凝汽器与真空系统

什么是极限真空?
1.凝汽器的最佳真空有最佳设 计真空和最佳运行真空两种概 念。 2.凝汽器的最佳设计真空是指 在新设计一个发电厂时，整个 发电厂冷却系统中所选择的设 备容量、参数、设备相互匹配 以及年运行费用为最少时所确 定的凝汽器压力。 3.凝汽器的最佳运行真空是指 在一个已投运的热力系统中， 设备的型式、容量、参数及设 备间的匹配关系都确定的条件 下，使热力系统运行时的热耗 为最小的凝汽器压力。
如图所示为凝汽设备的原则性 系统图。循环水泵4使冷却水不断 地流经凝汽器3。进入凝汽器的蒸 汽被冷源冷却后，凝结成水。凝结 水被凝结水泵5抽出，经过加热器 和除氧器等进入锅炉循环使用。由 于凝汽器在工作时内部具有高度真 空，所以空气会从不严密处漏入。 为了防止空气在凝汽器内积存，就 要不断地将空气抽出，所以，还设 有抽气器6。 凝汽设备的任务是：
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凝汽器过冷度产生的原因
• ①由于冷却水管管子外表面蒸汽分压力低于管束之间的蒸汽平均 分压力，使蒸汽的凝结温度低于管束之间混合汽流的温度，从而 产生过冷。 ②由于凝结器内存在汽阻，蒸汽从排汽口向下部流动时遇到阻力， 造成下部蒸汽压力低于上部压力，下部凝结水温度较上部低，从 而产生过冷。
③蒸汽被冷却成液滴时，在凝结器冷却水管间流动，受管内循环水冷却， 因液滴的温度比冷却水管管壁温度高，凝结水降温从而低于其饱和温度， 产生过冷。 ④由于凝结器汽侧积有空气，空气分压力增大，蒸汽分压力相对降低，蒸 汽仍在自己的分压力下凝结，使凝结水温度低于排汽温度，产生过冷。 ⑤凝结器构造上存在缺陷，冷却水管束排列不合理，使凝结水在冷却水管 外形成一层水膜，当水膜变厚下垂成水滴时，水滴的温度即水膜内、外层 平均温度低于水膜外表面的饱和温度，从而产生过冷却。 ⑥凝结器漏入空气多或抽气器工作不正常，空气不能及时被抽出，空气分 压力增大，使过冷度增加。 ⑦热水井水位高于正常范围，凝结器部分铜管被淹没，使被淹没铜管中循 环水带走一部分凝结水的热量而产生过冷却。 ⑧循环水温度过低和循环水量过大，使凝结水被过度的冷却，过冷度增加。
凝汽器胶球清洗装置
叶轮被偏心的安装在泵体中，当叶轮按图 示方向旋转时，进入泵体的水被叶轮抛向四周， 由于离心力的作用，水形成了一个与泵腔形状 相似的等厚度的封闭的水环。水环的上部内表 面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面刚 好与叶片顶端接触（实际上，叶片在水环内有 一定的插入深度）。此时，叶轮轮毂与水环之 间形成了一个月牙形空间，而这一空间又被叶 轮分成与叶片数目相等的若干个小腔。如果以 叶轮的上部0°为起点，那么叶轮在旋转前 180°时，小腔的容积逐渐由小变大、压强不 断的降低，且与吸排气盘上的吸气口相通，当 小腔空间内的压强低于被抽容器内的压强，根 据气体压强平衡的原理，被抽的气体不断地被 抽进小腔，此时正处于吸气过程。当吸气完成 时与吸气口隔绝，小腔的容积正逐渐减小，压 力不断地增大，此时正处于压缩过程，当压缩 的气体提前达到排气压力时，从辅助排气阀提 前排气。而与排气口相通的小腔的容积进一步 地减小压强进一步的升高，当气体的压强大于 排气压强时，被压缩的气体从排气口被排出， 在泵的连续运转过程中，不断地进行着吸气、 压缩、排气过程，从而达到连续抽气的目的。
