汽轮机原理-凝汽器课件

1第三节凝汽器

凝汽器有混合式和表面式凝汽器两大类。一.混合式凝汽器混合式凝汽器是使排汽与冷却水直接混合接触而使蒸汽凝结。冷却水从安装在混合式凝汽器上部周围的喷嘴喷出，排汽由上部进汽口进入，与冷却水混合而得到凝结，凝结水与冷却水一起用水泵抽走。不凝结的空气，用抽气器或者真空泵不断地抽出。特点:

这种凝汽器结构简单，冷却效果好，制造成本低。缺点:

凝结水与不清洁的冷却水混合后，不能作为锅炉给水。因此：现代汽轮机组很少直接采用混合式凝汽器。排汽冷却水不凝结的空气混合凝结凝结水2二.表面式凝汽器

在表面式凝汽器内，冷却工质与蒸汽由冷却表面隔开。表面式凝汽器能保持凝结水的洁净，因此现代汽轮机组普遍采用表面式凝汽器。根据冷却工质不同，表面式凝汽器又分为空气冷却和水冷却两种。由于水的传热系数比空气大，能保证凝汽器内维持高度真空和获得洁净的凝结水。因此，国内外火电厂主要采用水冷却凝汽器。第三节凝汽器管束内是冷却水管束外是排汽31.表面式凝汽器的结构

凝汽器的外壳通常钢板做成圆柱形、椭圆形或者方箱形。外壳两端连接着形成水室的端盖2和3，外壳内的两端又装有管板4，管板4上装有很多冷却管。凝汽器内部空间被冷却管分隔成两部分：蒸汽空间（汽侧）和冷却水空间（水侧）。第三节凝汽器二.表面式凝汽器端盖端盖管板管板冷却管42.表面式凝汽器的流程冷却水从进口11进入水室15，通过冷却管流到另一端水室16，转向后，又经冷却管进入水室17，最后由出水口12排出。这种称为双流程凝汽器。还有单流程、三流程、四流程。第三节凝汽器二.表面式凝汽器冷却管进口出口冷却水53.凝结水汽轮机的排汽进入凝汽器，在汽侧与冷却管接触而凝结成水。凝结水汇集到热井

7中，由凝结水泵抽走并送到低压加热器。第三节凝汽器二.表面式凝汽器64.漏入空气的抽出漏入凝汽器的空气，通过抽气口8由抽气器抽出。为了减少抽气器的负荷和回收热量，使混有蒸汽的空气在经过一次冷却，使蒸汽凝结。在凝汽器内专门设置有空气冷却区9。第三节凝汽器二.表面式凝汽器空气7第三节凝汽器国产200MW汽轮机配用三壳体表面式N--11220--1型凝汽器。冷却面积为3*3740=11220，冷却管数为3*5667=17001根。国产300MW汽轮机的凝汽器为N--17650型单壳体、对分、双流程表面式凝汽器。冷却面积为17650，冷却管数为9758*2根。8二.表面式凝汽器第二节凝汽器几个基本概念凝汽器真空：当地大气压与凝汽器内绝对压力的差值。凝汽器汽阻：蒸汽在凝汽器汽侧流动时的阻力称为汽阻。凝汽器蒸汽入口压力pc与抽汽口处压力pc’’差值，Δpc=pc-pc’’凝汽器水阻：凝汽器冷却水入口压力与冷却水出口压力差值。91011（一）凝结特点

假设只有水蒸汽存在，并且凝汽器内各处的压力都相等，则蒸汽应在与压力相对应的饱和温度下凝结。实际上并非如此，因为：1.排汽从凝汽器进口向空气抽出口流动，由于阻力存在，则凝汽器内各处压力都不相同；2.整个系统不可能完全密封，有空气漏入。则凝汽器内各处空气分压也不相同，凝结时的饱和温度也不相同。3、蒸汽在凝器内的凝结过程可分为珠状凝结和膜状凝结两种。第三节凝汽器三、凝汽内蒸汽的凝结过程12（二）影响凝汽器内蒸汽凝结过程的因素1.凝汽器内冷却水管的布置排列方式；常见的三种排列方式如下。第三节凝汽器三、凝汽内蒸汽的凝结过程三角形排列换热效果好，布置紧凑但汽阻大正方形排列布置稀疏，汽阻小但换热效果差辐向排列介于两者之间由于汽阻的存在，使凝汽器喉部的蒸汽压力高于空气抽出口的压力。汽阻大时，会导致凝汽器喉部真空降低。此外，汽阻的存在还会引起凝结水的过冷却和抽气器功耗的增大。13第三节凝汽器凝汽器的管束14（二）影响凝汽器内蒸汽凝结过程的因素1、凝汽器内冷却水管的布置排列方式；2、凝汽器内蒸汽的流动速度；当蒸汽流动速度增高时，蒸汽的凝结传热系数增大。3、凝汽器内的空气含量。第三节凝汽器三、凝汽内蒸汽的凝结过程15（三）进入凝汽器的空气量和空气分压1.空气量（1）空气来源：新蒸汽带入；汽轮机装置密封不严；负荷降低时真空前移，扩大漏汽范围；（2）设计漏汽量估计（经验公式）：要准确确定空气漏入量是有困难的，通常用下面的经验公式进估计：其中，------漏入空气量(kg/h)；

------凝汽器的设计进汽量(t/h)；

----严密系数，一般取=5。上式也可以用于检查凝汽设备的严密程度。这时，为抽汽口测得的被抽出的空气量。K1为评定的严密等级系数：K1=1为优，K1=2为良好，K1=3为中等。第三节凝汽器162.蒸汽与空气分压

