发电厂凝汽器及真空泵讲课

1、凝汽器及水环真空泵1汽轮机凝汽设备 一、凝汽设备的工作原理 1、工作原理 根据汽轮发电机组的热效率计算公式进行分析 其 中 ， - 汽轮机 理 想 焓 降 ； - 蒸 汽 初 焓 ； ( - ) - 为 每 kg 蒸 汽 在 锅 炉 中 的 吸 热 量 。 排汽焓； 给水焓。2汽轮机凝汽设备 分析上式：要提高效率，则提高理想焓降，即提高新蒸汽的初焓，降低排汽焓。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2 kpa，循环热效率就可以提高约3.5 %。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。 而降低排汽压力的最有效的办法是：使排汽在密封容器中、在温度较低的条件

2、下受到冷却而凝结成水，体积突然缩小（如在0.0049Mpa下，蒸汽比水的容积大28000倍）而形成真空。同时再用抽气器或者真空泵将漏入空气不断地抽出，保持真空。在凝结中生成的凝结水，经汇集以后，又重新送入锅炉作为给水，反复循环使用。这就是凝汽设备的工作原理。3汽轮机凝汽设备2、主要任务：(1）建立并维持高度真空，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。(2）将蒸汽凝结成水，并将凝结水回收到锅炉作为给水。3、排汽压力的最佳值： 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：(1）当降低排汽压力，则比容v 增加，汽轮机排汽部分的尺寸增大，成本上升

3、。而且制造困难，材料也受到限制。(2）当降低排汽压力，则比容v 增加，凝汽器的冷却面积增大，冷却水量增大，厂用电增大。4汽轮机凝汽设备凝汽系统的主要设备凝汽器：使排汽在凝汽器中不断地凝结成水，建立高度真空；将凝结时放出的热量排出、将生成的凝结水汇集送走； 循环水泵：为凝汽器提供冷却水；凝结水泵：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，并送往给给水回热加热系统；抽气器：抽出漏入凝汽器内的空气，以维持高度真空。5凝汽器结构简介1、概述 我公司一期凝汽器由上海动力设备厂生产，凝汽器的型式为双背压、双壳体、单流程、表面式、 横向布置，它由低压侧的凝汽器A与高压侧的凝汽器B组成。本凝汽器按

4、汽轮机VWO工况进行设计，当冷却水温为18时，凝汽器的平均背压为：4.5 kPa(a)。正常运行工况时凝汽器出口凝结水的含氧量不超过15g/l。2、结构特点本凝汽器主要由接颈、壳体、水室、排汽接管和汽轮机旁路的第三级减温减压装置组成，每个凝汽器底部有五个大支墩。循环冷却水由前水室进口进入凝汽器，和蒸汽进行热交换后，由前水室出口流出。2.1接颈（喉部）接颈由碳钢板焊接而成，内部采用钢管支撑。以保证其强度和刚度。接颈内布置有汽轮机NO.5NO.8抽汽管，为安装NO.7、NO.8组合式低加，在接颈侧板上开设有孔洞，内部设有支承板。其中NO.5、NO.6抽汽管分别通过接颈，穿壁引出，接颈内的所有抽汽管

5、道均设有不锈钢多波形膨胀节，以吸收管道热胀。汽轮机旁路的第三级减温减压装置和给水泵汽轮机的排汽接管布置在侧面。为防止因汽机旁路进汽和汽轮机低压缸超温，在凝汽器接颈内设置有水幕喷淋保护装置，由喷水形成水幕以保护低压缸。接颈外侧下部还设有人孔装置，以便检修人员出入。6凝汽器结构简介2.2 壳体（包括热井）壳体是凝汽器的主要部件，采用焊接结构，具有良好的密封性能，壳体内布置管束，管束与管束之间设计有合理的中央汽道和旁侧汽道，以使汽轮机的排汽经接颈流至管束上方后，能以合理流速通过汽道，保证凝汽器具有良好的性能。管束中部设置有挡汽板隔出的空气冷却区，以使汽气混合物及非凝结气体通过该区再次冷却，并通过抽空

6、气管由空冷区顶部引出，从接颈穿壁而出。每个壳体内设有四组冷却管束，在前、后管板间设有多块隔板以支托冷却管束，并使管子与隔板紧密接触，以改善管子的振动 ，避开共振。在前、后管板内侧下方，设有检漏用收集装置，并有管子将凝结水引出壳体外，以测量其含盐量，便于分区确定管子破裂区域。壳体的两端用焊接方式将管板固定在壳体上，并用较薄的钢板作为挠性过渡，以补偿冷却管和壳体间的热膨胀差。热井布置在管束的下方，低压侧凝汽器A的热井用隔板一隔为二，并保证各自的密封，凝汽器A所形成的凝结水引入高压侧凝汽器B的二个水平放置的淋水盘，再经淋水盘上的小孔流入凝汽器B热井。被凝汽器B中的蒸汽加热至相应的饱和温度，并由布置在

