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1、1凝汽设备的作用和特性1.1凝汽设备的作用凝汽设备主要由凝汽器（又称凝结器、冷凝器等）、冷却水泵 （或称循环水泵）、凝结水泵及抽气器等组成，其中凝汽器是最主要 的组成部分。在现代大型电站凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设 备起着冷源的作用，其主要任务是将汽轮机排汽凝结成水，并在汽轮 机排汽口建立与维持一定的真空度。凝气设备的任务是：（1）凝汽器通过冷却水与乏汽的热交换，把汽轮机的排汽凝结 成水。（2）凝结水由凝结水泵送至除氧器，经过回热加热作为锅炉给 水继续重复使用。（3）不断的将排汽凝结时放出的热量带走。（4）不断地将聚集在凝汽器内的空气抽出，在汽轮机排汽口建 立与维持高度的真空度。（5）凝
2、汽设备还有一定的真空除氧作用。（6）汇集和贮存凝结水、热力系统中的各种疏水、排汽，能够 缓冲运行中机组流量的急剧变化、增加系统调节稳定性。图1.1为简单的凝汽设备原则性系统。冷却水泵抽来的具有一定 压力的冷却水（地下水、地表水或海水），流过凝汽器的冷却水管。 汽轮机的排汽进入凝汽器后，蒸汽凝结成水释放出的热量被由冷却水 泵不断送来的冷却水带走，排汽凝结成水并流入凝汽器底部的热水井， 然后由凝结水泵送往加热器和除氧器，送往锅炉循环使用。抽气器不 断地将凝汽器内的空气抽出以保持高度真空图1.1凝汽设备的原则性系统1一汽轮机；2一发电机；3一凝汽器；4一抽汽器；5一凝结水泵；6一冷却水泵 优良的凝气
3、设备应满足以下要求：（1）凝汽器具有良好的传热性能。主要通过管束的合理排列、 布置、选取合适的管材来达到良好的传热效果，使汽轮机在给定 的工作条件下具有尽可能低的运行背压。（2）凝汽器本体和真空系统要有高度的严密性。凝汽器的汽侧 压力既低于壳外的大气压力，也低于管内的水侧压力。所以如果 水侧严密性不好，冷却水就会渗漏到汽侧，恶化凝结水水质；如 果汽侧严密性不好，空气将漏入汽侧，恶化传热效果。（3）凝结水过冷度要小。具有过冷度的凝结水将使汽轮机消耗 更多的回热抽汽，以使它加热到预定的锅炉给水温度，增大了热 耗率。同时，过冷也会使凝结水的含氧量增大，从而加剧了对管 道的腐蚀。因此现代汽轮机要求凝结
4、水过冷度不超过2C。（4）凝汽器汽阻、水阻要小。蒸汽空气混合物在凝汽器内由排 汽口流向抽气口时，因流动阻力使其绝对压力降低，常把这一压 力降称为汽阻。汽阻的存在会使凝汽器喉部压力升高，凝结水过 冷度及含氧量都增加，引起机组的热经济性降低和管子的腐蚀。 对大型机组汽阻一般为2 10-4MPa。水阻是冷却水在凝汽器冷 却管中的流动阻力和进出管子及进出水室时的局部阻力之和。水 阻的大小对冷却水泵选择和管道布置都有影响，应通过技术经济 比较来确定。（5）抽气设备功耗要小。与空气一起被抽出的未凝结蒸汽量应尽可能地小，以降低抽气器功耗。通常要求被抽出的蒸汽空气混合 物中，蒸汽含量不超过2/3。（6）凝结水
5、的含氧量要小。凝结水含氧量过大将会引起管道腐 蚀并恶化传热。一般要求高压机组凝结水含氧量小于0.03mg/L。 现代大型凝汽器，除了合理布置管束和流道以尽量减少汽阻，从 而减少凝结水含氧量外，还设有专门的除氧装置，以保证凝结水 含氧量在规定值以下。（7）凝汽器的总体结构和布置方式应便于清洗冷却水管、便于 运输和安装等。例如国产首台600MW机组凝汽器装配好后，无 水时的重量达1343t，高约15m，这种庞然大物必须便于运输安 装。国产首台600MW机组凝汽器冷却管长达14.792m，管子总 根数则多达30300根，这样多而细长的管子清洗工作只有由自动 清洗系统承担。1.2凝汽器的结构和作用凝汽
