜的填料环境风：试验表明，低风速区，影响很小；中风速区，有较大的不利影响；高风速区，从不利影响变为有利影响。理论尚待解决(2) 烟塔合一冷却塔外置式：脱硫装置安装在冷却塔外，脱硫后的净烟气直接引入冷却塔内喷淋层的上

10、部，如图5-4所示内置式：脱硫装置布置在冷却塔里，脱硫后的烟气直接从冷却塔顶部排放，如图5-5所示07 七月 202220 三、水冷式凝汽器07 七月 202221 1.水冷凝汽器的分类按汽流方向划分汽流向下式：过冷度达1015，热经济性很差，很少采用汽流向上式：过冷度很小，汽流阻力很大，很少采用汽流向心式：汽阻较小，除氧良好；管子热负荷不均，体积大汽流向侧式：过冷度很小，汽阻也不大，广泛应用07 七月 202222按冷却水的流程划分单流程：冷却水在凝汽器传热管束内只流过一个单程就排出凝汽器，不再返回双流程：指冷却水在传热管束内经过一个往返再排出凝汽器多流程：07 七月 202223按有无垂直

11、隔板划分单一制：水室中无垂直隔板对分制：水室中有垂直隔板主要优点：凝汽器内脏污时，汽轮机不需要停机机组降低负荷后，可以一半清洗，另一半继续运行07 七月 2022242.凝汽器压力pc的确定回顾：道尔顿定律：pc=ps+pa凝汽器主凝结区：pcpsps决定于汽、水共存的热平衡温度凝汽器空气冷却区：ps显著低于pc，饱和温度明显下降07 七月 202225结论：在凝汽器主凝结区，由于不凝结气体总量相对蒸汽量很小，因此，可以认为总压与蒸汽压力相等。凝汽器实际能达到的排汽温度：07 七月 202226冷却水温升：t=tw2-tw1凝汽器端差：t=ts-tw2凝汽器压力pc的近似计算式：Pa影响凝汽器

12、内压力的三个因素冷却水进口温度tw1：与环境条件紧密相关，其次受冷却设备特性影响冷却水温升t：传热端差t：07 七月 2022273.凝汽器的最佳真空凝汽器真空的测量方法:07 七月 202228pc=133.3(B-H)Pa最佳真空：使汽轮机功率因真空提高所获得的增量与因冷却水量增加而引起的循环水泵耗功率增量之差(P=Pt-Pp)为最大时的凝汽器真空，b点极限真空：c点对应的真空，达膨胀极限，余速损失增加最佳冷却水量：a点对应的冷却水量Dw,eco 4.凝汽器的热力特性几个概念凝汽器热力特性：凝汽器压力pc随tw1、Dw、Dc变化而变化的规律，也称为凝汽器的变工况特性凝汽器热力特性曲线：pc

13、与tw1、Dw、Dc之间的关系曲线凝汽器变工况：凝汽器偏离设计工况的运行工况07 七月 2022292022/7/730凝汽器的设计压力pc 技术经济比较： pc，则i pc，凝汽器尺寸增加，影响汽轮机排汽口数量和尺寸，汽轮机低压缸部分复杂化最佳排汽压力蒸汽负荷率循环倍率排汽压力由4.9kPa降到2.94kPa时，蒸汽比体积增加60凝汽器主要热力特性参数与燃料价格的关系 四、抽真空系统抽真空系统的作用：建立和维持汽轮机组的低背压和凝汽器的真空机组启动时，将一些汽水管道系统和设备中积聚的空气抽掉，以便加快启动速度机组正常运行时，将漏入凝汽器内的空气和其它不凝结气体连续不断地抽出，维持凝汽器真空和

14、良好的传热汽轮机低压部分的轴封和低压加热器也是依靠抽气系统的正常工作才能建立相应的真空07 七月 2022312.抽真空系统的类型抽真空设备：射汽抽气器射水抽气器真空泵类型射汽抽气器抽真空系统射水抽气器抽真空系统真空泵抽真空系统07 七月 202232大型火电机组普遍采用(1) 射汽抽气器抽真空系统工作过程：工作蒸汽在喷嘴中的膨胀加速过程工作蒸汽与汽气混合物在混合室中的混合过程汽气混合物在扩压管中的降速扩压过程07 七月 202233系统流程：凝汽器内汽气混合物第一级抽气器中间冷却器大部分蒸汽被凝结第二级抽气器冷却器蒸汽冷凝排入大气(2) 射水抽气器抽真空系统系统流程：射水泵2工作水升压射水抽

15、气器1工作室内产生高度真空将凝汽器5中的汽气混合物抽吸工作室与工作水混合扩压排回到射水箱3 空气及不凝结气体排入大气07 七月 202234工作原理：工作水进入水室1喷嘴2高速水流周围形成高度真空汽气混合物被吸入吸水室3与工作水相混合部分蒸汽在工作水表面凝结进入喷嘴管4及喉部5进一步混合排水管排出(3)真空泵抽真空系统工作流程：凝汽器内的汽气混合物由气体吸入口1吸入气动蝶阀2沿泵抽气管3水环式真空泵5水和气体的混合物泵的出口管9气水分离器8分离后的气体气体排出口10 排入大气分离出的水与来自水位调节器11的补充水12进入冷却器13冷却后的水分为两路：一路泵体作为补充水，使水环保持稳定而不超温另

16、一路经节流孔板4真空泵抽气管，使即将进入真空泵的气体中所携带的蒸汽冷却凝结下来，以提高真空泵的抽吸能力冷却器的冷却水：取自闭式或开式冷却水系统分离器高水位溢水、真空泵和冷却器停用时的放水排入地沟07 七月 202235水环式真空泵特点：叶轮被偏心地安装在泵体中工作之前，需要向泵内注入一定量的水作为工作介质叶轮在电机驱动下转动时，泵体内的水会在离心力的作用下形成一个近似于泵腔形状的等厚度的封闭水环07 七月 202236组成：包括叶轮(叶片和轮毂构成)、泵体、吸排气盘、水在泵体内壁形成的水环、吸气口、排气口以及辅助排气阀等1000MW机组的抽真空系统示例水环真空泵工作原理：叶轮沿箭头方向旋转：水

17、在离心力作用下形成近似于泵体同心的旋转水环，其内表面与叶轮轮毂之间形成月牙形空间，并且由水环内表面、叶片与叶轮两端的侧板(吸排气盘)构成若干个小的封闭空间07 七月 202237后半转(由C点转到A点)：相应的容腔由大变小，压力升高，使原先吸入的气体受到压缩，当压力达到或略大于大气压力时，通过分配器将气体排出泵的连续运转过程：不断地进行着吸气、膨胀和压缩、排气过程，从而达到连续抽气的目的前半转(由A点转到B点)：在水活塞的作用下，两相邻叶片之间所包围的容腔逐渐增大，压力逐渐降低，通过分配器吸入气体 五、胶球自动清洗系统组成：包括胶球泵、加球室、二次滤网、反冲洗蝶阀、注球管、胶球(密度与水相近，内径比管束大12mm)、收球网、阀门及相应的管道工作原理：胶球送入凝汽器水室：水流压力略高于循环水压力去污：胶球行进过程中与管壁接触，抹去管壁上的污垢收球：胶球流出管口时依靠自