热力发电厂课件02-6补充内容：凝汽设备及系统

补充内容：凝汽设备及系统动画演示凝汽设备降低排汽压力和排汽温度提高循环热效率以国产引进型300MW机组平均供电煤耗345g标煤/kwh为例真空提高0.2kPa供电煤耗降低0.7g标煤1.工作原理循环水泵汽轮机凝汽器凝结水泵抽汽器一、凝汽设备的工作原理与任务

2.作用（1）冷端放热、回收工质在朗肯循环中，起到冷端放热、将排汽凝成水。（2）建立、维持真空在汽轮机的尾部建立并维持尽可能高的真空，增大机组的理想焓降，提高蒸汽热力循环效率。（3）热力除氧、改善凝水品质借助热力物理分解方法除去凝结水的氧气，提高凝水品质、防止加热器、锅炉设备的氧腐蚀。一、凝汽设备的工作原理与任务3.凝汽器分类凝汽器：一种换热器，将蒸汽冷却成水混合式表面式冷却介质与蒸汽混合基本不采用冷却介质与蒸汽由换热面隔开主要采用按冷却介质分空冷水冷北方严重缺水地区山西内蒙富煤缺水冷却系统本身节水97％以上，全厂性节水约65％。真空值优于空冷、一次投资较小，耗水量大应用最广泛一、凝汽设备的工作原理与任务按压力分：单压凝汽器多压凝汽器按冷却介质流程分：单流程双流程按空气抽出口的位置分：汽流向侧式汽流向心式一、凝汽设备的工作原理与任务汽阻凝汽器入口压力pc与空气抽出口压力pc’’之差，汽阻越大，pc越高水阻凝汽器给冷却水的阻力由冷却水管内沿程阻力、水室中的沿程阻力、冷却水由循环水管进出水室与水室进出管子的局部阻力组成主凝结区空气冷却区排汽首先流过主凝结区，主要换热面占总换热面积的5%-10%，冷却抽气口抽出的汽气混合物，减小容积流量，减轻抽气器负荷，减少工质损失4、相关概念一、凝汽设备的工作原理与任务1-管束隔板2-冷却管束3-抽气口4-挡板5-空气冷却区6-热井8-水室隔板7-人孔一、凝汽设备的工作原理与任务冷却水温升蒸汽和水的温度沿冷却表面的分布冷却水的进、出口温差传热端差凝汽器进口压力下的蒸汽饱和温度与冷却水出口温度的差。主凝结区的凝结温度主凝结区空冷区t水2蒸汽1tstw1tw2ts’’△t冷却水进出口温度主凝结区：二、凝汽器内压力Pc的确定影响凝汽器内压力的三个因素：⒈冷却水进口温度①季节与气候（主要因素）夏季冬季>夏季真空冬季真空<南方北方>南方真空北方真空<同样条件：②晾水塔的冷却效果（淋水盘脱落、冷却塔几米内无建筑物）⒉冷却水温升蒸汽的放热被冷却水吸收传输出来。热量平衡方程式为：③（开式供水）热水回流由热平衡方程求得：循环倍率m：冷却水量与被凝结蒸汽量之比。m真空初投资运行时循环水泵电耗m=50～120是汽化潜热，考虑湿度后，在2140～2220KJ/Kg左右，取平均值，则循环水泵以及电机容量增大循环水管路加粗末级叶片增长开启台数影响凝汽器内压力的三个因素：运行时：寻求最佳真空pc△p△pel-pc△pel-pc△pnet极限真空最佳(或经济)真空循环水量增大，凝汽器真空上升，使机组出力增加，但同时输送冷却水的循环水泵的功率也增加，则当

最大时所对应的真空为凝汽器最佳真空。绘得上图的前提条件为：只有一台循环水泵运行，且冷却水量可连续调节而实际并非如此，故应通过实验才能定出不同负荷下的最佳真空。影响凝汽器内压力的三个因素：⒊凝汽器传热端差传热方程:凝汽器的传热过程是管外凝结放热、管壁导热、管内污垢导热和冷却水的对流传热。对数平均温差tw1蒸汽1水2主凝结区空冷区ttstw2空冷区面积较小假设ts沿整个换热面不变影响凝汽器内压力的三个因素：影响的主要因素设计时运行时传热面积Ac，投资，需技术经济比较决定，不宜过小，3～10℃⑴

