汽轮机凝气设备及系统.ppt

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1、1,汽轮机的凝汽设备,教学目标:使学生了解蒸汽在凝汽器内的凝结过程，凝汽器内压力的确定方法，凝汽器内不凝结气体对蒸汽凝结过程的影响；发电厂空冷系统的工作原理；掌握凝汽设备的任务、组成及工作原理，凝汽器的端差、最佳真空的概念，射水式抽气器、射汽式抽气器、水环式真空泵的结构及工作原理。知识点：凝汽设备的任务、组成及工作原理；蒸汽在凝汽器内的凝结过程；冷却倍率、端差、凝汽器的最佳真空的概念；凝汽器内压力的确定方法；凝汽器内不凝结气体对蒸汽凝结过程的影响；抽气器的类型、结构及工作原理；发电厂空冷系统。重 点：蒸汽在凝汽器内的凝结过程；冷却倍率、端差、凝汽器的最佳真空的概念；凝汽器内压力的确定方法；凝汽

2、器内不凝结气体对蒸汽凝结过程的影响。难 点：凝汽器内压力的确定方法；凝汽器内不凝结气体对蒸汽凝结过程的影响。,2,现代火电厂都用凝汽式汽轮机发电。因此，都具备凝汽设备。凝汽设备工作好坏，对火电厂的经济性影响很大。第一节 凝汽设备的工作原理和任务一、凝汽设备的工作原理1.工作原理：根据汽轮发电机组的热效率进行分析 其 中，-整 机 理 想 焓 降；-蒸 汽 初 焓；(-)-为 每 kg 蒸 汽 在 锅 炉 中 的 吸 热 量。排汽焓；给水焓。,3,分析上式：要提高效率，则提高理想焓降，即提高新蒸汽的初焓，降低排汽焓（压力）。本章只是讨论降低排汽焓值的问题。要降低排汽焓值，就得降低排汽压力。一般来

3、说，排汽压力每降低2 kpa，循环热效率就可以提高约3.5%。所以，降低排汽压力对提高火电厂循环热效率是一个非常有效的措施。而降低排汽压力的最有效的办法是：使排汽在密封容器中、在温度较低的条件下受到冷却而凝结成水，体积突然缩小（如在0.0049Mpa下，蒸汽比水的容积大28000倍）而形成真空。同时再用抽气器或者真空泵将漏入空气不断地抽出，保持真空。在凝结中生成的凝结水，经汇集以后，又重新送入锅炉作为给水，反复循环使用。这就是凝汽设备的工作原理。,4,2.主要任务：(1）建立并维持高度真空，即降低排汽焓值，提高理想焓降，使蒸汽中 较多的热能转变为机械能。(2）将蒸汽凝结成水，并将凝结水回收到锅

4、炉作为给水。3.排汽压力的最佳值：降低排汽焓值，提高理想焓降，可以提高效率。但不是排汽压力越低越好。这是因为：(1）当降低排汽压力，则比容v 增加，汽轮机排汽部分的尺寸增大，成本上升。而且制造困难，材料也受到限制。(2）当降低排汽压力，则比容v 增加，凝汽器的冷却面积增大，冷却水量增大，厂用电增大。因此，对排汽压力和其他几个方面要作技术经济对比而定。一般，最佳排汽压力为=0.002940.00686Mpa，通常取0.005Mpa。,5,二、凝汽系统及主要设备：最简单的凝汽设备原则性系统图，其主要设备有凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵等。（1）汽轮机；（2）发电机；（3）凝汽器：使排汽在凝汽器

5、3中不断地凝结成水，建立高度真空；将凝结时放 出的热量排出、将生成的凝结水汇集送走；（4）循环水泵：为凝汽器提供冷却水；（5）凝结水泵：不断地把蒸汽凝结时生成的 凝结水从凝汽器底部热井中抽出，并送 往给给水回热加热系统；（6）抽气器：抽出漏入凝汽器内的空气，以维持高度真空。,6,第二节 凝汽器的结构类型,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在冷却水中直接冷却而凝结成水。在混合式凝汽器内，从汽轮机中排出的乏汽直接与冷却水混合而得到凝结。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

6、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。这种凝汽器结构简单，冷却效果好，制造成本低。,7,二、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。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。用水作为冷却工质的凝汽器简称为表面式凝汽器。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这种凝汽器。,8,1，表面式凝汽器的结构 如 图 所 示，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

7、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）。,9,2.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。3.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。4.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。,10,5.减少汽侧阻力 为 了 使 汽

