汽轮机凝汽设备

汽轮机凝汽设备第一页，共六十页，编辑于2023年，星期一蒸汽动力循环及其设备TsTC第二页，共六十页，编辑于2023年，星期一汽轮机排汽与热效率的关系第三页，共六十页，编辑于2023年，星期一凝汽设备的主要内容凝汽设备的组成、作用和结构冷却水系统凝汽设备的运行第四页，共六十页，编辑于2023年，星期一凝汽设备凝汽设备组成凝汽设备包括：凝汽器、抽气器、凝结水泵、循环水泵以及这些部件间的连接管道和附件组成。第五页，共六十页，编辑于2023年，星期一作用：建立和维持真空，使汽轮机排汽压力降低，理想焓降增大，提高循环热效率；将汽轮机的排汽凝结为水,为锅炉提供纯净的凝结水凝汽器的工作原理和作用第六页，共六十页，编辑于2023年，星期一工作原理根据水蒸汽的性质，在低压条件下，汽态与液态的比体积相差极大（5kPa时，蒸汽比水的比体积大28000倍），这样，原来为蒸汽充满的空间，一旦被冷却，凝结成30℃左右的凝结水，则在该密闭空间，将因体积骤然缩小而形成高度真空。前提：密封、无空气。饱和压力＝f（饱和温度），单增函数30℃左右的饱和压力对应约4kPa绝对压力，表压约-97kPa,真空97kPa第七页，共六十页，编辑于2023年，星期一

建立并维持凝汽器真空，必须随时维持三个平衡：

1）质量平衡，进入蒸汽量等于抽出凝结水量；

2）热量平衡，蒸汽放出的热量等于冷却水（循环水）带走的热量；

3）空气平衡，漏入空气量等于抽出空气量。流程：汽轮机排出的蒸汽凝汽器汽侧，与铜管接触凝结放出潜热凝结水沿管壁热井加热器。

冷却水冷却水温tw1

tw2tw1tw2tstc凝汽器内平衡及流程第八页，共六十页，编辑于2023年，星期一凝汽器类型分为混合式凝汽器和表面式凝汽器两类。混合式凝汽器：排汽与冷却水直接混合接触而使蒸汽凝结优点：结构简单，制造成本低，能建立高真空缺点：要求循环水的质量与凝结水相同。目前这种凝汽器主要用于间接空气冷却凝汽系统中。表面式凝汽器：排汽在冷却表面一侧凝结，而冷却工质在另一侧流动，互不接触。一般表面式凝汽器以水为冷却介质优点：传热系数高，能建立高真空，且能保持凝结水洁净；缺点：消耗大量有色金属，制造成本高。现代发电厂的汽轮机组一般都采用表面式凝汽器。第九页，共六十页，编辑于2023年，星期一凝汽器由外壳、水室、管板、隔板、冷却水管等组成。表面式凝汽器结构简图1－凝汽器外壳2、3－水室端盖4－管板凝汽器结构第十页，共六十页，编辑于2023年，星期一第十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一第十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一重要概念1、凝结水过冷度定义：热井中凝结水温度tc低于凝汽器喉部压力下蒸汽饱和温度ts的程度。一般为-0.5℃～-1℃。

2、汽阻定义：在凝汽器汽侧，从凝汽器的喉部到抽气口的压力降，一般取260～400Pa。

产生原因：1）蒸汽进入冷却管束第一排的局部阻力；

2）蒸汽流经管束的沿程阻力。第十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一3、水阻定义：冷却水流经凝汽器时流动阻力。产生原因：1）在水室及进出冷却水管时的局部阻力；

2）冷却水在冷却水管中的沿程阻力。当冷却水管被杂物堵塞时，水阻明显增大。4、冷却水流程定义：冷却水在凝汽器中依次流过冷却水管的次数。在水源充足的地区、大机组，采用单流程；在水源紧张的地区、小机组，采用双流程。第十四页，共六十页，编辑于2023年，星期一