7、凝汽器A热井中的出水管引出，出水管处设有滤网，以过滤杂质、消除涡流，保证凝结水泵正常运行。7凝汽器结构简介2.3 水室水室由圆弧曲面碳钢板焊接而成，其外壁用筋板加强，使水室整体刚性好、重量轻。圆弧型线的水室保证了冷却水流动的良好性能，并消除了死角，使清洗冷却管用的胶球不会在水室内积聚。水室顶部设有放气口，水室底部设有放水口，每个水室上还设有安装及检修用的起吊钩。水室内侧壁上装设有检修用的相当数量的U形拉手，每个水室外侧还装设有二个人孔，以便检修人员进出。循环冷却水进口接管内装设有固定栅格，以保证检修人员安全。2.4 排汽接管排汽接管上设有膨胀节，以吸收汽轮机低压排汽缸和凝汽器在低压排汽缸垂直中

8、心线及横向中心线方向的热胀差。2.5 其它本凝汽器接受来自给水加热器逐级回流的疏水、给水补充水及杂项疏水等。给水补充水经过设在接颈内喷水管从众多的小孔喷入凝汽器内。8凝汽器技术参数3、主要技术数据凝汽器型号 N-34000-5型式双背压、双壳体、单流程、表面式、横向布置冷却面积 总冷却面积34000m2 凝汽器A冷却面积17000m2 凝汽器B冷却面积17000m2冷却水质 岱海湖水设计冷却水进口温度 18设计冷却水量21.3m3/s冷却水管内设计流速 2.3m/s凝汽器水阻 67KPa凝汽器设计压力（真空） 凝汽器A 3.989KPa(a) 凝汽器B 5.067KPa(a)水侧设计压力 0.

9、4MPa(g)汽侧设计压力 全真空至0.098MPa(g)凝汽器钛管总数 97294=38914迎汽区钛管数 2324=928空冷区钛管数 4494 =17969凝汽器设计原则一、从提高经济性角度看 1、传热性能要好 由于凝汽式汽轮机的排汽处于饱和状态，因此，凝汽器内蒸汽的饱和压力和饱和温度是相对应的。为了使凝汽器内获得较高的真空，就要使凝汽器内蒸汽的饱和温度尽量接近冷源的温度。如果冷却水量和冷却面积均为无穷大，蒸汽和冷却水之间的温差可趋近于零。但是由于实际上冷却水量和冷却面积都是在限的，所以当蒸汽凝结放出的汽化潜热通过管壁传给冷却水时，必然存在传热温差；冷却水在吸热后虽然温度要升高，但总是低

10、于蒸汽的饱和温度。凝汽器中蒸汽的饱和温度和冷却水离开凝汽器的出口温度这差称为传热端差。当冷却水出口温度一定时，端差越小，汽轮机排汽压力就越低，汽轮机的理想焓降也越大，在认为机内各种损失基本不变的情况下，机组的效率就较高。 为了减小传热端差，要求凝汽器的传热效果要好。为此凝汽器在设计及使用时要采取如下措施： 换热管的传热系数要高，常采用铜管或钛管，管壁也要薄，减小导热热阻。 在运行中要把凝汽器中的空气不断地抽出，以免空气积聚在换热管表面上，降低传热系数。 设置胶球清洗系统对换热管要定期清洗，防止结垢。循环水定期加药，防止水生物在钛内寄生。10凝汽器设计原则2、过冷度要小 过冷度越大，说明被冷却水

11、额外带走的热量越多，这一部分热损失要靠锅炉多燃烧燃料来弥补。 过冷度越大，凝结水中的含氧量越多，从而加速了有些设备和管道的腐蚀速度。因此运行中要监视凝结水的过冷度，并使其尽量小 产生过冷度的原因 在凝汽器汽侧，蒸汽在上部换热管外壁凝结后凝聚的水珠下落时，大部分水珠要落在下面的换热管上，以被冷却水冷却一次。因此，凝结水温度比凝汽器喉部压力下的饱和温度要低，其温差为过冷度 防止过冷度大的措施：换热管的回热式排列 在设计凝汽器换热管的排列时，特地在管束中留出通道，使凝汽器的进汽直接和下部的凝结水表面接触，从而使凝结水温度接近于凝汽器喉部压力下的饱和温度，即减小过冷度。11凝汽器设计原则3、汽阻要小