冷却面积Ac杂物堵塞，人为堵塞(铜管泄漏后)Ac⑵传热系数K凝汽器严密性变差，抽气器工作性能恶化；管内结垢胶球清洗；最佳水速：1.5～2.0m/s影响凝汽器内压力的三个因素：凝汽器的空气来源：由新蒸汽带入汽轮机由设备不严密处漏入危害：管表面附近聚积形成气膜阻碍了蒸汽的凝结放热凝结水过冷度增大过冷现象:凝水温度低于凝汽器入口蒸汽温度的现象。所低的度数称为过冷度过冷度1℃，煤耗0.1%危害低加吸热量凝水含氧量低加管道和设备腐蚀引起过冷的正常原因（表面式凝汽器工作机理决定）：

三、空气的危害管子外表面蒸汽分压力低于管束间平均分压，使蒸汽凝结ts0温度低于管束间混合汽流温度；汽阻使管束内层压力降低，也使凝结温度ts降低。管子外表面的水膜直接受管内冷却水冷却，水膜的导热温差使水膜的平均温度(tsi+ts0)/2低于水膜外表面的蒸汽凝结温度ts0；过冷度固有2.8℃压力及温度至流动的中心距离pspcpapstsotstsi热流及蒸汽流动方向三、空气的危害产生过冷水的不正常原因⑴冷却水管束排列不合理；⑵漏入空气过多或抽气器工作不正常，使空气分压增大；⑶凝结水位过高，淹没冷却水管，使凝结水被进一步冷却。排列不合理，上层凝水滴落在下层管束上产生冲击，水滴飞溅破坏流场分布，增大汽阻，过冷度增大总压pc一定，越靠近冷却水管，pa，蒸汽分压力ps，凝结水过冷度增大减小过冷度方法：三、空气的危害管束布置留有相当大的蒸汽通道，使一部分蒸汽能直通凝汽器底部。在凝结水落入热井之前，与蒸汽进行充分接触，这种效应称为蒸汽回热作用。采用回热式凝汽器可减小过冷度三、空气的危害过冷度是否变化作为初步分析真空下降原因判据汽侧原因抽气器失常或漏入空气增多冷却水管束排列不合理凝结水位过高，淹没冷却水管真空下降伴随过冷度增大真空下降，但无过冷度增大水侧原因循环水量减小冷却管结垢凝汽器水阻大三、空气的危害对凝汽器的要求：1、有较高的传热系数和合理的管束布置；2、凝汽器本体及真空系要有高度的严密性；3、凝结水过冷度及汽阻要小；大型机组凝汽器的过冷度一般为0.51

C。4、水阻要小；凝汽器水阻的大小直接影响到循环水泵的耗电量，大型机组一般为4m水柱左右。5、凝结水的含氧量要小；（一般高压机组要求凝结水的含氧量小于0.03毫克/升）6、便于清洗冷却水管；四、凝汽器的结构1、接颈（喉部）：具有一定的扩散角。是各种蒸汽和水的便利汇集点。如布置有旁路减温水，低压加热器。2、外壳：圆筒形外壳和方形外壳。铸铁铸造：接缝少、不易漏如空气；但是铸铁承受较大的温度变化时容易产生裂纹。钢板焊接（10~15mm厚的钢板）：结构简单、制造方便、耗金属量少、可分组运输、施工方便。3、端盖：用生铁铸造或用钢板焊接而成四、凝汽器的结构4、管板和中间隔板中间隔板：为了避免管子的振动和减小管子的挠度，沿管子的长度方向设有中间隔板作为支撑板。中间隔板的管孔中心比管子中心线略高，其目的是：使管子和隔板紧密接触，改善管子的振动，补偿管子受热的弯曲应力；同时提高传热效果。5、冷却水管H68黄铜管：含铜68%、含锌32%，抗腐蚀性能较差；HSn70-1海军黄铜（含锡1%）；在黄铜中加入（0.08~0.5）%的砷可以防止脱锌，故近来开始使用含砷的黄铜管；不锈钢管、钛合金管。四、凝汽器的结构凝汽器的管束布置冷却水管在凝汽器板上的基本排列方法三角形排列法正方形排列法辐向排列法凝汽器管束布置的要求减小汽阻减小过冷度均匀热负荷（总体传热系数较高）凝汽器评价指标①真空②凝结水过冷度③凝结水含氧量④水阻四、凝汽器的结构6、凝汽器与汽轮机排汽口的连接（1）凝汽器装在自己的基础上，以套管式水封或膨胀补偿器与排汽管相连。（2）凝汽器与汽轮机排汽口之间采用固定的法兰联接或焊接，凝汽器座于弹簧支座上。7、向空排汽门在与凝汽器喉部相连的专用排汽管道上或排汽缸上装有向空排汽门。四、凝汽器的结构按汽流方向分按冷却水的流程分

