汽轮机原理第四章 汽轮机的凝汽系统及设备-1115

二、表面式凝汽器
二、表面式凝汽器
汽侧： 汽侧： 由冷却水管外表面、 管板汽侧、外壳内 侧、热井等组成。 水侧： 水侧： 由冷却水管内表面、 管板水侧、水室、 进出水口等组成。
冷却水流程： 冷却水流程：冷却水在凝汽器中依次流过冷却水管的次数。图4－5中所示的 凝汽器为双流程的凝汽器。 凝汽器的传热面分为主凝结区 空气冷却区 主凝结区和空气冷却区 挡板13隔开，空气冷 凝汽器的传热面 主凝结区 空气冷却区两部分，用挡板 挡板 却区的面积约占总传热面积的5％~10%。 ％ 漏入凝汽器内的不凝结空气，经过空气冷却区进一步冷却后，由抽气设备从 抽气口15抽出。 空气冷却区： 空气冷却区 凝结尚未凝结的蒸汽，减少蒸汽工质的损失； 冷却空气，使其体积流量减小，减轻抽气设备的负荷，提高抽气效果。
（2）凝汽器的极限真空：若真空进一步增高， 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。
五、真空除氧
使水在真空下低温沸腾，脱除水中含有的氧气、氮气、二氧 化碳等气体。
真空除氧
• 亨利定律：当水和气体之间处于平衡状态 时，水中溶解的该气体的量与水面上该气 体的分压力成正比。 • 道尔顿定律：混合气体的总压力等于各种 成分气体的分压力之和。所以水面上的气 体混合物的全压力就等于水蒸汽的分压力 和水中溶解的各种气体的分压力之和。
评定凝汽器优劣有五个指标 ①真空；②凝结水过冷度；③凝结水含氧量， 真空； 凝结水过冷度； 凝结水含氧量， ④水阻；⑤空冷区排出的汽气混合物的过冷度。 水阻； 空冷区排出的汽气混合物的过冷度。 1) 为了减小汽阻，应把最初几排管子排得较稀，或开进汽侧通汽道，或用 为了减小汽阻，应把最初几排管子排得较稀，或开进汽侧通汽道， 多区域向心式布置等方法增大进汽周界， 多区域向心式布置等方法增大进汽周界，使第一排皆束处的汽流速度不大 于50m／s。 ／ 。 2)随着蒸汽的凝结，管束内层的热负荷必然减小，进汽侧应有蒸汽通道深 随着蒸汽的凝结，管束内层的热负荷必然减小， 随着蒸汽的凝结 入管束内层，以便提高内层管束的热负荷。 入管束内层，以便提高内层管束的热负荷。 热负荷 3)为了减小汽阻，蒸汽空气混合物向抽气口运动的途径应短而直，可在管 为了减小汽阻，蒸汽空气混合物向抽气口运动的途径应短而直， 为了减小汽阻 束进汽侧和出汽侧都开相应的汽流通道， 束进汽侧和出汽侧都开相应的汽流通道，且要求沿汽流流动方向的管子排 数不宜过多。 数不宜过多。 4)应力求避免刚进入管束的蒸汽与来自管束其他部分含空气较多的蒸汽混合 应力求避免 应力求避免刚进入管束的蒸汽与来自管束其他部分含空气较多的蒸汽混合 降低传热系数； 防止蒸汽不经过主管束直接进入空气冷却区而 蒸汽不经过主管束直接进入空气冷却区而增大空 而降低传热系数；应防止蒸汽不经过主管束直接进入空气冷却区而增大空 冷区负荷； 防止蒸汽空气混合物不经过空冷区而直接到达抽气口 蒸汽空气混合物不经过空冷区而直接到达抽气口， 冷区负荷；应防止蒸汽空气混合物不经过空冷区而直接到达抽气口，增大 汽板或靠管束布置来达到要求 抽气器负荷。为此可设挡汽板或靠管束布置来达到要求。 抽气器负荷。为此可设挡汽板或靠管束布置来达到要求。