6、器是一种固定板管壳式换热器，凝汽器管侧（或称冷却水侧） 包括冷却管、管板、水室等，凝汽器壳侧（或称汽侧）属于真空容器。 凝汽器可分为混合式与表面式两大类。在混合式凝汽器中，蒸汽与冷 却水直接混合，这种凝汽器结构简单，成本低，但其最大的缺点是不 能回收凝结水，所以现代汽轮机都不采用混合式凝汽器，全部采用表 面式凝汽器。在表面式凝汽器中，冷却工质与蒸汽冷却表面隔开互不接触。根 据所用的冷却工质不同，又分为空气式冷却式和水冷却式两种。水冷 却式凝汽器是最常用的一种，由于用水做冷却工质时，凝汽器的传热 系数高，又能在保持洁净的和含氧量极小的凝结水的条件下，获得和 保持高度真空，因为现代电站汽轮机中主要
7、采用水冷却式凝汽器，只 有在严重缺水地区的电站，才使用空气冷却式凝汽器。表面式凝汽器结构见图1.2。凝汽器外壳通常呈椭圆形或矩形，两 端连接着形成水室的盖端5和6,盖端与外壳之间装有管板，管板上装 有很多冷却水管，使两端水室相通。冷却水从进口进入水室8，经冷 却水管进入另一端水室9,转向从出口流出。汽轮机排汽从排汽进口 进入凝汽器冷却水管外侧空间，通常称为汽侧，并在冷却水管外表面 凝结成水，凝结水汇集到热水井后由凝结水泵抽出。冷却水在凝汽器 中要经过一次往返后才排出，这种凝汽器称为双流程凝汽器：若不经 过往返而从另一端直接排出则称为单流程凝汽器。在缺水地区还可以 采用三流程或四流程等多流程凝汽
8、器。图1.2表面式凝汽器结构1-排汽进口； 2一凝汽器外壳；3一管板；4一冷却水管；5、6水室的端盖；7水室隔板；8、9、10水室；11一冷却水进口； 12一冷却水出口； 13-热水井汽轮机排汽在凝汽器内的凝结过程基本上是等压过程，其绝对压 力取决于蒸汽凝结时的饱和温度，此温度决定于冷却水温度（大致为 030吒）以及冷却水与蒸汽之间的传热温差（一般约为1020。0。考 虑到大气压力下蒸汽的饱和温度为100。，因此凝汽器是在远低于大气 压力下及较高真空条件下工作的。既然凝汽器要在真空条件下工作， 所以必须利用抽气器在凝汽器开始工作时将其壳侧空气抽出以建立真 空，并且将凝汽器工作过程中从真空系统不
9、严密处漏入的空气以及夹 带在汽轮机排汽中的空气不断的抽出，以维持真空。凝汽器中真空的形成主要原因是由于汽轮机的排汽被冷却成凝结 水，其比体积急剧缩小。例如在绝对压力为4kPa时蒸汽的体积比水的 体积大3万多倍。当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器内 形成高度真空。凝汽器内真空的形成和维持必须具备三个条件：凝汽 器铜管必须通过一定的冷却水量；凝结水泵必须不断地把凝结水抽走，避免水位升高，影响蒸汽的凝结；抽气器必须把漏入的空气和排汽中 的其他气体抽走。我国设计制造的主要类型凝汽器的主要特性见表1.1表1.1我国设计制造的主要类型凝汽器的主要特性项目单位N-6815-1N-15300-1N-1
10、6800-1N-36000-1配置对象N100- 90(8.82)*N300N300N600压力PkkPa4.95.214.94.5/5.5冷却面积Am26815155271680018000*2冷却水温LC20202020冷却水流量t/h15420400003700067700汽轮机排气量Dt/h257566.9575.41100.5zp冷却管根数根1033621792197325610*8冷却管材HA177-2主凝区Hsn70-1 空 气区B30钛管（海水）主凝区为加 砷锡黄铜 管，空气区 B30冷却管规格mm26x125x125x0.525x1冷却水阻kPa47.739.258.8262
