第七章 汽轮机凝汽设备
凝汽式汽轮机的凝汽设备
凝汽式汽轮机的凝汽设备凝汽式汽轮机是现代火电站和核电站中广泛采用的典型汽轮机。
凝汽设备是凝汽式汽轮机装置的一个重要组成部分。
凝汽设备工作的好坏直接影响到整个装置的热经济性和运行可靠性。
因此应对凝汽设备的工作原理和变工况特性等加以了解。
第一节凝汽设备的工作原理、任务和类型一、凝汽设备的工作原理与任务凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起着冷源的作用，降低汽轮机排汽压力和排汽温度可以提高循环热效率。
以东方汽轮机厂生产的300Mw 汽轮机参数为例，该机新汽压力p0＝16.67MPa，新汽和再热温度t0＝tr ＝537℃，再热压力pr＝3.665MPa，纯凝汽热力循环如图4．1．1(b)所示，循环热效率?t与汽轮机排汽'压力pc的关系如图4.1.1(b)所示。
若没有凝汽设备，汽轮机的最低排汽压力是大'气压，循环热效率?t只有37.12％，而当pc=5.0kPa时?t=45．55％，两者之差的相对值??tt为l8.5％，热经济性损失巨大。
若运行不善使该机的排汽压力比正常值下降1％，??tt也将降低1％以上，即机组热耗率的相对变化率将增大1％以上，对于大型机组这是可观的。
相反．若能使汽轮机排汽温度下降5℃，则??tt将增大1％以上。
这些都说明凝汽设备的重要性。
以水为冷却介质的凝汽设备，由凝汽器、抽气器、循环水泵和凝结水泵以及它们之间的连接管道、阀门和附件等组成，最简单的凝汽设备示意图如图4.1.2所示。
汽轮机的排汽进入凝汽器1，循环水泵2不断的把冷却水打入凝汽器，吸收蒸汽凝结放出的能量，蒸汽被冷却并凝结为水。
凝结水由凝结水泵3抽走。
凝汽器内压力很低，比较容易漏入空气，空气将阻碍传热因此用抽气器4不断的将空气抽走。
凝汽器内为什么会形成真空？这是因为凝汽器内的蒸汽凝结空间是汽水两相共存的，其压力是蒸汽凝结温度下的饱和压力。
只要冷却水温不高，在正常情况下蒸汽凝结温度也就不高，如30℃左右的蒸汽凝结温度所对应得饱和压力约只有4?5kPa，大大低于大气压力，就形成了高度真空。
汽轮机凝汽系统及设备
汽轮机凝汽系统及设备1. 汽轮机凝汽系统概述汽轮机凝汽系统是汽轮机的一个重要组成部分，主要用于回收汽轮机排出的热能，并将其转化为可再利用的水资源。
凝汽系统的功能包括冷却和回收汽轮机排出的高温高压蒸汽，并将其转化为冷凝水，以供锅炉再次加热。
凝汽系统由多种设备组成，包括凝汽器、空冷器、凝汽泵等。
这些设备通过协同工作，实现了汽轮机排气蒸汽的冷凝和凝汽水的回收，并将凝汽水输送回锅炉进行再次加热，以提供给汽轮机继续工作所需的蒸汽。
2. 凝汽系统主要设备2.1 凝汽器（Condenser）凝汽器是凝汽系统中最重要的设备之一。
它负责将汽轮机排出的高温高压蒸汽冷凝成液态水，并实现蒸汽的回收。
凝汽器通常由许多平行布置的管子组成，通过这些管子，冷却水进入凝汽器并与蒸汽接触，使蒸汽冷却并凝结成水滴。
2.2 空冷器（Air Cooler）空冷器是凝汽系统的辅助设备，用于在部分负载或停机情况下，提供冷却介质。
它采用空气作为冷凝介质，通过自然对流或风机强制对流的方式，将蒸汽冷却为水。
