第4章汽轮机的凝汽设备

第4章汽轮机的凝汽设备第4章汽轮机的凝汽设备4.1凝汽系统的作用、原理与组成

蒸汽循环作用与功能冷端放热、回收工质朗肯循环中，冷端放热、凝结排汽建立、维持真空汽轮机尾部建立并维持真空，增大机组理想焓降热力除氧、改善凝水品质热力物理分解，除去凝水及补水中的氧气，防止加热器及锅炉的氧腐蚀4.1凝汽系统的作用、原理与组成4.1凝汽系统的作用、原理与组成工作原理水汽水的蒸发或蒸汽的凝结，汽空间的水分子增多或减少，导致压力变化。压力越低，汽、水比容差越大，蒸发或凝结引起的压力变化就越大。

在汽、水共存体系中，压力决定于汽、水的热力平衡温度，即该温度对应的汽、水饱和压力。凝结蒸汽，可以降低压力。4.1凝汽系统的作用、原理与组成汽轮机尾部的凝汽器，是一个开口的表面式热交换器，将汽轮机的排汽凝结为水，并建立低于大气压力的真空。进入的蒸汽量与排出的凝水量保持平衡，汽、水空间的分界面稳定，为准封闭系统，其压力同样决定于汽、水热力平衡温度。冷却介质可用水或空气ABB公司教堂窗式管束布置凝汽器4.1凝汽系统的作用、原理与组成水冷表面式凝汽器4.1凝汽系统的作用、原理与组成水冷表面式凝汽器的型式冷却水流程单流程，双流程单流程冷却水在单壳体凝汽器中一次流过双流程冷却水在单壳体凝汽器中往返流过压力数单压凝汽器单壳体或多壳体凝汽器同一凝汽压力多压凝汽器多壳体凝汽器多个凝汽压力空气冷却间接空冷通过冷却水间接冷却，湿式空冷直接空冷表面式空气冷却凝汽器4.1凝汽系统的作用、原理与组成HyKT_22_eng.swfLuKo_k_interakt_6.swf4.1凝汽系统的作用、原理与组成4.1凝汽系统的作用、原理与组成系统组成循环水系统水源、循环水泵、管道等，泵送冷却水，输运蒸汽释放的汽化潜热到环境开式循环江、河、湖、海为水源，冷却水单次使用闭式循环冷却塔为冷源，冷却水循环多次使用凝结水泵

抽送凝结水至回热系统，维持热井水位抽气器抽排不凝结气体，维持汽侧良好的换热条件4.2凝汽器的压力及其影响因素4.2.1凝汽器内压力总压与分压不凝结气体和蒸汽组成的多组分气体，道尔顿定律：总压力为组成气体分压力之和当排汽干度为和流量时，在相同介质温度下因不凝结气体份额很小，故蒸汽分压力占主导地位，即凝汽器内的压力主要决定于蒸汽的温度!!!4.2凝汽器的压力及其影响因素4.2.2传热过程与凝汽器压力的确定传热过程冷却水吸收蒸汽的汽化潜热由温度tw1上升到tw2排出蒸汽释放汽化潜热凝结为tc水排出汽侧凝结末端ts’汽气混合物被抽气器抽出4.2凝汽器的压力及其影响因素传热端差冷却水温升过冷度4.2凝汽器的压力及其影响因素热量输运与冷却水温升

热量输运方程

循环倍率冷却循环水的流量与蒸汽量的比增大m，减小温升，降低凝汽器压力，但增大泵耗。开式循环60左右，闭式循环50左右4.2凝汽器的压力及其影响因素传热方程

传热过程管外凝结放热、水膜导热、管壁导热、管内污垢导热和冷却水的对流传热传热方程对数平均温差集总参数模型对数平均温差4.2凝汽器的压力及其影响因素传热系数HEI公式

：未修正传热系数，与流速的平方根及管径有关

：冷却水温度修正系数

：冷却管材料修正系数

：清洁系数HEI表面式凝汽器标准中，给出了这些修正系数的图、表HEI未修正的传热系数HEI管材修正系数HEI管材修正系数HEI水温修正系数4.2凝汽器的压力及其影响因素别尔曼(前苏联)公式

：冷却管材料修正系数

：负荷修正系数

：冷却水温修正系数

：流速与管径修正系数

：清洁系数4.3.1凝汽器的设计设计条件

凝结蒸汽量Dc，冷却水进口温度tw1，要求的凝汽器压力pc，凝汽器水阻Δp设计过程①选冷却水量Dw

用循环倍率计算Dw

，开式60～65，闭式50～55②计算Δt、δt和Δtm

热平衡计算Δt、tw2

，pc

ts计算δt，

4.3凝汽器的设计与分析③选管材按冷却水质选管材(铜、不锈钢和钛管)及壁厚δ④选冷却水流速v

水速低，传热系数小且易结垢；水速高，传热系数大但流阻高、易磨损。铜管2m/s，不锈钢和钛管2.2～2.5m/s⑤选外径do

内径di=do-2δ，计算管数n=Dw/(vdi2π/4)⑥计算传热系数K，并由传热方程求得传热面积Ac⑦计算管长l

l=Ac/(nπdo)，确定冷却水流程数⑧计算水阻Δp4.3凝汽器的设计与分析4.3凝汽器的设计与分析⑨判断若水阻大于要求值，增大管径；小于要求值，则减少管径。重复至⑤。若水阻达到要求值，则结束。