11、.4干质量t152.7327322820* 90(8.82)表示新蒸汽压力为 90at 或 8.82MPa，1at=0.0980665MPa。1.3凝汽器压力凝汽器压力是凝汽器壳侧蒸汽凝结温度对应的饱和压力，但是实 际上凝汽器壳侧各处压力并不相等。所谓凝汽器压力是指蒸汽进入凝 汽器靠近第一排冷却管管束约300mm处的绝对压力（静压），用pa表 示，也叫凝汽器计算压力。凝汽器进口压力是指凝汽器入口截面上的 蒸汽绝对压力（静压），用pk表示，或称排汽压力，又称汽轮机背压。 大型凝汽器的压力通常采用真空计测量，目前有的机组已采用绝对压 力表测量，测点布置在离管束第一排冷却管约300mm处，如图1.3
12、所。通常情况下，我们常把凝汽器压力看成排汽压力凝汽器计算压力Pk= PPv式中pv一真空计所示的凝汽器真空值 pam一气压计所示水银柱高度，Pa； pk凝汽器计算压力，Pa。曹.史图1.3凝汽器压力的测量凝汽器真空等于当地大气压力减去凝汽器排汽压力值。真空每降 低1kPa，或者近似地说真空度每下降一个百分点，热耗约增加1.05%。凝汽器真空度=凝汽器的真空值（kPa） 当地大气压力(kPa) x100%真空度是指凝汽器的真空值与当地大气压力比值的百分数，即:凝汽器压力的高低是受许多因素影响的，其中主要因素是汽轮机 排入凝汽器的蒸汽量、冷却水的进口温度、冷却水量。排汽压力越低，机组效率越高，因此
13、只有使进入汽轮机的蒸汽膨 胀到尽可能低的压力，才能增大机组的理想焓降，提高其热经济性。 图1.4为一次中间再热亚临界机组热效率与排汽压力的关系。该汽轮 机新蒸汽压力p0= 16-67 MPa，新蒸汽和再热蒸汽温度。=1 = 537c， 再热压力pr = 3 665MPa，机组容量300MW，可以看出，若没有凝气 设备，汽轮机的最低排汽压力是大气压，循环热效率nt只有37.12%， 而当排汽压力为5kPa时，七=45-55%，两者之间的相对值“达 18-5%，因此，降低排汽压力对提高经济性的影响是十分显著的。图1.4 一次中间再热亚临界机组的热效率与排汽压力的关系汽轮机的排汽压力也不是越低越好，
14、它有一个最佳值，这个最佳 值受两方面因素的影响。一方面，降低排汽压力需要增大凝汽器的冷 却面积，增加冷却水量，进而增大厂用电率和运行费用。因此，机组 排汽压力降低时，虽然使汽轮机的理想焓降增大，机组功率相应增大， 但凝汽器设备所消耗的功率也同时增大，这就会出现在某个排汽压力 下，汽轮机因真空的提高而增加的功率等于或小于凝汽器设备所增大 的能量消耗，因此，继续降低排汽压力就会得不偿失。另一方面，排 汽压力降低时，其体积急剧增大，汽轮机排汽部分的尺寸将显著增大， 未级叶片高度也相应增大，使机组结构复杂。若使未级尺寸不变，则 势必增大末级排汽余速损失，这样降低排汽压力所得到的效益也就被 抵消了。因此
15、近代汽轮机的设计排汽压力一般在 0.00290.0069MPa 的范围内，而不采用更低的数值。2凝汽器的工程热力计算2.1热平衡方程根据传热学理论，假定不考虑凝汽器与外界大气之间的换热，则 排汽凝结时放出的热量等于冷却水带走的热量，其热平衡方程式为Q = D (h - h ) = KAt A = D (t -1 )c zp s cm w 21 p (2-9)可近似地认为hc = 4-1868 tc可近似地认为电一 hc) = 520、41868式中Q 一凝汽器热负荷，kW；Dzp 一凝汽器蒸汽负荷，即汽轮机排汽进入凝汽器的蒸汽量，kg/s；Dw 进入凝汽器的冷却水量，kg/s；hs一汽轮机排汽