2.3 凝汽泵（Condensate Pump）凝汽泵是凝汽系统中的一种泵，用于将凝结水从凝汽器或空冷器中抽出，并将其输送回锅炉进行再次加热。
凝汽泵通常采用离心泵，它能够有效地输送大量的水，并具有较高的泵送效率。
2.4 其他设备除了上述主要设备外，凝汽系统还包括一些辅助设备，如水箱、水封罩、排气器等。
这些设备的功能各不相同，但都起到了辅助凝汽系统正常运行的作用。
3. 凝汽系统工作原理汽轮机凝汽系统的工作原理可以简要概括如下：1.汽轮机排出的高温高压蒸汽通过主蒸汽管道进入凝汽器。
2.在凝汽器中，蒸汽与冷却介质（一般为冷却水）进行热交换，蒸汽冷却并凝结为水滴。
3.凝结水通过凝汽泵被抽出，并输送回锅炉进行再次加热。
4.经过再次加热后，水变为蒸汽，再次进入汽轮机进行工作。
5.空冷器在部分负载或停机情况下起到辅助冷却的作用，保证凝汽系统的正常运行。
4. 凝汽系统的重要性凝汽系统在汽轮机发电厂中起到至关重要的作用，它不仅能够有效地回收汽轮机排出的热能，减少能源浪费，还能够提高汽轮机的热效率和发电效率。
汽轮机凝气设备
传热端差是指凝汽器压力下的饱和温度与冷却水出 口温度之差。传热端差与冷却水流速、蒸汽流速和流量、 凝汽器结构（含循环水流程数、管子排列方式、管径、 管材），冷却表面清洁程度及空气含量等有关。 三、抽气器 抽气器的任务：在机组启动时使凝汽器内建立 真空；在正常运行时不断的抽出漏入凝汽器的空气 及排汽中的不凝结气体，维持凝汽器的规定真空， 以保证凝汽器的正常工作。 抽气器的种类很多，电厂中常用的抽气器有射 水抽气器和机械式真空泵等。
4.凝汽器的清洗 冷却水质不良或冷却水中生长有机物及含有杂物， 都会使凝汽器冷却水管内表面在运行中逐渐脏污或结 垢，从而引起凝汽器的真空下降，机组的热经济性降 低，严重时将限制机组负荷。为了提高汽轮机真空， 保证机组在额定功率下正常运行，降低机组热耗，节 约燃料，必须对凝汽器冷却水管进行定期和不定期的 清洗。 胶球清洗凝汽器冷却水管是电厂应用最广泛的清 洗方法，它利用特制装置将胶球输入凝汽器冷却水入 口管中，在循环水流的推动下，胶球通过冷却水管， 达到清扫的目的。它的优点是可使凝汽器冷却水管保 持在清洁状态下运行和不停机即可达到清扫冷却水管 的目的。
凝汽设备的原则性系统图 1－汽轮机；2－发电机；3－凝汽器；4－循环水泵；5－凝结水泵；6抽气器
3.对凝汽设备的要求 （1）凝汽器应具有较高的传热系数。较好的传热效 果，能获得较低的运行背压。 （2）凝汽器本体及真空系统要有高度的严密性，以 防止空气漏入影响传热效果及凝汽器真空。另外凝汽 器水侧的密封性要好，以防止循环水渗透使凝结水水 质变坏。 （3）凝结水过冷度要小。凝结水温度比凝汽器压力 下的饱和温度低的数值称为凝结水的过冷度。具有过 冷度的凝结水要使汽轮机消耗更多的回热抽汽，增大 了汽耗率。同时，也会使凝结水的含氧量增大，从而 加剧了对管道的腐蚀。
汽轮机原理汽轮机的凝汽设备
空气冷却区水蒸汽分压力
凝汽设备的作用
■ 1）建立并维持真空，实现蒸汽朗肯循环的放 热工作；
■ 2）回收凝结水，节省水处理费用；
■ 3）凝结水除氧，保护设备；