（三）带表面式凝汽器的间接空冷系统
1.系统组成 1.系统组成
湿冷塔 铜管 循环水 开式
干冷塔 不锈钢管 碱性除盐水 闭式汽器
汽轮机排汽与冷却水直接混合接触而使 蒸汽凝结。 冷却水经淋水盘分散成水滴或用喷嘴雾 化成水珠与蒸汽直接接触而使其凝结成 水。 凝结水与冷却水混合在一起用水泵抽走。 不凝结的空气用抽气设备除去。 优点是结构简单、制造成本低廉、冷却 优点 效果好。 缺点是凝结水与不清洁的冷却水混合后， 缺点 不能作为锅炉给水。 间接空冷凝汽系统中，采用闭式混合式 闭式混合式 凝汽器，克服上述混合式凝汽器的缺点 凝汽器
Dw一定时，∆t ∝ Dc
2.传热端差 传热端差
δt
Q = Dc (hc − tc ) = Ac K∆tm = Dwc p ∆t
∆t ∆tm = ∆t + δt ln δt
Ac =
Dwc p k
∆t e
kAc Dwc p
∆t + δt ln δt
δt =
−1
2.传热端差 传热端差
δt
∆t e
kAc Dwc p
一般以整台凝汽器为研究对象，在蒸汽凝结理论指导下，通过试验得出总体 平均传热系数k的经验公式。
均考虑到冷却水 管壁的清洁程度、 冷却水流速、冷 却水进口水温、 蒸汽负荷率、管 径及管材等的影 响。
四、凝汽器内压力的确定
′ 1000 Dc (hc − hc ) = 1000 Dw c p (t w 2 − t w1 ) = Ac k ∆tm
（1）凝汽器内冷却水管的布置排列方式。 排列方式，影响凝汽器内蒸汽的 排列方式 流动情况。 上面各排管子的凝结液会降落到 下面的管子上，使得下面管子的 液膜更容易增厚。 汽阻：抽气口和凝汽器喉部之间的压 汽阻 差； 过冷度： 过冷度：是指在一定压力下冷凝水的 温度低于相应压力下饱和温度的差值。 （2）凝汽器内蒸汽的流动速度。 流速大，冷却管壁液膜减薄； 局部紊流，使蒸汽的凝结传热系数增大。 （3）凝汽器内的空气含量。 随蒸汽的凝结，空气分压增加，形成空气 膜，增加了传热热阻，降低了传热系数。
为提高传热温差，蒸汽与冷却水通常采用 近似逆流传热形式。 凝汽器内蒸汽凝结温度ts 凝汽器内蒸汽凝结温度 主凝结区内，沿着冷却表面积基本不变； 空气冷却区，由于蒸汽已经大量凝结，空 气的相对含量增加，使蒸汽分压ps明显低 于凝汽器压力pc，ps相对应的饱和温度ts明 显下降。
ts = tw1 + ∆t + δt
管材
• 铜管：传热系数高 • 钢管：
– 抗高速湿蒸汽引起的腐蚀 – 湍流漏汽以及管子进口段的腐蚀 – 抗空冷区的氨腐蚀 – 导热系数低，胀管困难，薄壁管
• 钛管：适用于任何水质和抗腐蚀
组装中的凝汽器外壳
凝汽器隔板在安装中，可见挡汽板，形 成空冷区
组装中的隔板
水室装配，下部为冷却水进口，上部为 出口
国产引进型300MW机组凝汽器
单壳体、对分、双流程、表面式
喉部
• 足够的强度来承载大气压力 • 为了减少汽轮机房的建筑面积，减少大管 径低压管道，使系统紧凑，最低压力的低 压加热器布置在喉部 • 各种蒸汽和水的汇集点：疏水，旁路，小 机排气等
冷却水管
• 确保管子和隔板紧密接触，改善管子的震 动特性 • 减小热应力，适应壳体和管子的胀差