16、的焓值，kJ/kg；hc一凝结水的焓，kJ/kg；kW / m2 C.；C；m2；C；C；t 一凝结水的饱和温度；K一总传热系数Atm 一对数平均温差，A一冷却却面积12 一冷却水出口温度： t 一冷却水进口温度，cp 一冷却水比定压热容，kW/m2C，可根据冷却水平均2+10 温度 2 查得，在低温范围内一般淡水计算取c = 4.1868 KJ / kg - C；kJ/s；Dzp ( hs - h)一蒸汽凝结成水时释放出的热量，K AtmA 一通过冷却管的传热量，kJ/s；Dw (t2 - t1)cp 一冷却水带走的热量，kJ/s。从式(2-2)可以看出t=t t=气(hW pw(2-2)所
17、以当Dzp降低或Dw增加时，减小，蒸汽温度ts减小，即凝汽器压力pk降低了，真空提高，反之亦然。Dm = dD 520At = 520zp =D mwzp(2-3)则式中m 一凝结1kg排汽所需要的冷却水量，称为冷却倍率。当冷却水量Dw在运行中保持不变时，则冷却水温升At与凝汽器蒸汽 负荷成正比关系。m越大，At越小，凝汽器就可以达到较低的压力。 但是m值增大，消耗的冷却水量和冷却水泵的电耗也将增大。现代凝 汽器的m值通常在50100范围内。一般在冷却水源充足、单流程、 直流供水时，选取较大值；水源不充足、多流程、循环供水时，选取 较小值。冷却水的温升一般在512吒之间。在运行中，降低At，或
18、 降低排汽压力，主要依靠增加冷却水量Dw来实现的。2.2对数平均温差(2-4)冷却水在流过凝汽器管束时，不断吸收由管壁传来的蒸汽汽化潜 热而升温，蒸汽的温度因不凝结气体和流动阻力的存在，随着凝结过 程的进行而不断降低。这两者造成了传热温差沿冷却面得变化。但在 凝汽器的大部分区域内，即主凝结区内，蒸汽的饱和温度与凝汽器入 口压力下的饱和温度ts相差不大，可以近似地认为蒸汽温度等于凝汽 器入口压力下的饱和温度L。现在研究微元换热面dS中的传热变化规 律，冷却水温度由入口的t1升高到出口时的七，在dS中蒸汽温度为L， 冷却水温度为L，两者之间的传热温差为 t = t t x s w(2-5)对该式微
19、分，并考虑到蒸汽温度不变，则有 d(At ) = dt dt = dtdQ = K At dS通过微元换热面dS的传热量为(2-6)如果忽略散热损失，可以认为蒸汽放出的汽化潜热dQ完全被冷却 水吸收，假设冷却水在dS中温度升高了 dtw，于是(2-7)dQ = D c dt所以dQd (At ) = -dt =zK At dS- D cw pK dSDxK = Kd (At )X-AtX假定传热系数在整个传热换面上保持不变 积分得(2-8)(2-9)对上式式中jAtx 竺2At At%K f sD c 0wpdS(2-10)AtInxAtD ci *_ K .ln 2、= DTaw p-At
20、= Ate DwcpKS51 = Ate DwCpAt 一换热面始端（及S = 0，流体入口处）的传热温差;5 t 一在换热面终端，（七=A时）的传热温差；AtX 一在换热面Sx时的传热温差K 一传热系数。KS一X 由于 At = Ate Dw Cp,而且整个换热面上平均传热温差为At = A M At dS(2-11)(2-12)(2-13)(2-14)(2-15)At,-世(e Dwcp 1)KA / D c(2-16)Ate Dwcp1 51 _ K ln 章=dtawp ，二_ （e -玄-1） = * （五-1）KA / D cln * Zw P序_ 81-E _ （t 一t ）（t
21、 一t） _ t 一t c s 2 s 1 21i 81、t -1、 t -1ln In 2In 1-Att tt t_AtAt + 81ln 8t（2-17）这就是电站凝汽器设计计算中广泛采用的平均温差计算公式，即Atm t t ln 1（2-18）排汽温度可通过拟合公式比较精确地计算出来，即p 9.81 x 10-6 x (ts -100)7.46 (MPa) k 57.66式中L一为pk对应的蒸汽饱和温度，OC，查汽水热力性质表；1一冷却水进口温度，根据电厂所在地区的年度平均气温确t t2ts定，一般北方地区为1015C，中部与南方为2015C；1 一冷却水温升At，C；-t2 一传热端