■ 4）回收来自其它地点的工质。（旁路、疏水、 补水）
2、凝汽器内压力的确定
■ 主凝结区的温度 ■ 式中
■ 凝汽器压力的影响因素
■ 热平衡方程 ■ 循环倍率（50~120） ■ 循环倍率与冷却水温升
■ 9、机组负荷变化对Δt和δt的影响？
■ 10、抽气器的作用和类型？
温、冷却水流程、蒸汽负荷
■ 漏入空气的影响
空气从强迫对流转 为静止——临界点
3、凝汽器的变工况
■ 问题： ■ 1）汽轮机排汽量减小，传热端差如何变化？ ■ 2）汽轮机排汽量减小，冷却水温升如何变化？ ■ 3）汽轮机排汽量减小，凝汽器压力如何变化？ ■ 4）凝汽器传热系数减小，凝汽器压力如何变化？ ■ 5）凝汽器传热系数减小，冷却水温升如何变化？
汽轮机的凝汽设备
1、凝汽设备的组成和作用 2、凝汽器内压力的确定 3、凝汽器的变工况 4、多压凝汽器 5、抽气设备
1、凝汽设备的组成和作用
■ 一、组成
■ 1、凝汽器 ■ 2、抽气器 ■ 3、循环水泵 ■ 4、凝结水泵
凝汽器概貌
凝汽器管束
■ 管束设计原则： ■ 压降小 ■ 压强分布均匀 ■ 无静止区 ■ 优化速度分布 ■ 优化管束截面 ■ 凝结水回热
4、多压凝汽器
■ 多压凝汽器，利用汽轮机有多个排汽口这一因素， 把凝汽器的汽侧空间分隔开来，而水侧管道实现 串联。
■ 沿着冷却水流程，各个壳体内凝汽器的工作压力 依次升高。
■ 对各个壳体内凝汽器的工作压力求平均值，可得 到比单壳体凝汽器更低的压力值，相当于降低了 汽轮机的平均排汽压力，提高汽轮机发电量，提 高经济性。
汽轮机-凝汽设备
蒸汽动力循环及其设备
T
t
1
Tc T0
TC
s
汽轮机排汽与热效率的关系
0.48 η
0.46
0.44
0.42
0.4
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
pc(kPa)
凝汽设备的主要内容
凝汽设备的组成、作用和结构 冷却水系统 凝汽设备的运行
凝汽设备
凝汽设备组成 凝汽设备包括：凝汽器、抽 气器、凝结水泵、循环水 泵以及这些部件间的连接 管道和附件组成。
4.187
Dw Dc
4.187m
m Dw Dc
冷却倍率：冷却 水量比被凝结蒸 汽量的倍数。
m值越大，温升Δt越小，凝汽器压力pc降低越多，真空越高。
同时，冷却水量Dw↑，循环水泵耗功↑。
冷却倍率m约在50－120范围内，与流程和供水方式有关： 单程、开式循环 m：80－120 双程、开式循环 m：50－80 双程、闭式循环 m：50
2、冷却水温升Δt
热量平衡方程：
Q 1000Dc hc hc 1000Dw hw2 hw1 4187Dwt
式中：Q—凝汽器的传热量； Dc, Dw—进入凝汽器的蒸汽量、冷却水量； hc , hc —蒸汽焓、凝结水的焓； hw2, hw1— 冷却水流出、进入的焓。
t hc hc hc hc
Ac
4187Dwt K t
4187Dw K
ln
t t t
ln
t t
t
t t
e 1
Ac K 4187 Dw
传热端差δt与Ac、K、Dw有关。运行过程中，当冷却水量Dw不变时，由于 传热面积Ac不变，则传热系数K是影响传热端差δt的主要因素。
第七章 汽轮机凝汽设备及系统.