凝汽器中装有大量的铜管， 并通以循环冷却水。当汽轮机的排 汽与凝汽器铜管外表面接触时，因 受到铜管内水流的冷却，放出汽化 潜热变成凝结水，所放潜热通过铜 管管壁不断的传给循环冷却水并被 带走。这样排汽就通过凝汽器不断 的被凝结下来。排汽被冷却时，其 比容急剧缩小，因此，在汽轮机排 汽口下凝汽器内部造成较高的真空。 凝汽器运行时，冷却水从前水室的 下半部分进来，通过冷却水管（换 热管）进入后水室，向上折转，再 经上半部分冷却水管流向前水室， 最后排出。低温蒸汽则由进汽口进 来，经过冷却水管之间的缝隙往下 流动，向管壁放热后凝结为水。
凝汽器的最佳真空
凝汽器的变工况
凝汽器偏离设计工况的工况，称为凝汽器的变工 况。当机组负荷变化时，凝汽量要发生相应的变化； 冷却水进口温度会随气候不同而改变，冷却水量也随 循环水泵的运行方式而变化，这些变化都使凝汽器处 在变工况下工作，凝汽器内的压力也同时发生变化。 凝汽器压力随凝汽量、冷却水量和冷却水进口温度变 化而变化的规律称为凝汽器的热力特性，或称为它的 变工况特性。下面分析一下这二个变量之间的关系。
1．循环水温升 Δt
循环水温升Δt主要取决于冷却倍率。当冷却水量Dw不变时有：
Δt = 520 (DC / DW) = aDc
由此可见：
此时Δt与Dc成正比关系。在运行中，循环水温升是判断循环水系 统工作情况的重要指标。如果在运行中蒸汽负荷 Dc没有变化，而 循环水温升Δt却发生变化，说明循环水系统的工作情况有变化， 运行人员应作相应的检查或调整。反之，当冷却水量 Dw及其他条 件不变时，可根据Δt变化情况来判断凝汽器负荷Dc或机组负荷的 变化情况。
2．传热端差 δt
凝汽器的端差反映了凝汽器内部的传热好坏。若端差小则传热效果好同 时真空也会较高。 当冷却水量和冷却水进口温度一定时：凝汽器真空随机组负荷减小而升高； 当冷却水量和机组负荷一定时：凝汽器的真空将随冷却水进口温度的降低而 升高。因此，在其他条件相同的情况下，凝汽器的真空，冬天要比夏天高些。
凝汽器端差
• 凝汽器压力下的饱和温度与凝汽器冷却水出口 温度之差。 对一定的凝汽器，端差的大小与凝汽器冷 却水入口温度、凝汽器单位面积蒸汽负荷、凝 汽器铜管的表面洁净度，凝汽器内的漏入空气 量以及冷却水在管内的流速有关。一个清洁的 凝汽器，在一定的循环水温度和循环水量及单 位蒸汽负荷下就有一定的端差值指标，一般端 差值指标是当循环水量增加，冷却水出口温度 愈低，端差愈大，反之亦然；单位蒸汽负荷愈 大，端差愈大，反之亦然。实际运行中，若端 差值比端差指标值高得太多，则表明凝汽器冷 却表面铜管污脏，致使导热条件恶化。
凝汽器
凝汽器与真空系统
凝汽器是属于凝汽式汽轮机的辅机范畴的，它是凝汽式机组 的一个重要组成部分，因为它工作性能的好坏直接影响着整个机 组的热经济性和安全性，所以，掌握凝汽器的工作原理及特性是 十分必要的。
组成：凝汽器、抽气设备、凝结水泵、循环水泵及其连接管道。 作用： 凝汽器：将汽轮机排汽凝结成凝结水并在汽轮机排汽口建立高度 真空。 抽气设备：启动时建立真空，运行时维持真空。 凝结水泵：将凝汽器中的凝结水升压后送入除氧器。 循环水泵：将循环水升压后送入凝汽器并维持循环水的流动。
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真空降低的原因及处理
1.凝汽器水位过高 2.循环水温度升高或循环水水压 降低 3.真空泵工作不正常 4.轴封压力太低 5.密封水系统水量不足，泄漏 6.真空系统其它部分存在漏点