22、差8 t，C，一般在310C之间，对多流程凝由于公式汽器取5C，单流程凝汽器取7C。(2-18)中含有对数项，所以这个平均传热温差常称为对数 W 泪手木曰 K At A D (t t )c 徂 平均温差。乂根据m w 2 1 p得t t AtAtm L t = A7+87ln 1 ln t t81At_i187D AtAt + 8tKAW所以in8TAt + 81KA4.187 Dwln-81KAe 4-187Dw因而(2-19)At520DzpDwKAKA-e 4.187 D 1 e 4.187 D 1ww(2-20)A =岑 ln QK 6t（2-21）可见6 t与Dw的关系比较复杂，当K
23、值和冷却水量Dw保持不变时， 6 t与蒸汽负荷Dq成正比关系，见图2.1中虚线所示。对于正常运行的 凝汽器（冷却管无堵塞、真空系统严密），端差6 t可用下面的经验公式计算，即61 = 一-一 (d + 7.5)(2-22)(2-23)31.5 +1 n1d =3600Dn AL二叫Cn二和匚切.成一烟rrTg图2.1端差61与气 A及t1的关系式中d凝汽器单位面积的蒸汽负荷（也叫凝汽器比蒸汽负荷），kg /m2 -h，即单位时间内在单位面积上冷凝的蒸 汽量；n表示凝汽器清洁程度和严密性的系数，可用在设计条件 下的t1、dn和6值代入式（2-22）求得，通常n = 57。清洁度越高，严密性越好，
24、则系数的数值越小;A 一凝汽器的冷却面积，m2 ； ti 冷却水进口温度，C； 气进入凝汽器的排汽量 又由于排汽饱和温度(2-24)所以, n3600D520D,(2-25)则排汽t 35(w + 7,5) +斗 +11w可见，对于运行正常的凝汽器，如冷却水量Dw保持一定 饱和温度L与冷却水进口温度t1和蒸汽负荷之Dq间存在着固定关系。 而对应于每一排汽饱和温度L值均可在水蒸气表上查得相应的排汽压 力Pk。所以当冷却水量Dw保持不变时，对应的每一冷却水进口温度t1 值均可得到凝汽器压力Pk与凝汽量之间的关系曲线，这些曲线称为凝汽器的热力特性曲线，凝汽器的压力与凝汽量、冷却水进口温度、冷 却水量
25、之间的变化关系称为凝汽器的热力特性。N75型汽轮机配用的 N05型凝汽器的热力特性曲线见图2.2，它是在同一冷却水量1239。/h 下，对应不同的冷却水进口温度进行计算的。冷牌本一心0 0MO.OU8JW6图2.2 N05型凝汽器的热力特性曲线应当指出，上述关系是在假定Dw保持不变时，传热系数K不变的 条件下得出的，实际上K在Dw不变时也与Dzq和1有关。实践证明， 当Dq变化不大时，K值几乎保持不变，但在Dq小于设计值较多时 (冷却水量保持不变)，K值将开始随之明显降低，而且降低的速度 越来越快（原因是低负荷时真空区扩大，漏入的空气量增加所致）， 最后能把由蒸汽负荷减少带来的凝汽器压力的降低
26、因素抵消掉，即凝 汽器压力不再继续随蒸汽负荷减小而降低。这时5将不再随蒸汽负荷 %的减小而减小，而是维持不变（见图2.2实线）。另外，从公式（2-24）可知，当冷却水温升也减小时，凝汽器端 差5，增大，5，和也成反比。但是从公式（2-20）表面上看，好像5， 和也又成正比，怎样理解这一矛盾现象呢？实际上式（2-2）说明， 冷却水流量气与冷却水温升也成反比，当冷却水温升也减小时，说 明冷却水流量D增加，而对于一定的凝汽器，其K和A基本KA不变，所以.七,值随着Dw增加而减小。由于气与也变化速率相KA等，而彖牝2.718）又大于1，因此气,值减小幅度远大于*减小幅 度，导致凝汽器端差5，最终增大。