（二）初始温差 简称ITD。其值为进入空冷散热器（或空冷凝汽器） 的热介质温度与大气干球温度之差。对于间接空冷系统， 即 ITD tw1 ta1
过冷度：当凝结水的温度低于凝汽器压力下的饱和温度时， 即为凝结水过冷，所低 度数称为过冷度。
运行中引起凝结水过冷的非正常原因： ①汽侧空气量增多 漏气量增大 抽气器故障
②热井水位过高，淹没1~2排铜管
3、空气的影响
①主蒸汽带入，量极少 来源 ②从处于真空状态下的系统及设备的不严密处漏入， 占绝大多数
（二）混合式间接空冷系统
又称海勒式间接空冷系统，主要由喷射式凝汽器和装有 福哥型散热器的空冷塔构成
优点：以微正压的低压 水运行，较易掌握。可 与中背压（9.8kPa左右） 汽轮机配套。配用海勒 系统的汽轮 机，其年平 均背压低于直接空冷机 组，稍低于哈蒙 式间接 空冷机组，故机组煤耗 率较低。
缺点：设备多，系统复杂，冷却水循环泵的泵坑较深，自 动控制系统复杂，全铝制散热器防冻性能差计算采用的大气温度参数为大气干球 温度。 空冷系统设计计算采用的气温单元为小时气温。即将 典型年8760h的气温由高到低列出，制成典型年的小时气 温统计表，绘制出典型年的小时气温历时频率曲线。设计 气温的确定，采用较多的方法是按典型年小时气温统计表 中+5℃开始至最高气温值进行加权平均，取其平均值作为 设计气温。
最有利真空：提高真空所获得的净收益最大时的真空。 2、传热端差 传热端差与冷却面积、传热量及总体传热系数有关， 传热越强，端差就越小。 K t , K t 水侧脏污 导致K 的原因 汽侧空气量增加 漏气 抽气器故障
影响真空的主要因素： 1、 tw1 ts ps pc 真空 2、 循环水量Dw 一定 Dc t ts pc 真空
汽轮机凝汽系统及设备
汽轮机凝汽系统及设备一、汽轮机凝汽系统概述汽轮机凝汽系统是汽轮机发电厂中至关重要的一环，它负责收集和处理汽轮机排出的高温高压蒸汽，将其凝结为液态水，并输送到锅炉中再次加热为蒸汽，以实现汽轮机循环工作。
凝汽系统的设计和运行直接关系到汽轮机的效率和稳定性。
二、汽轮机凝汽系统主要组成汽轮机凝汽系统由以下主要设备组成：1. 凝汽器凝汽器是汽轮机凝汽系统的核心设备之一。
它通过与汽轮机排出的高温高压蒸汽接触，使其冷却并凝结为水。
凝汽器通常采用流动型凝结器，通过将进入凝汽器的冷却水与蒸汽进行交换，实现蒸汽的冷凝。
凝汽器的性能直接关系到汽轮机的发电效率和热经济性。
2. 凝汽泵凝汽泵用于抽取凝汽器中的冷凝水并将其送回锅炉，再次加热为蒸汽供给汽轮机使用。
凝汽泵通常是多级泵，能够提供足够的压力将冷凝水输送回锅炉。
3. 冷却塔冷却塔用于冷却凝汽泵返回的冷凝水。
冷凝水经过冷却塔，通过与周围空气进行传热，将其温度降低，以便再次用于汽轮机循环。
4. 冷却水系统凝汽系统还包括冷却水系统，用于提供冷却塔所需的冷却水。
冷却水系统通常包括水处理设备、水泵等。
三、汽轮机凝汽系统的工作原理汽轮机凝汽系统的工作原理如下：1.汽轮机排出高温高压蒸汽经过高压再热器降压至凝汽器进口压力，同时在再热器中被冷却。
2.进入凝汽器的蒸汽与冷却水进行传热，蒸汽冷凝为冷凝水。
3.凝汽泵将冷凝水抽回锅炉，进行再次加热。
4.再热后的水蒸汽重新进入汽轮机，驱动汽轮机发电。
5.冷凝水通过冷却塔进行冷却，然后经过水处理设备处理后再次用于凝汽器的工作。
四、汽轮机凝汽系统的调试与运行汽轮机凝汽系统的调试与运行需要注意以下事项：1.在调试凝汽系统之前，需要进行设备和管道的检查和清洗，确保其内部干净无杂质。