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1.发现真空下降时，应该对照排气温度和就地真空表，确 认真空下降。 2. 真空下降时禁止投运蒸汽旁路，并将旁路切到手动方式， 切除旁路的快开保护。 3. 如因凝汽器水位过高时，查明原因停止凝汽器补水，并 开启两台凝泵加强打水，直至水位降至正常水位以下；如 果除氧器水位过高，打开紧急防水阀放水。 4. 如发现循环水温升高，检查冷却塔风机是否运行正常， 如有备用风机，投入备用风机运行；检查水压是否正常， 检查管道是否有泄漏；循环水泵工作是否正常，必要时切 换备用循泵；或对循环水系统进行排气。 5.如果真空泵工作不正常，检查工作水压力是否正常，否 则切换到循环水侧供水；若泵体故障，可切换至备用泵工 作；若备泵也故障时，根据真空情况进行一般故障停机。 6.轴封压力低，适当关小均压箱溢流阀，提高轴封压力。 7.如果密封水水系统水量不足引起泄漏时，开大水封水系 统的供水阀门，维持水封水量。 8.如因真空系统的其它部分存在漏点，对真空系统进行查 漏，消漏。 9) 凝汽器真空在查找原因时仍然继续下降时，按以下标准 处理: * 真空从-0.092MPa降至-0.084MPa时，负荷下降至30MW， 降燃机负荷或锅炉根据压力开启向空排汽门； * 真空以-0.083MPa降至-0.075MPa，负荷从30MW降至 5MW，燃机负荷降至合适位； * 真空从-0.075MPa仍在下降应将负荷降至“0”作一般故障 停机
最后应该明确，对每一个工况，凝汽器都有一个对应的最有利真空。以 此为基准，真空再提高，将使机组的热经济性降低。真空过度降低，即所谓 真空恶化，将引起一系列不良后果。如使机组的理想焓降相应减小，在认为 此时机组的损失基本不变的前提下，机组的效率要降低；低压缸因蒸汽温度 升高而变形，使机组内动静之间的间隙变化，间隙消失会引起机组振动；有 的机组，低压转子的轴承座落在低压缸上（亦称轴承不落地，国产 50MW、 100MW、200MW汽轮机就是这种结构），当低压缸膨胀时，原来分配在轴系各 轴承上的负荷要发生变化，这也能引起机组振动；机组背压变化，轴向推力 也随着变化，变化幅度大了，也影响机组的安全运行；由于铜管和凝汽器壳 体的线胀系数不一样，真空的频繁变化，会使铜管端部在管板中的胀紧程度 遭到破坏；真空恶化时，空气分压力增大，使凝结水中的含氧量增加等等。 因此，一旦真空恶化时，机组被迫减负荷或停机。
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凝汽器严密性差的主要原因
汽侧 • 1、汽轮机排气缸和凝汽器喉部连接法兰或焊 缝处漏气。如采用套筒水封 连接方式，喉部 变形使填料移动，填料压得不紧，或封水量不 足。 • 2、汽轮机端部轴封存在问题或工作不正常。 • 3、汽轮机低压缸接合面、表计接头等不严密。 • 4、有关阀门不严密或水封阀水量不足。 • 5、凝结水泵轴向密封不严密。 • 6、低压给水加热器汽侧空间不严密。 • 7、设备、管道破损或焊缝存在问题。 水侧 • 1、胀管管端泄漏。采用垫装法连接管子和管 板时，填料部分密封性不好。 • 2、在管子进口端部发生冲蚀。 • 3、冷却管破损。
（1）在汽轮机的排汽口建立并 维持规定的真空度； （2）将汽轮机的排汽凝结成洁 净的凝结水，并回收工质。
凝汽器按照排汽凝结方式的不同可分为混合式和表面式两大类 混合式凝汽器： 有结构简单、冷却效果好等优点。可是它对冷却水质要求高， 否则凝结水就不能再作为锅炉的给水。因为有这个缺点，所以现 在一般不采用它。 表面式凝汽器： 冷却工质与蒸汽被冷却表面隔开而互不接触。根据冷却工质 的不同又分为水冷却式和空气冷却式两种，由于用水作冷却工质 时，凝汽器的传热系数高，所需要的冷却面积小，因此在凝汽式 电厂中，一般都采用这种型式的。只有在严重缺水的地区及列车 电站上才采用空气冷却式； 2.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； 3.抽汽器必须把漏入的空气和 排汽中的其它气体抽走。