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1、汽轮机的凝汽设备,第五章,第五章 汽轮机的凝汽设备,第一节 凝汽设备的任务及组成第二节 表面式凝汽器的结构及分类第三节 凝汽器的热力特性第四节 抽气器第五节 凝汽器的运行与监督第六节 凝汽器的清洗,第一节 凝汽设备的任务及组成,5.1 凝汽设备的任务及组成,凝汽设备是凝汽式汽轮机装置的重要组成部分之一，它的工作情况直接影响到整个装置的热经济性和运行可靠性。,凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起着冷源作用。降低汽轮机排汽的压力和温度，就可以减小冷源损失，提高循环热效率。,一、凝汽设备的任务,热力循环,热效率曲线,5.1 凝汽设备的任务及组成,在凝汽器中，不断循环的冷却水创造凝汽器中的低温环境，使排
2、汽释放汽化潜热而发生凝结。凝汽器中蒸汽凝结的空间是汽液两相共存的，汽侧压力等于蒸汽凝结温度所对应的饱和压力。蒸汽凝结温度由冷却条件决定。只要冷却水温不高，蒸汽凝结温度也不高，一般为30左右，所对应的饱和压力约为4-5kPa,该压力大大低于大气压力，从而在凝汽器中形成高度真空。,凝汽设备的最主要的作用有两方面：一是在汽轮机排汽口建立并维持一定的真空；二是保证蒸汽凝结并回收凝结水作为锅炉给水。此外，凝汽设备还是凝结水和补给水去除氧器之前的先期除氧设备；接受机组启停和运行中的疏水和甩负荷过程中旁路排汽，以回收热量和减少循环工质损失。,5.1 凝汽设备的任务及组成,二、凝汽设备的组成,以水为冷却介质的
3、凝汽设备，一般由凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵以及它们之间的连接管道和附件组成。最简单的凝汽设备示意图如图示。,最简单的凝汽设备示意图,1.凝汽器：凝结乏汽，建立真空，收集凝结水并进行除氧。2.循环水泵：提供连续足量的循环冷却水，带走蒸汽的热量。3.凝结水泵：向锅炉输送洁净的给水。4.抽气器：排出不凝结气体，维持凝汽器真空。,三、凝汽设备的要求,凝汽设备满足的要求：1.具有较高的传热系数；2.有良好的严密性；3.尽可能的降低凝结水的过冷度。4.凝汽器的汽阻、水阻要小。5.力求抽气功耗最小；6.凝结水的溶氧量要小；7.便于安装、检修、清洗维护。,5.1 凝汽设备的任务及组成,第二节 表面式凝
4、汽器的结构和类型,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,凝汽器可分为表面式和混合式两大类。根据冷却介质不同，表面式凝汽器又分为空气冷却式和水冷却式两种。其中，水冷却式凝汽器应用得较广泛，因此，水冷却表面式凝汽器常简称为表面式凝汽器。空冷式凝汽器只在缺水地区使用。,空气冷却凝汽器是以空气作为冷却介质，把蒸汽凝结成水。发电厂采用翅片管式的空冷散热器，直接或间接用环境空气来冷凝汽轮机排汽的冷却系统，称为空冷系统。采用空冷系统的汽轮发电机组简称为空冷机组。与同容量湿冷机组相比，空冷机组冷却系统本身可节水97%以上，全厂性节水约65%。所以，空冷机组是“富煤缺水”地区或干旱地区建设火力发电厂的最佳选择。,5
5、.2 表面式凝汽器的结构和类型,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,汽轮机排汽管道,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,排汽管道的布置,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,水冷表面式凝汽器的结构简图如图。,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,一、表面式凝汽器的分类,汽流向心式,汽流方向,冷却水流程,单流程,水室形式,单一制,对分制,汽流向侧式,双流程,多流程,汽侧压力,单压,多压,汽流向上式,汽流向下式,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,管束隔板,冷却管束,抽气口,挡