27、当然如果冷却水流量气不变，随着 运行时间的累计，凝汽器管子脏污，必然引起凝汽器的总传热系数KA随K减小，致使气值减小。另一方面，凝汽器的总传热系数K 减小，导致冷却水温升也减小，但总的结果是凝汽器端差51最终增大。 也就是说公式（2-24）和公式（2-20）是一致的，并不矛盾。2.3总传热系数大型凝汽器管子成千上万，由于汽轮机排汽口处蒸汽的速度分布 本来就不均，加上凝汽器喉部几何特性和装设在喉内部的各种设备（如低压加热器、抽汽管道等）和零部件对排汽流速的影响，使得流 向凝汽器管束的各区域和各汽道甚至每一根冷却管的蒸汽流速极不均 匀。在蒸汽流向管束内部深入流动的过程中，一方面蒸汽不断凝结， 气流
28、速度程度不同地不断减少，另一方面蒸汽夹带不可凝结的空气含 量在真空条件下也程度不同地不断增加，这两种变化因素对冷却管蒸 汽侧凝结放热强度有显著影响，管束各区域的冷却管甚至每一根冷却 管的传热系数都是不相同的。凝汽器冷却水从进入接管进入水室后， 流向管板面上各冷却管的流速显然不可能是均匀的，这就决定了各冷 却管水侧的对流放热系数各不相同。因此要准确计算凝汽器的总传热系数几乎是不可能的事情，一般采用理论分析和经验公式相结合的计 算方法。经验公式形成的方法是：对于清洁管子，在一定的冷却水入 口温度、管子直径和冷却水流速下，测定凝汽器的基本平均传热系数 K。以此为基准，根据上述条件中的某一条件改变时所
29、得到的试验结 果，逐一对这个基本平均传热系数进行相应的修正，从而得到凝汽器 的总平均传热系数。美国传热学会公式和别尔曼公式计算的总平均传 热系数的偏差都在1%左右，因而在工程计算中得到广泛应用。1.美国传热学会公式美国传热学会(heat exchanger institute)颁布的(HEI-1995)表 面式蒸汽凝汽器规程中，规定凝汽器总传热系数公式(2-26)(2-27)K =& 0 0 KK 人 JV 0 w式中K 凝汽器总传热系数，kW/m2C；K0基本传热系数，kW/m2-C，基本传热系数是用壁厚 1-24mm，海军黄铜制作的新管子，在冷却水入口温度 j21C时，测定的平均传热系数，
30、基本传热系数可查表 2.1，也可以根据公式(2-27)求得；Vw 一冷却管内流速，m/s ；C 一取决于冷却管外径的计算系数，见表2.2；01 冷却水入口水温1修正系数，见表2.3；0m一冷却管材料和壁厚的修正系数，见表2.4；& c一清洁系数，根据冷却水质条件以及对冷却管材料的影响适当选取，见表2.5.表2.1基本传热系数K0取值kW/m2C冷凝管外径(mm)管内水流速度(m/s)1.01.21.41.61.71.8182.74303.00483.24563.46973.57643.6801222.71702.97633.21483.43683.54253.6452262.69102.947
31、83.18403.40393.50863.6104302.66502.91943.15333.37103.47473.5755342.63902.89093.12253.33813.44083.5406382.61302.86243.09173.30523.40693.5057冷凝管外径(mm)管内水流速度(m/s)1.92.02.12.22.32.4183.7813.87923.97504.06854.16004.2494223.74513.84243.93734.03004.12054.2092263.70933.80563.89963.99144.08114.1689303.67343.