ts—蒸汽凝结温度Δt—冷却水温升

δt—凝汽器端差，ts与tw2

之差。在主凝结区，总压力pc与蒸汽的分压力ps相差很小，可用ps代替。沿冷却表面的温度分布凝汽器压力（真空）与传热

一、凝汽器内压力pc的确定凝汽器压力和汽轮机背压相关ps

—对应的饱和压力

pc

—为凝汽器内压力第十五页，共六十页，编辑于2023年，星期一1、冷却水进口温度tw1影响凝汽器压力（真空）pc

的因素决定于电站所处地的气候、季节、冷却塔效率（闭式循环）冬季tw1低，ts低，凝汽器压力pc低，真空高；夏季高tw1

，ts高，凝汽器压力pc高，真空低；采用冷水塔或喷水池时，还决定于冷却效率。第十六页，共六十页，编辑于2023年，星期一2、冷却水温升Δt热量平衡方程：

式中：Q—凝汽器的传热量；

Dc,Dw—进入凝汽器的蒸汽量、冷却水量；

—蒸汽焓、凝结水的焓；

hw2,hw1—冷却水流出、进入的焓。冷却倍率：冷却水量比被凝结蒸汽量的倍数。m值越大，温升Δt越小，凝汽器压力pc降低越多，真空越高。同时，冷却水量Dw↑，循环水泵耗功↑。第十七页，共六十页，编辑于2023年，星期一冷却倍率m约在50－120范围内，与流程和供水方式有关：单程、开式循环m：80－120

双程、开式循环m：50－80

双程、闭式循环m：50

在一般汽轮机中，1kg排汽凝结时放出的汽化潜热约在2140～2200kJ/kg左右，

第十八页，共六十页，编辑于2023年，星期一3、传热端差δt式中：Ac—传热面积；K—传热系数；Δtm—对数平均温差。传热端差δt与Ac、K、Dw有关。运行过程中，当冷却水量Dw不变时，由于传热面积Ac不变，则传热系数K是影响传热端差δt的主要因素。

K越大，δt越小，ts越小，pc越小，即真空越高。第十九页，共六十页，编辑于2023年，星期一二、凝汽器的最佳真空

1、极限真空

使汽轮机末级动叶达到膨胀极限压力的真空称为极限真空。

2、最佳真空在提高真空过程中，当汽轮机功率的增加和循环水泵耗功增加之差为最大时的真空，称为最佳真空。

3、优化运行达到最佳真空，凝结水过冷度小，凝结水品质合格。冷却水增量ΔWΔPΔPpΔPelΔPei-Pp第二十页，共六十页，编辑于2023年，星期一1)凝汽器中的空气来源：汽轮机后轴封、法兰缝隙等漏入；随主蒸汽带来。2)空气量：严密性正常时，进入凝汽器的空气量不到蒸汽量的万分之一

在汽轮机运行时，保持真空系统的严密性，直接影响汽轮机运行的经济性。真空下降1％，汽耗率增加1％。要对真空度进行监视，真空度低于规定值时，要进行报警。

三、空气的危害

1、进入凝汽器的空气量第二十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一1）空气分压的存在使凝汽器压力pc略有增大。2）空气的存在增大凝汽器冷却水管外侧的放热系数，阻碍蒸汽放热。原因：主凝结区的空气平均分压很小；但冷却水管外围附近由于蒸汽的凝结，空气分压增加明显。空气在冷却水管外围增多，使得蒸汽分子只有通过扩散才能靠近冷却水管外侧，因此空气大大阻碍蒸汽放热。

2、空气对凝汽器真空的影响1）使蒸汽分压降低，引起过冷度；

2）使排汽压力、排汽温度升高，降低机组的经济性；

3）使低压缸温度升高而变形，造成机组振动；

4）使凝结水中的含氧量增加，腐蚀低压加热器和低压管道；

5）使传热阻力增大，端差增大。3、空气对凝汽器运行的影响第二十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一凝结水产生过冷度的原因：