管径的选择特征参数管内表面积与冷却水流通截面积比4l/di传热特性减小管径，冷却水的对流传热面积增大，增强传热阻力特性减小管径，冷却水与管壁的接触面积增大，增强流动阻力优化选择循环水泵功耗与传热性能改进综合优选4.3凝汽器的设计与分析4.3.2凝汽器的运行分析冷却水进口温度决定于环境条件和冷却设备特性水源江、河、湖、海，深海水冷却塔空气干度、风，冷却负荷冷却水量冷却水量大，温升小，凝汽器压力低，但循环水泵功耗大传热性能汽侧管束排列，不凝结气体，传热表面，结垢管壁冷却管材料，铜管、不锈钢、钛管凝汽器热阻分布Noncondensiablegasfilm4.3凝汽器的设计与分析SENIOR公司凝汽器的管束布置辐射式管束布置凝汽器示意图4.3凝汽器的设计与分析管束布置流程短、抽气通道顺畅边界长、汽阻小无不凝结气体滞留区疏水流畅，回流加热，减小过冷4.3凝汽器的设计与分析1970年代外围带状式1980年代卵形式1990年代模块式4.3凝汽器的设计与分析水侧结垢盐类、污泥和腐蚀物等物理垢，藻类、贝壳等生物垢。防垢，清洗对流传热冷却水流速、水温。强化传热4.4凝汽器的运行特性4.4凝汽器的运行特性4.4.1凝汽器的运行性能指标压力凝汽器传热管上部的绝对压力冷却水温升凝汽器循环冷却水进、出口温差端差凝汽器压力对应的蒸汽饱和温度与冷却水出口温度的差过冷度凝汽器压力对应的蒸汽饱和温度与热井中凝结水的温差凝结水含氧量凝结水中含氧量4.4凝汽器的运行特性汽阻凝汽器喉部与抽气口间的压差水阻循环冷却水在凝汽器内循环水通道所受的阻力4.4.2凝汽器的运行特性运行特性凝汽器压力与机组负荷、冷却水量、冷却水进口温度的对应关系4.4凝汽器的运行特性4.4.3运行特性分析最佳真空、极限真空最佳(或经济)真空当循环水泵的功耗增大量与机组有效出力增多量相等时，对应的真空即为最佳(或经济)真空极限真空循环水进口温度所对应的蒸汽饱和压力为极限真空最大有效真空末级动叶达到极限膨胀时所对应的真空为最大有效真空Dcop4.4凝汽器的运行特性汽阻决定于流动阻力。负荷越高，汽阻越大，引起凝结水过冷度增大、含氧量升高。水阻决定于流速和水温。与流速平方成正比；水温低，粘度大；结垢也会使水阻增大。凝结水过冷

增大低加吸热量和凝水含氧量冷却管外水膜导热温差，使贴近管壁的凝水产生过冷汽阻过大凝结压力低于喉部压力产生过冷漏气增多蒸汽穿透气膜，蒸汽分压力下降；空冷区扩大，凝结水滴落在冷管上产生过冷4.4凝汽器的运行特性热井水位过高淹没部分冷却管凝结水直接被循环冷却水冷却。减小凝结水过冷的措施减薄水膜尽可能实现珠状凝结，如管外采用特殊膜处理优化管束布置简化蒸汽与不凝结气体流道，减小汽阻，组织蒸汽对凝结水加热查漏、堵漏减少空气漏入量，避免空冷扩展加强运行监测避免热井高水位运行4.5抽气设备作用抽取凝汽器汽侧空间的不凝结气体，保持汽侧良好传热。机组启动时，汽轮机内建立真空抽气设备种类主抽气器、启动抽气器和水室抽气器型式射流式和机械式。射流式有射汽抽气器和射水抽气器；机械真空泵有水环式和水叶片式。射流式抽气器射汽抽气器以高压蒸汽为动力。在喷嘴中降压增速达超音速，在混合室中抽吸来自凝汽器的汽、气混合物，并发生动量交换，然后在扩压管中降速增压排出原理以压力水为动力。喷嘴中降压增速，形成水射流，混合室中牵连气体运动。水射流一定行程后发生破碎，与不凝结气体产生强烈碰撞压缩升压，然后利用水柱对其进一步压缩。为提高射水抽气器的效率，要求喷嘴距离水面高度应大于水射流破碎长度。4.5抽气设备射水抽气器4.5抽气设备原理置于水室中的偏心叶轮，旋转时产生与水室同心的水环，利用叶片与水环间空间容积随转子旋转一周由小变大和由大变小的变化，完成吸气、压缩。水环真空泵的效