6、板,空气冷却区,热井,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,二、凝汽器的构造,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,1.凝汽器的外壳 材料：生铁铸造或钢板焊接 外形：圆形（中小机组）或方箱形（大机组）,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,2.水室和端盖 材料：生铁或钢板,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,3.管板和隔板 材料：黄铜和不锈钢,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,4.凝汽器管 材料：铜管、不锈钢管或钛管,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,凝汽器管的排列方式,斜
7、放正方形排列方式,三角形排列方式,辐向排列方式,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,“卵状”管束布置形式,管束布置形式,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,“教堂窗式”管束布置形式,管束布置形式,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,“带状”管束布置形式,管束布置形式,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,“将军帽”状管束布置形式,管束布置形式,5.凝汽器与汽轮机排汽口的连接,5.2 表面式凝汽器的结构和类型,第三节 凝汽器的热力特性,5.3 凝汽器的热力特性,由表面式凝汽器的工作原理可知，在理想情况下，凝汽器的压力应等于冷却水温所对应的饱和蒸汽压力。实际情况下，凝汽器的压力总是高于这一理想压力。,一、凝
8、汽器内压力 的确定,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,道尔顿定律：汽侧空间的总压力是组成气体分压力之和,利用混合气体关系式,求得,假定：,凝结99%，干度x=0.01,凝结99.9%，干度x=0.001,凝结99.99%，干度x=0.0001,5.3 凝汽器的热力特性,主凝结区，总压pc蒸汽压力ps，ps决定于汽、水共存的热平衡温度，即对应压力下水蒸汽的饱和温度。凝汽器内的温度决定于蒸汽凝结和冷却水加热的换热过程。,空冷区，空气所含比重逐渐变大，ps才明显小于pc，ts下降，汽气混合物才被冷却。,5.3 凝汽器的热力特性,通常，
9、凝汽器的压力是指凝汽器喉部的压力（主凝结区），所以，凝汽器的压力可以通过计算凝汽器中蒸汽的凝结温度来确定凝汽器的压力。,水,冷却水温升,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：,5.3 凝汽器的热力特性,凝汽器中蒸汽与冷却水温度沿冷却面积的分布示意图,影响凝汽器内压力的三个因素：,冷却水进口温度,季节与气候（主要因素）,同样条件,供水方式,由热平衡方程求得：,2.冷却水温升,冷却水的温升可根据凝汽器的换热方程求得。,蒸汽的放热量等于冷却水的吸收量。热平衡方程为：,5.3 凝汽器的热力特性,冷水塔和喷水池的冷却效果,
10、开式,闭式,水源-江、河、湖、海,直流（开式）供水,(4.2.3),循环倍率m：,冷却水量与被凝结蒸汽量之比。,m,真空,初投资,循环水泵电耗,循环水泵容量 循环水管路阻力 末级叶片长度,m=50120,单流程（水阻小）,m取较大值,双流程（水阻大）,循环（闭式）供水,m取较小值,开启台数,是汽化潜热，考虑湿度后，在21402220KJ/Kg左右，取平均值，则,5.3 凝汽器的热力特性,一般汽轮机运行时，排汽量由外界负荷决定，不可调节，所以控制冷却水温升的主要手段就是改变冷却水量。冷却水量主要由循环水泵的容量和运行台数决定。冷却水量增加，t减小，排汽压力降低,则汽轮机发出功率增加。但无论从设计
11、角度还是运行角度来说，都不是真空越高越好。对于一台结构已定的汽轮机，蒸汽在末级存在极限膨胀压力。若排汽压力低于该值，则蒸汽的部分膨胀只能发生在动叶之后，产生膨胀不足损失，汽轮机功率不再增加，反而还因凝结水温降低、最末级回热抽汽量增加而使机组功率减小。凝汽器的极限真空就是指使汽轮机作功达到最大值的排汽压力所对应的真空。而且，要达到凝汽器的极限真空，需要大幅度增加循环水量，导致循环水泵功耗增加，在经济上不合算。,5.3 凝汽器的热力特性,运行中，机组要尽量保持在凝汽器的最佳真空下工作。最佳真空就是指提高真空后所增加的汽轮机功率与为提高真空使循环水泵多消耗的厂用电之差达到最大时的真空值。实际上，运行