1）由于空气及汽阻存在，降低了热井附近蒸汽的分压力；

2）凝结水下落过程中受冷却水的多次冷却；

3）冷却水管束排列不合理；

4）热井中水位过高，淹没冷却水管，使凝结水管被进一步冷却。

过冷的危害：

1）使得凝结水易吸收空气，含氧量增加，加快管道腐蚀。

2）凝结水温度低，在回热加热中需要更多的消耗抽气，影响经济性。4、空气对过冷度的影响过冷度：过冷现象中凝结水温度低于凝汽器入口蒸汽温度的度数。第二十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一凝汽器的管束布置评定凝汽器指标：真空凝结水过冷度凝结水含氧量水阻空气冷却区所排出的汽气混合物的过冷度三角形正方形辐向管束布置原则：管束第一排应稀疏些留有一定的蒸汽通道蒸汽、空气混合物到抽气口途径短设挡汽板留有到热井的蒸汽通道有空气冷却区设凝结水挡板第二十四页，共六十页，编辑于2023年，星期一四、抽气器的工作原理由于凝汽器或乏汽管等连接处的不严密，势必有空气从外界漏入。为了保持凝汽器中有较高的真空度，必须采用抽气设备将漏入的空气不断抽走。抽气器的常用种类射汽抽气器射水抽气器水环真空泵第二十五页，共六十页，编辑于2023年，星期一射汽抽气器工作原理：蒸汽缩放喷嘴超音速喷射流真空吸出空气和蒸汽混合物。2-2截面射流结束，开始压缩，把混合气体的动能压力能，略高于大气压排入大气。第二十六页，共六十页，编辑于2023年，星期一第二十七页，共六十页，编辑于2023年，星期一射水抽气器射水抽气器由射水泵来的工作水进入喷嘴，在喷嘴出口形成高速水流，在混合室形成真空，把凝汽器的空气吸入，然后混合、扩压。为了防止射水泵发生故障后水和空气倒流入凝汽器，设置逆止阀。

射水抽气器不消耗蒸汽，运行费用较低，系统简单，结构紧凑等优点，要求设专用水泵，而且损失工质不能回收。适用于滑压运行和滑参数启动的单元制再热机组。

第二十八页，共六十页，编辑于2023年，星期一水环真空泵真空越高，抽吸的质量流量越小水环式真空泵功耗低，运行维护方便。价格贵第二十九页，共六十页，编辑于2023年，星期一凝汽器的变工况及多压凝汽器

一、凝汽器的变工况

凝汽器设计工况：额定的蒸汽量Dc、设计冷却水量Dw和进口水温

tw1条件下，凝汽器喉部压力pc。凝汽器的变工况：凝汽器压力pc随Dc、Dw、tw1的变化特性，即pc＝f（Dc，Dw，tw1）。1、冷却水温升变化规律

当Dw不变时，α为常数，Δt正比于Dc

当Dw变化时，α也变化。

分析影响凝汽器压力的主要因素第三十页，共六十页，编辑于2023年，星期一2、传热端差变化规律

当Dw不变时，α为常数；凝汽器传热面积Ac不变；当传热系数K不变时，δt正比于Dc，也正比于dc＝Dc/Ac实验证明：当凝汽器负荷下降不大时，漏入空气量不变,δt正比于Dc

；当凝汽器负荷下降较多时，漏入空气量增大，使传热系数K减小，使上式分母减小，恰好抵消分子减小的影响。冷却水进口温度越低，上述转折点发生越早。δtdctw1151015第三十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一3、变工况pc的确定第三十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一二、多压凝汽器

1．目的：

1)满足大型汽轮机组多缸、多排汽口的结构特点；2)在冷却面积、冷却水温等不变的前提下，通过凝汽器结构布置的改变，力求提高凝汽器效率。2．工作原理：把凝汽器的汽侧按冷却水流向分成几个独立的空间，冷却水依次流过汽室1和2，每个汽室相当于一个独立的凝汽器。由于汽室1比汽室2的冷却水温度低，所以汽室1比汽室2达到的凝汽压力低，成为多压凝汽器。汽室1汽室2第三十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一1)分析前提：热负荷Q、冷却面积Ac、冷却水流量Dw及冷却水进口温度tw1相同。2)比较标准：多压凝汽器的折合压力或折合排汽温度是否比单压凝汽器低。折合压力：平均蒸汽凝结温度下对应的饱和压力。3．多压凝汽器的经济性分析t’w第三十四页，共六十页，编辑于2023年，星期一冷却水温升：端差:各汽室蒸汽温度:平均温度:单压凝汽器两者差值:双压凝汽器第三十五页，共六十页，编辑于2023年，星期一δt，δt1，δt2均与传热系数K有关，而传热系数K又与进水温度tw1有关，所以在一定的Δt下，当tw1超过某一分界温度时，Δts为正值。这时，多压凝汽器的折合压力低于单压凝汽器压力，循环热效率得以改善。

tw1越高，Δts越大

m越小，Δt大，Δts越大

在其他条件相同情况下，多压凝汽器的汽室越多，折合压力也越低，冷却倍率越小，采用多压凝汽器的效益越大。所以在缺少冷却水和气温较高地区采用比较有利。

第三十六页，共六十页，编辑于2023年，星期一冷却水系统一、供水方式二、直流供水三、具有冷却塔的供水系统四、空冷系统第三十七页，共六十页，编辑于2023年，星期一一、供水方式直流供水，也叫开式供水循环水泵直接从江河上游取水，经过凝汽器后排入江河下游，冷却水一次使用造价低、系统简单、运行维护方便水源充足循环供水，也叫闭式供水系统有冷却设施：冷却水池、喷水池、冷却塔循环水泵从冷却设施集水井中汲水，经过凝汽器后，再送回冷却设施进行冷却，循环用水第三十八页，共六十页，编辑于2023年，星期一二、直流供水江河水渠其它用水设备其它用水设备第三十九页，共六十页，编辑于2023年，星期一第四十页，共六十页，编辑于2023年，星期一三、具有冷却塔的供水系统其它用水设备其它用水设备井第四十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一第四十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一第四十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一凝汽设备运行监视与调节