2.在运行凝汽系统时，需要注意监测和控制凝汽器的进口和出口温度，以及凝汽泵的出口压力等参数。
3.定期检查和维护冷却塔和水处理设备，保证其正常运行。
4.注意凝汽系统的密封性，减少漏气和漏水现象。
汽轮机原理思考题及习题
绪论1、我国汽轮机系列标准和型号中，各字符代表什么意义？功率是什么单位？2、说明N200-130/535/535，N600-16.5/550/550，B10-8.83/3.33—1，CC12- 3.43/0.98/0.118的意义。
3、凝汽式机、背压机、调整抽汽机及中间再热机有什么区别？4、汽轮机作用及主要组成部件的作用？5、电厂汽轮机的发展方向有哪些？为什么？第一章级的工作原理1、冲动力和反冲力是怎么产生的？2、汽轮机级的反动度是怎样定义的？3、什么是冲动级？什么是纯冲动级？什么是反动级？什么是复速级？4、汽轮机的级分为哪几种类型？各有什么特点？说明应用情况。
5、基本方程的内容及应用注意条件是什么？6、Ф、Ψ、μn 、β的定义及影响因素？7、什么是临界状态？什么是临界压力比？什么是喷嘴的临界流量？怎样判别喷嘴或动叶是否达到临界状态？8、写出喷嘴出口速度的计算公式，喷嘴的流量计算公式。
9、写出级的热力计算的主要公式。
10、画出带反动度的冲动级的热力过程线，并标出喷嘴、动叶、余速损失、级的滞止理想焓降、喷嘴、动叶的理想焓降。
11、气流在什么情况下在斜切部分会膨胀及偏转，在什么情况下不膨胀与偏转？12、什么是轮周效率？13、什么是速比？什么是最佳速比？14、试用两种方法推导纯冲动级。
最佳速比15、纯冲动级、反动级、复速级的最佳速比各是多少？哪种级做功能力最大？为什么？16、叶栅的主要几何参数有哪些？它们对叶栅损失有什么影响？17、说明冲动级的反动度及叶栅出口汽流角度α1 、β2的选择方法？18、喷嘴和动叶栅的出口高度怎么确定？19什么是级内损失？级内损失有哪些类型？20、分析叶高损失、扇形损失、叶轮摩擦损失、湿汽损失产生的主要原因？减少方法？21、怎样降低凝汽式汽轮机末级动叶片的被冲蚀作用？22、高压级哪些损失较大？反动级什么损失可忽略不计？23、高、中、低压缸内效率有什么特点？24、级的热力计算的有哪些主要步骤？25、级的热力计算过程中要注意那些问题？26、什么是长叶片级？27、长叶片级采用一元流动设计带来哪些附加损失28、说明扭曲叶片的设计思想是什么？1、多级汽轮机相对单级汽轮机的优点是什么？2、多级汽轮机有哪些损失？怎样减少这些损失？汽轮机内部损失与外部损失有什么区别？3、多级汽轮机的重热现象和余速利用对汽轮机的相对内效率分别有什么影响？4、什么是汽轮机相对内效率？什么是汽轮发电机组的相对电效率？什么是汽轮发电机组的绝对电效率？5、什么是汽耗率和热耗率？6、平衡汽轮机轴向推力的措施有哪些？能否将轴向推力平衡为零而不用推力轴承？7、说明轴封系统的作用及工作原理。
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第七章汽轮机凝汽设备
1.凝汽器内设置空气冷却区的作用是：【】
A. 冷却被抽出的空气
B. 避免凝汽器内的蒸汽被抽走
C. 再次冷却凝结被抽出的蒸汽和空气混合物
D. 降低空气分压力
2.凝结水的过冷度增大，将引起凝结水含氧量：【】
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 无法确定