12、凝汽器中抽气口处的压力最低，蒸汽空气混合物从凝汽器喉部流向抽汽口，在经过管束时有流动阻力。从喉部到抽气口之间的压力降称为汽阻。 当抽气口压力一定时，汽阻越大，汽轮机的背压越高。而且当汽阻增加时，过冷度也随之加大。减小汽阻的措施： 从凝汽器喉部到抽气口，汽流方向设计成向心式，蒸汽从管束四周流向中心的抽气口，行程短，汽阻小，回热效果好，热负荷均匀。 管束形状 管束形状直接影响到凝汽器工作性能的好坏，它是提高传热效果，减小汽阻和过冷度的一个重要因素。 为了均衡凝汽器内所有换热管的热负荷，搞高传热效果，要顺应蒸汽的流向，在管束之间留出一些通道，使蒸汽能直接深入内层管束。 为了减小过冷度，可以管束之间安

13、装凝结水收集板，以使凝结水集中下淋。 12凝汽器设计原则二、从设备安全运行角度 凝汽器密封性要好 1、如果空气漏入凝汽器，会引起 真空降低 传热效果降低 凝结水的含氧量增加，设备的腐蚀速度加快 蒸汽分压降低，其凝结水温度低于凝汽器内 总压力所对应的饱和温度，过冷度增加 为了监视凝汽器设备在运行中的严密性，要定期进行真空严密性试验 2、冷却水漏进凝汽器汽侧后，会使凝结水水质恶化。引起漏水的可能原因有： 在进汽方向的第一排管子及空抽区管子受冲蚀较严重，因此这里多用加厚管 冷却水对入口处管壁有较强的冲蚀作用 换热管受到腐蚀 换热管在管板上的连接严密性遭到破坏。钛管与管板的连接采用胀焊工艺 3、查漏方

14、法： 灌水查漏、烛光法、氦气找漏、泡沫法、凝汽器检漏装置 凝汽器钛管泄漏 13凝汽器设计原则 与海水接触部件应有足够的抗腐蚀性能 应用得最广泛的冷却水管材料是铜合金：如砷锡黄铜HSN70-1 、铝黄铜HAI-2、白铜B10、B30，冷却水为海水的，冷却管都用耐腐蚀性能更好的钛管。 管板采用钛复合板，与海水接触的一侧材质为钛。 水室内壁衬胶，来防止循环水对水室的腐蚀。同时还采用了牺牲阳极的阴极保护法，在水室人孔内侧安装有镁板 要减小凝结水中的含氧量14凝汽器设计原则三、从减小配套设备能耗角度 1、要尽量减轻真空泵的负荷 要尽量减小与空气一起被真空泵抽出的蒸汽量。为此在换热管束间抽空气管开口处用挡

15、板隔开一个空气冷却区，让蒸汽先经过主管束，再进入空气冷却区，使混有部分蒸汽的空气在被抽出前，再经过一次冷却，使蒸汽含量大大降低，这就减轻了真空泵的负荷。 2、冷却水在流经凝汽器时的水阻要小，在相同的冷却水流量下，水阻越小，循环泵耗电量越少。 在水侧设计有水侧真空泵，用以将循环水水室内抽成真空，从而在水侧形成虹吸。 水室设计成圆弧形，以减小循环水流动压损，15凝汽器设计原则四、从运行角度1、凝汽器可以单侧运行，以在不停机的情况下检修其中一台凝汽器。凝汽器钛管管口在进出口水室侧标高要比返回水室侧低45，以便于凝汽器停运后管子的疏水。2、要允许凝汽器膨胀。尽管凝汽器从停运到运行其温度变化幅度并不大，

16、但因它的体积非常庞大，在长、宽、高三个方向上都会有一定的膨胀量。凝汽器的膨胀不应使与之连接的汽缸也随之产生位移。可采用以下两种办法 刚性连接：凝汽器入口与排汽缸焊接在一起，凝汽器底板通过压缩弹簧支承在基础上，垂直方向上的膨胀依靠压缩弹簧来补偿。 弹性连接：凝汽器与排汽缸的接口用橡胶或金属膨胀节耿连接，它们之间的相对膨胀由伸缩节来补偿。 16双背压凝汽器凝汽器的双背压当采用单背压运行方式时，循环水温由tw1升至tw2，凝汽器内凝结水温度为T。当改为双背压凝汽器串联方式运行时，在同样水量，同样出入口水温的情况下，两个凝汽器内凝结水温度分别为T1、T2，由图可见，两个凝汽器凝结水的平均温度（T1+