由于空气的漏入，凝汽器内的总压力为蒸汽分压和空气分压之和：

=+其中，其中，x为蒸汽干度。实际上，在凝汽器中的大部分区域，蒸汽占绝大多数，空气含量很小。在正常情况下，，这样，凝汽器内不凝结的气体份额很小，当有99%蒸汽凝结，即x=0.01，这样，由上式可得ps=0.99382pc。蒸汽分压占主导地位，凝汽器的压力决定于蒸汽温度。空气对蒸汽凝结的影响，只是在沿流程的末尾区段（空气冷却区）才明显。第三节凝汽器17（四）空气漏入对凝汽器工作的影响

由于空气的漏入，对凝汽器的工作是有影响的：

1.空气的漏入会使传热效果变差，传热端差增大。结果会使排汽压力升高，降低了机组的经济性；

2.空气的漏入，增加了凝结水中空气的溶解度，对汽轮机装置和管道系统金属产生腐蚀，影响机组的安全性；

3.空气的漏入，会使空气分压增大，使凝结水的过冷度增加，影响了机组的经济性。第三节凝汽器由于阻力和空气的存在，蒸汽分压降低，使凝结水温度低于凝汽器进口处的蒸汽温度，造成凝结水过冷。凝结水的过冷度:排气压力下的饱和水温度与凝结水实际温度的差值。18（五）总体传热系数的确定第三节凝汽器19（五）总体传热系数的确定

第三节凝汽器全苏热工研究院公式20四.凝汽器内压力的确定

第二节凝汽器凝汽器汽侧空间多组分介质共存蒸汽不凝结气体：原蒸汽中夹带（很少）+真空系统不严密漏入系统的空气凝汽器空间：汽侧空间+水侧空间凝汽器压力：汽侧空间压力21四.凝汽器内压力的确定

第二节凝汽器22四.凝汽器内压力的确定

当蒸汽处于饱和状态时，其压力与温度是一一对应的。所以，凝汽器内压力取决于蒸汽凝结温度。为了求得凝汽器内压力，就得先求出排汽温度。排汽温度的高低取决于冷却水的进口温度、冷却水的温升和传热端差。凝汽器内压力pc

可根据相应的饱和温度求得，而排汽温度可表示为：

ts=tw1+△t+δt

tw1---冷却水的进口温度；△t---冷却水的温升；δt---传热端差。

δt-凝汽器压力对应的饱和温度与冷却水出口水温的差值。只要求得了温度ts之值，就可以从水蒸汽表中查得相对应的压力pc。第三节凝汽器23四.凝汽器内压力的确定

第三节凝汽器凝汽器内蒸汽凝结温度ts的变化,ts在主凝结区沿AC基本不变，只有在空冷区，由于蒸汽分压ps明显低于凝汽器压力pc,ts明显下降。凝汽器中蒸汽和冷却水的温度沿冷却表面积AC的变化冷却水沿着冷却表面积从进口温度tw1逐渐吸热到出口温度tw2的变化过程24四.凝汽器内压力的确定

凝汽器内压力pc

可根据相应的饱和温度求得，而排汽温度可表示为：

ts=tw1+△t+δt

tw1---冷却水的进口温度；△t---冷却水的温升；δt---传热端差。只要求得了温度ts之值，就可以从水蒸汽表中查得相对应的压力pc。第三节凝汽器影响凝汽器压力pc的主要因素：1.冷却水的进口温度

冷却水的进口温度取决于电厂所在的地理位置、季节和供水方式。252.冷却水的温升

（1）冷却水的温升可根据凝汽器的热平衡方程式求出：

从而，

上二式中，------进入凝汽器的凝汽量（kg/h)；

------进入凝汽器的冷却水量（kg/h)；

-------排汽焓值和凝结水焓值（kJ/kg)；

第三节凝汽器26（2）冷却倍率

m=/称为冷却倍率（或循环倍率），它表示凝结单位蒸汽汽量所需要的冷却水量。m值越大，则冷却水的温升越小，凝汽器内压力越低，会使整机理想焓降增加，从而可以提高电厂热效率。但是，m大则冷却水量大，冷却水泵功率大。故m值大小要通过经济技术对比后确定。一般，对于单流程凝汽器，m=80~120范围之内；对于双流程凝汽器，m=60~70范围之内。

——每1kg蒸汽在凝结时所放出的潜热，约2180kJ/kg，变化很小,则有：第三节凝汽器273、传热端差

第三节凝汽器

传热端差随着冷却水量Dw的减少有所减少，但冷却水温升和传热端差之和（△t+δt

）是增大的。传热端差和冷却面积、传热量及传热系数有关系。设计时，一般取=3~10。对于单流程凝汽器，取=(7~9)，对于多流程凝汽器，取=(4.5~6.5)。

284、凝汽器的极限真空和最佳真空提高真空后所增加的汽轮机功率△PT与为提高真空使循环水泵△PP多消耗的厂用电之差达到最大时的真空值称为最佳真空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。第三节凝汽器295、评定凝汽器优劣有五个指标

第三节凝汽器①真空；②凝结水过冷度；③凝结水含氧量，④水阻；⑤空冷区排出的汽气混合物的过冷度。凝汽器中冷却水的阻力称为水阻。它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（包括由循环水管进出水室的局部阻力）三部分组成。水阻越大，循环水泵的耗功越大。单流程凝汽器的水阻较小，双流程凝汽器的水阻较大，约为49-78kPa。30

现代大功率汽轮机都采用多缸多排汽口。为了提高大功率汽轮机的经济性，常采用多压凝汽器。在大型汽轮机组具有两个及以上低压排汽口时，对应着低压排汽口，将凝汽器汽侧按冷却水流向分成几个独立的汽室，冷却水依次流过各汽室，每个汽室相当于一个独立的凝汽器，称为多压凝汽器。第