按垂直隔板分

按凝汽器汽侧压力分

凝汽器管子排列方式管束布置凝汽器选用单背压、单壳体、对分双流程、表面式凝汽器。设备主要规范如下：冷却面积：21600m2冷却水量：39000t/h循环倍率：55水侧水阻：71kPa凝汽器背压:5.4kPa.a(冷却水温为22℃)换热管材质：TP317冷却水质：城市中水四、凝汽器的结构五、真空除氧凝结水含氧量大铜管腐蚀、凝结水系统管道阀门腐蚀凝汽器都设有真空除氧装置加设鼓泡除氧启动、低负荷其他非正常工况投入加热蒸汽鼓泡通入热井，混合加热凝结水至饱和温度放出不凝结气体一般真空除氧装置蒸汽量少不能到达热井回热凝结水60％额定负荷以上除氧效果较好低负荷和机组启动时除氧效果较差pc漏入空气量过冷度五、真空除氧六抽气器抽气器的作用：抽取凝汽器汽侧空间的不凝结气体，以保持汽侧良好的传热状态和凝汽器真空。机组启动时，在汽轮机内部建立真空，加快汽缸及转子加热。抽气器的类型：射流式抽气器水环式真空泵射汽抽气器射水抽气器逐步取代射水抽气器母管制机组单元制机组（一）射汽抽气器工作蒸汽压缩后的汽气混合物汽气混合物超音速汽流抽吸动量交换夹带高度真空混合室与凝汽器抽气口相连工作喷嘴外壳扩压管射汽抽气器汽源节流降压的主蒸汽或除氧器汽平衡管工作蒸汽（一）射汽抽气器单级，混合物排入大气不回收工质射汽抽气器启动抽气器主抽气器多级（2-3级），降低单级扩压比，提高效率，回收工质（一）射汽抽气器（二）射水抽气器混合室扩压管工作水室喷嘴射水泵高压工作水（循环水）与凝汽器抽气口相连逆止阀，射水泵停水防止工作水倒入凝汽器喉部优点：无需汽源工作可靠无需启动抽气器压力水在喷嘴中降压增速，水射流形成高度真空抽吸气汽混合物，在混合室中牵连不凝结气体运动。水射流达到一定行程后发生破碎，与不凝结气体产生碰撞与强烈的动量交换，压缩升压，然后利用水柱自重对其进一步压缩。不能回收工质缺点：噪音大效率低长2.5~4m（二）射水抽气器空腔1～3的容积，吸气过程；空腔4～6的容积，排气过程。（三）水环式真空泵外壳偏心叶轮

工作水同心水环123654假如叶轮不偏装同心水环吸气口排气口真空泵组水环除起液体“活塞”的作用外，还有冷却、密封作用。真空泵组主要有：水环式真空泵、气水分离器、冷却器等及其连接管道、阀门和控制部件组成。从凝汽器来的气体经过气动蝶阀后，沿泵抽气管进入水环式真空泵，泵排出的水和气体的混合物从泵的出口管到达气水分离器，分离后的气体经气体排放口排入大气，分离出来的水与来自水位调节器的补充水一起进入冷却器。冷却后的水分两路：一路直接进入泵体作为工作水的补充水，使水环保持稳定而不超温；另一路经节流孔版喷入真空泵抽气管，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。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。

在一定条件下，抽气容积流量、泵轴功率、等温效率与抽气压力的变化。

1、水环式泵的抽气量随抽气压力的降低而减小。一般两台真空泵并列运行或在真空泵上并接一个喷射器。

2、工作水温升高，抽吸能力下降运行中要保持冷却器正常运行，以保持真空泵的抽吸能力。

3、泵转速在额定值用提高转速的方法来提高抽吸能力不可取。

4、当抽吸压力变化时，真空泵所消耗的功率没有明显变化，水环式真空泵比较经济。真空泵的运行特性七、多压式凝汽器有两个以上排汽口的大容量机组的凝汽器可以制成多压凝汽器。下图为双压凝汽器的示意图。冷却水由左侧进入，右侧排出。凝汽器汽侧用密封的分割板隔成互不相通的两部分，进水侧的冷却水温较低，汽侧压力也低出水侧冷却水温较高，汽侧压力也较高，这就构成了双压凝汽器。依此类推，可以制成三压式、四压式，在美国最多有六压式。优点：1、在一定条件下，多压凝汽器的平均折合压力比单压式的低，平均凝汽温度降低，亦即降低平均凝汽器真空。2、利用高压凝汽器的高温凝结水加热低压凝汽器的低温凝结水，减少低压加热器抽汽量，减小发电热耗率。七、多压式凝汽器缺点：系统复杂，增大水阻。多压式凝汽器更适用于汽温高的地区(tw1高)、缺水地区(m小)和回流供水(m小，△t大)的机组。向心式管束布置的凝汽器在组装中七、多压式凝汽器（一）凝汽器运行状况好坏的标志（1）能否达到最有利真空；（2）能否保证凝结水的水质合格；（3）凝结水的过冷度能否保持最低。八、凝汽器运行（二）凝汽器运行中的主要监视参数（1）凝汽器内的真空；