监视参数凝汽器喉部压力pc抽气器入口压力（混合室）冷却水入口、出口温度凝结水温度热井水位第四十四页，共六十页，编辑于2023年，星期一调节与保护热井水位调节凝结水泵的保护循环水泵的保护排汽温度过高喷水保护第四十五页，共六十页，编辑于2023年，星期一凝汽器的清洗清洗的主要方法有化学清洗、机械清洗、水力清洗、热力清洗、声波清洗及人工捅刷清洗等。化学清洗在汽轮机停运时才能操作，它会直接影响汽轮发电机运行，且化学试剂对铜管还有腐蚀，3%盐酸溶液。胶球清洗技术的球分为硬质胶球、软质胶球和砂质胶球。砂质胶球对硬垢清洗效果好，但对管道也有一定的损伤，不能长期使用，只能间歇使用。人工疏通冷却水管(用铁扦或铜丝刷通过人工一根一根捅刷冷却管)的效果较好，但需要停机进行，工作量很大，劳动强度也大，工作环境非常艰苦人工高压水枪清洗是近年出现的一种机械清洗方法，它的效果与人工疏通冷却水管一样，但降低了清洗的劳动强度，其缺点与人工疏通基本相同。第四十六页，共六十页，编辑于2023年，星期一胶球自动清洗系统1-二次滤网；2-反冲洗蝶阀；3-注球管；4-凝汽器；5-胶球；6-收球网；7-胶球泵；8-加球室第四十七页，共六十页，编辑于2023年，星期一胶球清洗第四十八页，共六十页，编辑于2023年，星期一空气冷却凝汽器大型电站用水量多，缺水、少水地区采用空气冷却凝汽器用空气冷却汽轮机排汽，这种系统称为空气冷却凝汽系统，或干塔冷却系统，相应的汽轮机、凝汽器称为空冷汽轮机、空冷凝汽器优点：节水，比湿冷节水75%第四十九页，共六十页，编辑于2023年，星期一一、空气冷却器凝汽器系统的类型1直接空冷2间接空冷混合式凝汽器（海勒系统）表面式凝汽器（哈蒙间冷）第五十页，共六十页，编辑于2023年，星期一直接空气冷却系统（GEA系统）直接空冷系统是目前中国火电机组空冷技术的发展主流。2010年我国火电空冷机组装机可达40000MW。而且是超临界与亚临界并存6OOMW级空冷机组。届时将成为全球的空冷王国。优点：设备少，系统简单，基建投资少，占地少，空气量调节灵活。缺点：粗大的排汽管道密封困难，维持排汽管内的真空困难，启动时抽真空需要的时间长。冬季运行时，管内容易结冰，需要作复杂的设计处理。此外，机力通风增加了厂用电，形成了噪声源。第五十一页，共六十页，编辑于2023年，星期一主要特点（1）空冷凝汽器由许多并联的带翅散热片钢管作冷却元件组成；（2）汽轮机排汽直接在冷却元件内凝结，传热平均温差大，系统较简单；（3）为减少压损，排汽管直径很大，如美国怀俄达克电厂330MW直接空冷机组排汽总管直径为5.49m，分管直径为4.12m；（4）空冷凝汽器按“人”字形布置在汽轮机房外侧，小型的可布置在汽轮机房顶；（5）真空系统体积庞大，易漏入空气，也不易找漏，启动时抽真空费时；（6）冬季冷却元件易结冰。

第五十二页，共六十页，编辑于2023年，星期一混合式凝汽器的间接空冷

（间接干塔冷却系统）喷射式凝汽器冷却塔循环水泵凝结水泵水轮发电机组节流阀第五十三页，共六十页，编辑于2023年，星期一主要特点（1）喷射式凝汽器装有冷却水喷嘴，喷出冷却水与排汽直接接触换热；（2）吸收排汽放热量的水，通过空冷塔内冷却元件释放到大气中；（3）循环水泵和水轮机组（用以回收部分能量，小型的