5)管束之间或两侧应有适当的蒸汽通道，以便刚进入凝汽器的蒸汽到达底 管束之间或两侧应有适当的蒸汽通道， 管束之间或两侧应有适当的蒸汽通道 部加热凝结水．减小过冷度。 部加热凝结水．减小过冷度。
6)应有空气冷却区冷却蒸汽空气混合物，以增大排出的蒸汽空气混合物的 应有空气冷却区冷却蒸汽空气混合物， 应有空气冷却区冷却蒸汽空气混合物 过冷度减少工质损失，降低抽气器负荷。 过冷度减少工质损失，降低抽气器负荷。
喉部
安装在喉部的低加
三、凝汽器内蒸汽凝结过程
凝结过程是一种汽态向液态转变的复杂物理现象。 凝结过程 低于其饱和温度时，产生液态核化，形成均匀悬浮细微水滴，并逐渐成长。 悬浮水滴遇到冷却壁面，会产生珠状凝结 膜状凝结 珠状凝结和膜状凝结 珠状凝结 膜状凝结两种凝结过程。 珠状凝结：冷却水管的所有表面没有完全被凝结液膜所覆盖，在管壁的某些 珠状凝结 部分，蒸汽能直接与管壁表面接触，所以，珠状凝结过程的传热系数较大， 传热效果较好。（很难发生，需对传热表面进行特殊的处理） 膜状凝结：冷却水管表面完全被凝结液覆盖，形成一层液膜，蒸汽与管壁热 膜状凝结 交换时需要通过这层液膜才能进行，所以其传热系数要比珠状凝结过程的传 热系数低。在凝汽器内的凝结过程以膜状凝结为主。 影响凝汽器内蒸汽凝结过程的因素： 影响凝汽器内蒸汽凝结过程的因素 （1）凝汽器内冷却水管的布置排列方式。 （2）凝汽器内蒸汽的流动速度。 （3）凝汽器内的空气含量。
7)为了避免从上部管束流下来的凝结水落在下部管束外侧，在管束之间可 为了避免从上部管束流下来的凝结水落在下部管束外侧， 为了避免从上部管束流下来的凝结水落在下部管束外侧 设置凝结水挡板，挡板的位置与方向应符合汽流流动规律，以减少汽阻 汽阻。 设置凝结水挡板，挡板的位置与方向应符合汽流流动规律，以减少汽阻。
第四章 汽轮机的凝汽系统及设备
§4 - 1
一、工作过程
凝汽系统的工作原理
二、系统组成
由凝汽器、抽气设备、循环水泵、凝结水泵 以及相连的管道、阀门等组成。
三、凝汽系统的任务
1，在汽轮机末级排汽口建立并维持规定的真空； 2，供应洁净的凝结水作为锅炉给水； 3，真空除氧：利用热力除氧原理除去凝结水中的溶解气体（主要为氧气）， 从而提高凝结水品质，防止热力系统低压回路管道、阀门等腐蚀； 4，热力系统蓄水，汇集和储存凝结水、热力系统中的各种疏水、排汽和化学 补充水，起到热力系统的稳定调节作用。
凝汽系统
直流供水方式（也称开式循环水系统） 直流供水方式（也称开式循环水系统）： 以江、河、湖、海的天然水源作为冷却水源。 凝汽系统的取水口布置在江河的上游，排水 口则选在下游。 循环供水方式（也称闭式循环水系统） 循环供水方式（也称闭式循环水系统）： 需要专用的冷却塔，冷却水吸收凝汽器中排 汽的热量后，送入冷却塔中进行冷却，冷却 后的冷却水重新进入凝汽器中工作，如此往 复循环。
m表示凝结单位蒸汽汽量所需要的冷却水量。 m值大小要通过经济技术对比后确定。
hc − tc
——每1kg蒸汽在凝结时所放出的潜热，约2200kJ/kg， 1kg蒸汽在凝结时所放出的潜热， 2200kJ/kg， 蒸汽在凝结时所放出的潜热
变化很小， 变化很小，
′ hc − hc Dc 2200 520 ∆tw = = = = 520 4.186m 4.186m m Dw
四、凝汽器内高度真空的形成