3.在凝汽器的两管板之间设中间隔板，是为了保证冷却水管有足够的：【】
A. 热膨胀
B. 刚度
C. 挠度
D. 强度
4.实际运行中在其它条件不变的情况下，凝汽器传热端差冬季的比夏季大的可能原因是：
【】
A. 夏季冷却水入口温度t1升高
B. 夏季冷却水管容易结垢
C. 冬季冷却水入口温度t1低，凝汽器内真空高，漏气量增大
D. 冬季冷却水入口温度t1低，冷却水管收缩
5.在其它条件不变的情况下，凝汽器中空气分压力的升高将使得传热端差【】
A. 增大
B. 减小
C. 不变
D. 可能增大也可能减小
6.某凝汽器的冷却倍率为80，汽轮机排汽焓和凝结水比焓分别为2450 kJ/kg和300 kJ/kg，冷却水的定压比热为4.1868kJ/kg,则其冷却水温升为【】
A. 3.2℃
B. 4.2℃
C. 5.4℃
D. 6.4℃
7.凝汽器采用回热式凝汽器的目的是【】
A. 提高真空
B. 提高传热效果
C. 减小凝结水过冷度
D. 提高循环水出口温度
8.某凝汽设备的循环水倍率为40，当凝汽量为500T/h时，所需的循环水量为【】
A. 12.5 T/h
B. 500 T/h
C. 1000 T/h
D. 20000 T/h
9.下列哪个因素是决定凝汽设备循环水温升的主要因素。
【】
A. 循环水量
B. 凝汽器的水阻
C. 凝汽器的汽阻
D. 冷却水管的排列方式
10.关于凝汽器的极限真空，下列说法哪个正确？【】
A. 达到极限真空时，凝汽器真空再无法提高
B. 达到极限真空时，汽轮机功率再无法提高
C. 达到极限真空时，汽轮机综合效益最好
D. 以上说法都不对
11.凝汽器的冷却倍率是指【】
A. 进入凝汽器的冷却水量与进入凝汽器的蒸汽量之比
B. 进入凝汽器的蒸汽量与进入凝汽器的冷却水量之比
C. 冷却水在凝汽器中的流程次数
D. 冷却水吸热量与蒸汽放热量之比
12.在其它条件不变的情况下，进入凝汽器的蒸汽量减少，则【】
A. 凝汽器的真空度降低
B. 凝汽器的真空度提高
C. 凝汽器的真空度不变
D. 真空度变化不能确定
13.在其它条件不变的情况下，冷却水量越大，则【】
A. 凝汽器的真空度越高
B. 凝汽器的真空度越低
C. 机组的效率越高
D. 机组的发电量越多
14.凝结水过冷度增大的可能原因是【】
A. 凝汽器水位过高
B. 冷却水量减少
C. 冷却水量增加
D. 冷却水管结垢
15.抽汽器有、和三种型式。
16.真空除氧过程中，机组满负荷时除氧效果，机组低负荷时除氧效果。
17.相同条件下，冬季与夏季相比，凝汽器效果较好的是。
18.评价凝汽器优劣的指标有，，，，。
19.短喉部射水抽汽器中，当外界压力增大时，真空度。
20.凝汽器的冷却倍率？
21.凝汽器的过冷度？
2223.多压凝汽器？
24.画图并说明汽轮机凝汽设备的组成及其任务。
25.最佳真空？
26.汽轮机在负荷不变的情况下运行，凝汽器真空逐渐下降，分析可能存在哪些原因？
27.试述凝汽器的最佳真空是如何确定的。
28.在冷却水量一点的前提下，当汽轮机负荷减小时，凝汽器真空将如何变化？为什么？
29.凝汽器中空气的主要来源有哪些？空气的存在对凝汽器的工作有什么影响？
30.什么是凝结水的过冷度？过冷度太大对机组运行有何危害？在凝汽器设计和运行中如何减小过冷度？
31.画出表面式凝汽器中蒸汽和冷却水的温度沿冷却面的分布曲线，标注曲线上各特征端点的符号，并注释符号的意义。