8、 气 混 合 物 向 抽 气 口 流 动，则抽气口的压力应比凝汽器的压力更低一些。压 力 差 就 是 凝 汽 器 的 汽 阻。汽 阻 大，会 使 凝 汽 器 入 口 压 力 升 高、凝结水的过冷 度 和 含 氧 量 增 大。因 此，应 设 法 减 小 汽 阻。抽 气 口 的 位 置 不 同，凝 汽 器 中 汽 流 流 动 方 向 就 不 一 样，凝 汽 器 的 结 构 型 式 也 不 相 同。常 见 的 有 如 下 四 种，即 汽 流 向 下 式、汽 流 向 上 式、汽 流 向 心 式、汽 流 向 侧 式 四 种。这 些 多 用 于 中 小 型 汽 轮 机 组。,11,第三节 蒸汽在凝汽器内的

9、凝结过程,一、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 的 压 力 可 根 据 相 应 的 饱 和 温 度 求 得，而 排 汽 温 度 可 表 示 为：=+（5-1）其 中，-冷 却 水 的 进 口 温 度；-冷 却 水 的 温 升；-传 热 端 差。只要求

10、得了温度 之 值，就可以从水蒸汽表中查得相对应的压力。,12,（一）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。电 厂 供 水 方 式 有 直 流 供 水 方 式 和 循 环 供 水 方 式 两 种。在 直 流 供 水 系 统 中，电 厂 从 河 流 上 游 取 水，冷 却 水 流 经 汽 轮 机 凝 汽 器、冷 油 器 和 有 关 冷 却 器 之 后，排 入 河 流 下 游。采 用 循 环 供 水 方 式 时，冷 却 水 则 沿 着 联 结 凝 汽 器 等 有 关 装 置 的 回 路 循 环 流 动，取 自 水

11、 源 的 水 只 作 为 损 失 的 补 充 水，故 采 用 循 环 供 水 方 式 可 以 节 约 大 量 的 水。直 流 供 水 系 统 比 较 简 单，投 资 少，运 行 费 用 低。我 国 南 方 的 电 厂，一 般 都 建 在 沿 江、沿 河、沿 海 岸 或 者 沿 大 的 水 库。而 北 方 的 电 厂，由 于 水 源 不 足，多 采 用 循 环 供 水 方 式。,13,（二）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

12、 水 量（kg/h)；-排 汽 焓 值 和 凝 结 水 焓 值（kJ/kg)；-冷 却 水 进 出 口 焓 值(kJ/kg)。,14,2、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

13、 单 流 程 凝 汽 器，m=80 120 范 围 之 内；对 于 双 流 程 凝 汽 器，m=6070 范 围 之 内。每1kg蒸汽在凝结时所放出的潜热，约2200kJ/kg，变化很小，这样，上式可写为：,15,3、凝汽器的最有利真空和极限真空：（1）凝汽器的最有利真空：凝汽器的进汽量是由外界负荷决定的，而冷却水温升是有依靠调节冷却水量来控制的。冷却水量增加，可降低冷却水温升，降低汽轮机排汽压力，增大理想焓降，提高经济性。但是水泵功率要增大。这里有一个最佳冷却水量，即冷却水量增大，使汽轮机功率增加所得到收益大于水泵功率增大，净收益最大。这时候的真空称为凝汽器的最有利真空。（2）凝汽器的极限真

14、空：若真空进一步增高，使末级叶片的斜切部分达到膨胀极限时的真空称为凝汽器的极限真空。这时候余速损失增加。（三）传热端差 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)。,16,二、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

15、/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。为 评 定 的 严 密 等 级 系 数：=1 为 优，=2 为 良 好，=3 为 中 等。,17,2.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，当 有 99%蒸 汽 凝 结，即 x=0.01，这样，由上式可得=0.993

16、82。即 蒸汽分压 接近于总压力。绝大部分蒸汽在压力的饱和温度 下 凝 结。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。,18,三、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。,19,第四节 抽气器,1，抽气器的作用 抽 气 器 的

17、作 用 是 将 漏 入 凝 汽 器 内 空 气 不 断 地 抽 出，以 维 持 凝 汽 器 内 的 高 度 真 空。故 抽 气 器 工 作 的 好 坏 对 凝 汽 器 工 作 的 影 响 很 大。任 何 一 种 抽 汽 器，不 论 其 结 构 和 工 作 原 理 如 何，都 是 一 种 压 气 器，它 将 汽 气 混 合 物 从 凝 汽 器 抽 气 口 的 压 力 压 缩 到 高 于 大 气 压 的 出 口 压 力。2，抽气器的型式 抽 气 器 的 型 式 有 机 械 式 和 喷 射 式 两 种。喷 射 式 抽 气 器 结 构 简 单、工 作 可 靠、制 造 成 本 低、维 护 方 便、建 立