32、76893.86203.95284.04174.1286343.63763.73213.82433.91434.00224.0883383.60183.69533.78663.87573.96284.0480表2.2 HEI公式中的计算系数C取值冷却管外径(mm)161922252832353841454851计算系数C2.7472.7062.6652.6232.5822.541表2.3 HEI公式中冷却水入口水温修正系数版取值任）0.01.02.03.04.05.06.0Pt0.6690.6850.7020.7190.7350.7520.768g)7.08.09.010.011.012.01
33、3.0Pt0.7850.8020.8180.8340.8500.8660.883(14.015.016.017.018.019.020.0pt0.8990.9140.9300.9460.9630.9760.989g)21.022.023.024.025.026.027.0pt0.9991.0081.0171.0261.0331.0401.047(28.029.030.031.032.033.034.0pt1.0521.0581.0631.0681.0741.0791.083g)35.036.037.038.039.040.041.0pt1.0881.0921.0961.1011.1061.11
34、01.115g)42.043.044.045.046.047.048.0pt1.1181.1221.1251.1291.1331.1361.140表2.4 HEI公式中冷却管材料和壁厚的修正系数0t取值冷却管材 料冷却管壁厚（mm）0.50.60.70.80.91.01.11.52.0HSn70-11.0301.0251.0201.0151.0091.0071.0010.9870.965HA177-21.0321.0201.0201.0151.0091.0040.9930.9770.955BFe30-1-11.0020.9900.9810.9700.9590.9510.9340.9050.85
35、9BFe10-1-10.9700.9650.9510.9350.9180.9080.8850.8490.792碳钢1.0000.9950.9810.9750.9690.9580.9350.9050.859TP304TP316TP3170.9120.8990.8630.8400.8180.7980.7590.7120.637TA1、TA20.9520.9290.9110.8950.8780.8610.8280.7890.724表2.5清洁系数&c取值项目清洁系数C取值直流供水和清洁水0.800.85循环供水和化学处理水0.750.80脏污冷却水或可能形成矿物沉淀水0.650.75具有连续清洗的凝
36、汽器0.85新铜管（运行铜管）0.85 (0.800.85)新钛管（运行钛管）0.90 (0.850.90)新不锈钢管（运行不锈钢管）0.90 (0.800.90)2.别尔曼公式前苏联在1982年颁布的火力和原子能电厂大功率汽轮机表面式 凝汽器热力计算指示中规定，采用别尔曼公式计算凝汽器总传热系 数，其公式为(2-28)K = 4.07& & c m w t z 61.1v 、=d=w )x=1-bi000m (35- 35C时，中=1+0.002( 35)气一冷却水流程数的修正系数，当冷却水流程数Z = 2时， 中=1也一考虑凝汽器蒸汽负荷变化的修正系数。也用于考虑凝汽器变工况计算时的蒸汽负