12、循环水泵可能有几台，循环水量也不能连续调节，所以应通过试验确定不同负荷及不同进口水温下的最佳真空。,5.3 凝汽器的热力特性,3.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。采用集总参数模型,对数平均温差,tw1,主凝结区,空冷区,空冷区面积较小，假设ts沿整个换热面不变：,5.3 凝汽器的热力特性,5.3 凝汽器的热力特性,影响 的主要因素,设计时,运行时,冷却面积Ac,杂物堵塞，人为堵塞(铜管泄漏后),由此求得,5.3 凝汽器的热力特性,（2）影响汽侧放热系数的因素：,（3）影响管壁导热系数的因素：,管壁厚度,材料导热系数,尽量采用导
13、热性能优良的铜,管内结垢,对耐腐蚀有较高要求时可选用钛管或不锈钢管,5.3 凝汽器的热力特性,流速（主要因素）,对流传热,循环水泵功耗铜管冲刷严重,（4）影响水侧热阻的因素：,最佳水速：1.52.0m/s,凝汽器的热力特性：凝汽器压力 随、和 变化而变化的规律。也称为凝汽器的变工况特性，相应的曲线称为凝汽器的热力特性曲线。,二、凝汽器的热力特性,凝汽器的变工况：凝汽器偏离设计参数的运行工况。,5.3 凝汽器的热力特性,第四节 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
14、流式抽气器,容积泵,母管制小型机组,大型机组,水环式真空泵,机械式真空泵,逐步取代射水抽气器,5.4 抽气器,一、射汽抽气器,工作蒸汽,压缩后的汽气混合物,汽气混合物,高度真空抽吸动量交换 夹带,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,5.4 抽气器,射汽抽气器,启动抽气器,主抽气器,5.4 抽气器,二、射水抽气器,工作水室,逆止阀,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，形成高速射流，产生高度真空，抽吸凝汽器气汽混合物，在混合室中携带不凝结气体运动。水射流达到一定行程后发生破碎，与不凝结气体产生
15、碰撞进行强烈的动量交换，对混合气体进行压缩升压，然后利用水柱自重对其进一步压缩。,不回收工质,缺点,噪音大,效率低,5.4 抽气器,5.4 抽气器,5.4 抽气器,5.4 抽气器,空腔46的容积 排气过程。,空腔13的容积 吸气过程；,三、水环式真空泵,外壳,偏心叶轮,工作水,同心水环,假如叶轮不偏装,水环,5.4 抽气器,工作条件,叶轮偏心必须安装,泵壳内有足量的工作水,5.4 抽气器,5.4 抽气器,第五节 凝汽器的运行与监督,凝汽设备运行的好坏对整个机组运行的经济性和安全性有很大影响。凝汽设备的运行主要是保证凝汽器维持最有利真空、减小凝结水的过冷度和凝结水品质合格。凝汽设备运行时，主要对
16、以下参数进行监视：(1)凝汽器的真空；(2)凝汽器进口蒸汽温度；(3)凝汽器出口凝结水温度；(4)冷却水进出口温度；(5)循环水泵的耗功；(6)冷却水在凝汽器进、出口的压力；(7)凝结水在热井中的水位和水质。,5.5 凝汽器的运行与监督,一、凝汽器真空下降的原因1.真空急剧下降的原因(1)循环水中断；(2)凝汽器水位过高，淹没铜管和抽气口；(3)抽气设备故障；(4)轴封供汽中断；(5)真空系统大量漏气；2.真空缓慢下降的原因(1)真空系统不严密导致漏气；(2)凝汽器水位高；(3)循环水量不足；(4)抽气器效率下降；(5)凝汽器铜管结垢、脏污或堵塞；,5.5 凝汽器的运行与监督,5.5 凝汽器的
17、运行与监督,过冷现象:凝结水温度低于凝汽器入口蒸汽温度的现象。,二、凝结水过冷现象,（1）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。,（3）汽阻使管束内层压力降低，也使凝结温度ts降低,（2）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。,5.5 凝汽器的运行与监督,1.引起过冷的正常原因（表面式凝汽器工作机理决定）：,2.产生过冷的不正常原因,冷却水管束排列不合理；,漏入空气过多或抽气器工作不正常，使空气分压增大；,凝结水位过高，淹没冷却水管，使凝结水被进一步冷却。,3.减小过冷度方法：,5.5 凝汽器的运行与监督,采用回热式凝汽器。,5.6 凝汽器的清洗,一、凝汽器冷却水管的清洗方法,1.机械方法：毛刷清洗、喷枪清洗、胶球清洗。2.化学方法：苛性钠清洗、盐酸清洗。3.其他方法：高压射流清洗法、热干燥清洗、反冲洗。,二、胶球清洗,5.6 凝汽器的清洗,第六节 凝汽器的清洗,（20min）,5.6 凝汽器的清洗,