18、 真 空 快。常 用 的 喷 射 式 抽 气 器 有 射 汽 抽 气 器 和 射 水 抽 气 器 两 种，工 作 原 理 相 同 工 质 不 同。前 者 用 蒸 汽 作 工 质，后 者 用 水 作 工 质。,20,一、射 汽 抽 气 器 1.启动抽气器的结构和工作原理：启 动 抽 气 器 的 作 用 是 在 汽 轮 机 启 动 前 给 凝 汽 器 建 立 真 空，以 缩 短 机 组 启 动 时 间。下图 为 启 动 抽 气 器 示 意 图，它 主 要 由 工 作 喷 嘴 A、混 合 室 B 和 扩 压 管 C 所 组 成。工 质 是 新 蒸 汽，新 蒸 汽 进 入 工 作 喷 嘴 A，在 喷

19、嘴 A 膨 胀 加速 造 成 一 个 远 高 于 音 速 的 高 速 汽 流 射 入 混 合 室。高 速 汽 流 有 很 强 的 空 吸 作 用，从 而 将 从 抽 气 口 来 的 汽 气 混 合 汽 流 带 走，并 进 入 扩 压 管 C。混 合 汽 流 在 扩 压 管 C 中 不 断 扩 压，直 到 压 力 稍 大 于 大 气 压 力 后 排 入 大 气。启 动 抽 气 器 功 率 大 建 立 真 空 快，但 工 质 和 工 质 的 热 量 不 能 回 收，有 经 济 损 失。故 它 只 作 为 启 动 时 用。一 旦 汽 轮 机 正 常 工 作 以 后，主 抽 气 器 便 投 入 工 作

20、，启 动 抽 气 器 停 止 工 作。,21,2.主 抽 气 器 主抽气器的作用：是在汽轮机正常工作时使用，以维持凝汽器的高度真空。主抽气器一般都采用带中间冷却器的多级型式。其目的在于可以得到更高的真空度，同时也可以回收工质和热量，提高经济性。图5-9为两级射汽抽气器工作原理图。凝汽器内的汽气混合物由第一级抽气器抽出，并压缩到某一中间压力（低于大气压力），然后进入中间冷却器2。在中间冷却器2中，混合物中的部分蒸汽被凝结成水，而未凝结的汽气混合物又被第二级抽走。在第二级抽气器中，汽气混合物被压缩到略高于大气压力，再经第二级冷却器4进一步凝结并回收工质和热量。最后的空气和少 量未凝结的蒸汽一起排入

21、大气。,22,（二）射 水 抽 气 器 射水抽气器的工作原理：射水抽气器的工作原理同射汽抽气器相同，如图5-12所示。它主要由工作水进口1、喷嘴2、混合室5、扩压管7和逆止阀6等部件所组成。压力水由射水泵供给，经喷嘴形成高速射流射出，从而将凝汽器中的汽气混合物抽出。射水抽气器不消耗新蒸汽，运行费用较射汽抽气器低。系统简单、运行可靠、维护方便。但 需 要 另 外 安 装 射 水 泵。现 代 大 型 汽 轮 机 都 采 用 射 水 抽 气 器。国 产 200 MW 汽 轮 机 就 是 采 用 射 水 抽 气 器 作 为 主 抽 汽 器。中 小 型 汽 轮 机 多 采 用 射 汽 抽 气 器 作 为

22、 主 抽 汽 器。,23,（三）水 环 式 真 空 泵 国产300MW和600MW汽轮机组的抽气装置都是采用水环式真空泵。其主要部件有叶轮和壳体。壳体内形成一个圆柱体空间，叶轮偏心地安装在壳体内。在壳体上开有吸气口和出气口，实行轴向吸气和排气。叶轮带有前弯叶片，偏心地安装在充有适量工作水（密封水）的椭圆形泵体内。当叶轮旋转时，由于离心力作用，水向周围运动，形成一个运动着的圆环（密封水环）。由于偏心地安装的，水环的内表面也就与叶轮偏心，叶轮轮毂与水环间形成一个月形空间。叶轮每转一周，每两个相邻叶片与水环间所形成的空间由小到大，又由大到小地周期性变化。当空间处于由小到大变化时，该空间产生真空，由进气口吸入气体。当空间处于由大到小变化时，该空间产生压力，吸入的气体被压缩并经排气口排出。这样，当叶轮连续运转时，就不断地重复上述过程，起到一个连续抽气的作用。,24,作业与思考题1，画出最简单的凝汽系统图，其主要设备及其作用。2，凝汽器内的压力如何确定？影响凝汽器内真空的因素有哪些？3，什么是凝汽器的最有利真空和极限真空？,