37、荷的修正，当 凝汽器在额定蒸汽负荷 气降至(90.012t1)Dq的变工况范围内 运行时，气=1 ;当凝汽器蒸汽负荷进一步降低，即 D (OS-OgpD 时，则D”D”% = (0.9 -0.012)D 2 - (0.9 -0.0z12t)D (2 28)D = (0.9 - 0.012t) D = 0.66 Dzq66%额定蒸汽负荷时，比如降低至5%额定蒸例如，W1=20c，贝 u1zqzq就是说当凝汽器的蒸汽负荷大于或等于 气=1，但当凝汽器的蒸汽负荷进一步降低，汽负荷时，则0.5 D0.5 D% = (0.9 - 0.012t)D 2 - (0.9 - 0.012t)D 卜爵组11zqz
38、qJ)t厂)可见，采用别尔曼公式计算总传热系数时，要预先假定 七和七zqzq值，通过逐步逼近方法最终确定总传热系数。而且别尔曼公式的使用 有条件为冷却水温V 45C，冷却管内流速12.5前S。别尔曼公式的主要特点还是考虑了影响传热系数的各种因素和各种因素之间的关系， 因此计算量大。采用别尔曼公式计算的总传热系数总比采用HEI公式 大5%左右，但基本接近。因此建议采用HEI公式计算总传热系数，既 简单，又准确。2.4凝汽器的冷却面积根据热平衡方程式，凝汽器的冷却面积为(2-30)D (h - h ) _ kzm式中 A 一凝汽器的冷却面积，m2。在实际产品设计计算中，要在计算冷却面积A的基础上考
39、虑堵管 裕量系数n，此时实际采用的冷却面积为A = (1+ n) A一般允许在10%的堵管情况下仍能维持额定负荷，因此A= 1.1 A2.5冷却水管根数和有效长度冷却水管总根数计算公式为N = 1 xW(2-31)兀 p v d 2D = mD式中 气 进入凝汽器的冷却水量，kg/$ ；m 一凝汽器的冷却倍数，一般在50120之间，其具体数值应通过技术经济比较确定；气一凝汽器的负荷，kg/s ；Z 冷却水流程数；p w 一冷却水密度，对于淡水冷却水密度取p W =1000kg /m3 ；七一冷却管内冷却水流速，s，冷却管内冷却水流速在 1-52-5m/s范围内，对于铜合金管一般可1-82-2m
40、/s之间 选取，对于不锈钢管和钛管可以选的高一些；d2 一冷却管内径，m。冷却水流速的选择应考虑下述一些因素：冷却水流速选的高一些，可使总平均传热系数增大，这样可以提 高凝汽器真空或减少凝汽器冷却面积，但与此同时却增大了凝汽器的 水阻，增大了冷却水泵的耗功。例如冷却水流速从L8m/s提高到2m/s， 可使传热系数提高5.5%，而水流阻力损失则增加16%，因此应通过具 体的技术经济比较来综合考虑总平均传热系数和水阻的变化。若冷却水中固形物含量高，流速应选高一些，否则管内壁易被沉 积物覆盖，使传热系数急剧降低。如若黄铜管表面覆盖有5mm的污 垢，则管壁的导热热阻约为清洁铜管的22倍，总热阻增加1.
41、66倍，总 平均传热系数约减少40%。所以对于不清洁的冷却水，为了避免污垢 的沉积，水流速不低于2m/so凝汽器的水阻随流程数目的增大而增加，因而通常单流程凝汽器 的冷却水速可以取得比多流程的高一些。每一种管材都有一个最大允许流速，这是从使用寿命考虑的。水 速过低，不仅传热系数下降，而且容易形成悬浮物的沉积，加速管材 腐蚀。冷却水流程数的选择主要取决于冷却水情况和凝汽器结构两方面。对于冷却水不充足地区的小型凝汽器，通常可选择多流程；而对冷却 水充足地区的大型凝汽器，一般选择单流程。循环倍率取大值，流程 数就可以取小些，冷却面积选得大一些，流程数也可以取小些。关于 冷却水流程数与凝汽器结构因素之间的关系，可以通过下面公式变换 推导出来。因为N = 1 x兀 p v d 2D (h-h )_KZm所以兀 N p v d2 _ 兀 Np v d 2(h h )Z ww_A = ww2 s c(2-32)冷却水流(2-33)4mD4mKAZt式(2-32)表明，在其他参数变化范围很小的情况下 程数随冷却倍率