17、T2）/2小于单背压运行时的凝结水温度，故双背压可以提高凝汽器的平均真空，从而降低了汽轮机组的冷却端损失。17双背压凝汽器凝汽器双背压运行时，高压凝汽器的凝结水温度高于折合压力下的饱和温度，若任其自流至低压侧，混合后凝结水温度要低于凝汽器单压运行时凝结水温度，而出现过冷，降低经济效益。所以将低压凝汽器的凝结水送至高压凝汽器，利用高压凝汽器内温度较高的蒸汽将它加热到高压凝汽器凝结水的温度，这样可以使循环热效率进一步提高。18真空泵部分真空泵作用及工作原理抽真空系统结构TC-11水环真空泵的检修真空泵常见故障的分析解决19真空泵作用1、真空泵作用是建立和维持汽轮机机组的低背压和凝汽器的真空，正常运

18、行时不断地抽出由不同途经漏入汽轮机及凝汽器的不凝结气体。2、水环真空泵是带有多叶片的转子偏心装在泵壳内，当它旋转时，把液体抛向泵壳并形成与泵壳同心的水环，水环同转子叶片形成了容积周期变化的旋转变容真空泵。我公司一期真空泵为TC-11型，二期真空泵为2BE型。均为水环真空泵。 20水环真空泵的工作原理 在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中指示的方向顺时针旋转时，水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环。水环的下部分内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上叶片在水环内有一定的插入深度）。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个

19、月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的下部0为起点，那么叶轮在旋转前180时小腔的容积由小变大，且与锥轮上的吸气口相通，此时气体被吸入，当吸气终了时小腔则与吸气口隔绝；当叶轮继续旋转时，小腔由大变小，使气体被压缩；当小腔与排气口相通时，气体便被排出泵外。当真空较低运行时，位于第二级真空泵排气汇集管里的逆止门打开，第一级的排气直接经逆止门排到分离器。 当高真空运行时，逆止门关闭，第一级的排气进入第二级，再经第二级排气汇集口排入分离器。 212223特点综上所述，水环泵是靠泵腔容积的变化来实现吸气、压缩和排气的，因此它属于变容式真空泵。 水环泵和其它类型的机械真空

20、泵相比有如下优点：结构简单，制造精度要求不高，容易加工。 结构紧凑，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无须减速装置。故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积也小。 压缩气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度变化很小。 由于泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵内进行润滑，而且磨损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。 吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。水环泵也有其缺点： 效率低，一般在30%左右，较好的可达50%。 真空度低，这不仅是因为受到结构上的限制，更重要的是受工作液饱和蒸气压的限制。用水作工作液，极限压强只能达到20004000Pa。24一期真空泵系统图25一期真

21、空泵安装结构图26真空泵入口气动蝶阀原理图27TC-11真空泵外形图28TC-11真空泵外形图29TC-11型真空泵结构图30TC-11型真空泵技术参数名 称单 位数 值干空气抽所量（4.5Kpa.18） Kg/h 65 机组启动抽气时间及背压 min/kPa 25/4.5 泵转速 r/min 590 轴功率 kW 83 极限真空度 kPa.a 3.3 换热器型式 板式换热器(入口设置Y型滤网) 换热器面积 m2 12.8 31TC-11型真空泵的检修拆卸固定轴承末端拆卸浮动轴承端 拆卸叶轮和轴组件 拆卸泵体、浮动轴承端头和锥体组件 从轴上拆卸叶轮 从顶部拆卸锥轮 检验拆散的零部件 锥轮 叶轮

22、 轴 32重装叶轮和轴 安装端部锥轮 将泵体安装到浮动轴承端头和锥轮组件上 安装叶轮和轴组件 将固定轴承段的头部和锥轮安装在泵体上 组装浮动轴承和固定轴承尾端 安装固定轴承 组装浮动轴承 设置尾部窜动和最后组装 33轴承支架及轴承的拆卸34真空泵端盖的拆卸35锥轮的检查36叶轮与泵轴的拆装37真空泵转子的回装38固定端轴承的安装39轴承间隙的测量40真空泵窜量的调整41真空泵的启动1. 检查真空泵系统各阀门处于启动前位置;分离器和真空泵底部排水门关闭，补水（凝结水）总门打开，补水旁路关闭，板式换热器冷却水进出水门打开。2. 真空泵组送电。3. 向真空泵系统内注工作液，当气水分离器内工作液位 升至正常液位时补水电磁阀自动关闭，停