（2）凝汽器入口的排汽温度；（3）凝结水温度；（4）凝汽器的冷却水进、出口温度；（5）凝汽器冷却水的出入口压力差；

（6）凝汽器热水井水位；（7）循环水泵的电流。真空急剧恶化的原因及处理：1、循环水中断现象：凝汽器真空急剧下降，排汽温度显著上升，循环水泵电流到零或只有空载电流，凝汽器的循环水进出口无压力差。处理方法：

1）首先启动备用循环水泵，关闭事故水泵得出水门；若两台水泵都处于运行状态同时跳闸时，及时发现未反转时，可强行合闸。强行合闸无效时，应关闭两台泵的出口门，启动临近机组的备用泵供水。（三）真空恶化的原因及判断方法八、凝汽器运行2）若离心式循环水泵电流降至空载数值时，表明循环水泵虽在运转，但已断水。应查明原因作如下处理：若是吸水池水位过低，应立即关闭循环水系统排水门并补充水源，待水位升高后重新启动；若是水泵吸水侧漏入空气，则应更换盘根，消除漏气点，同时启动真空抽气系统抽出漏入空气。如果水池水位不低，则应检查入口并清理杂物，然后重新启动。2、凝汽器满水现象：凝结水位升高，淹没了抽气器入口空气管口，空气不能被抽出原因：铜管破裂、凝结水泵故障，负荷增加时未开大主凝结水门，误开大再循环水门、软化水门等。处理方法：启动备用凝结水泵，根据负荷增加情况相应开大凝结水出水门，关小再循环水门，使凝汽器水位恢复正常。八、凝汽器运行3、低压轴封供汽中断；4、抽汽器的汽（水）源中断；5、真空系统管道严重漏气。真空缓慢下降的原因及处理：

1、循环水量不足；2、抽气器工作失常；

3、凝汽器水位升高；4、真空系统管道及阀门不严密漏气；

5、凝汽器冷却表面污脏。真空下降的影响及处理基本原则：1、影响：使机组的经济性下降；严重时排汽温度升高易引起排汽缸变形，引起汽轮机动静摩擦。2、处理基本原则：减负荷运行并查找原因，予以消除，如真空下降至极限值时，仍无法消除作紧急停机处理。八、凝汽器运行（四）凝结水过冷却的监视及其消除

凝结水过冷度也是随热负荷而变化的。一般在小负荷的情况下，过冷度较大。产生过冷却的原因：凝汽器内积有空气；凝结水位过高；凝汽器内管子排列不佳或布置过密。消除过冷却常用方法：合理安排、布置凝汽器的管束，减小汽阻；利用排汽回热加热凝结水；加强真空系统维护，减少漏气量及空气的积聚；加强运行监督、维护、调整工作，使凝汽器水位维持在正常值。八、凝汽器运行（五）凝结水质的监督与对策凝结水质的不良大部分是由于冷却水漏入凝汽器的汽侧所至，若发现水质不合格时，则应查出漏泄的水管，然后用木塞或紫铜块堵死。铜管的漏泄原因通常有：铜管在管板上的接口不严密；铜管受机械振动、电化学腐蚀和化学腐蚀等产生破裂。循环水长时间中断时，要等到凝汽器温度低于50才能重新向凝汽器供水？当循环水中断后，排汽温度很快升高，凝汽器的拉筋、低压缸铜管均作横向膨胀，此时通入循环水铜管首先受到冷却，而低压缸、凝汽器的拉筋却得不到冷却，这样铜管收缩，而拉筋不收缩，铜管会有很大的拉应力。将会使铜管端部胀口拉松，造成铜管泄漏。八、凝汽器运行？（一）凝汽设备汽侧的严密性

1、真空严密性试验（每月一次）

条件：80%负荷，抽气器的空气阀严密，保持负荷和参数稳定。实验步骤：缓慢关闭凝汽器的抽空气门直到全关。机组稳定1分钟后，记录真空值的变化，连续记录5分钟，

注意：试验中真空的变化，如下降超过某一定值应停止试验恢复运行并查找原因。

结果分析：真空下降值小于3mmHg/min为良好；超过5mmHg/min为严密性不合格；4mmHg/min为合格。

九、凝汽设备的严密性的检验方法2、查找漏气点的方法：蜡烛火焰法（不适用于氢冷发电机系统）；汽测灌水试验法（最有效的方法但须在机组停运情况下进行）；氦气检漏仪法。

3、凝汽器灌水试验:汽轮机大修后真空系统灌水试验，检查严密性，检查时可采用加压法，压