汽轮机-凝汽设备

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。
K越大，δt越小，ts越小， pc越小，即真空越高。
在一般汽轮机中，1kg排汽凝结时放出的汽化潜热hc hc 约在2140～
2200kJ/kg左右，
t 2177 520 4.187m m
3、传热端差δt
Q 1000Dc hc hc AcKtm 4187Dwt
t
tm
ln
t t t
式中： Ac—传热面积；K—传热系数；Δtm—对数平均温差。
在水源充足的地区、大机组，采用单流程； 在水源紧张的地区、小机组，采用双流程。
凝汽器压力（真空）与传热
一、凝汽器内压力pc的确定
凝汽器压力和汽轮机背压相关
ts tw1 t t
ts —蒸汽凝结温度 Δt —冷却水温升
t tw2 tw1 t ts tw2 δt—凝汽器端差，ts与tw2 之差。
凝汽器由外壳、水室、管板、隔板、冷却水管等组成。
表面式凝汽器结构简图 1－凝汽器外壳 2、3－水室端盖 4－管板
重要概念
1、凝结水过冷度 定义：热井中凝结水温度tc低于凝汽器喉部压力下蒸汽饱和温度ts的
程度。一般为-0.5℃～-1℃。
t tc ts
2、汽阻 定义：在凝汽器汽侧，从凝汽器的喉部到抽气口的压力降，一般取 260～400Pa。
目前这种凝汽器主要用于间接空气冷却凝汽系统中。 表面式凝汽器：排汽在冷却表面一侧凝结，而冷却工质在另
一侧流动，互不接触。一般表面式凝汽器以水为冷却介质
优点：传热系数高，能建立高真空，且能保持凝结水洁净； 缺点：消耗大量有色金属，制造成本高。
现代发电厂的汽轮机组一般都采用表面式凝汽器。
凝汽器结构
流程：
汽轮机排出的蒸汽凝汽器汽 侧，与铜管接触凝结 放 出潜热凝结水沿管壁热井 加热器。
冷却水 冷却水温tw1 tw2
ts
tc
tw1 tw2
凝汽器类型
分为混合式凝汽器和表面式凝汽器两类。 混合式凝汽器：排汽与冷却水直接混合接触而使蒸汽凝结
优点：结构简单，制造成本低，能建立高真空 缺点：要求循环水的质量与凝结水相同。
二、凝汽器的最佳真空
1、极限真空 使汽轮机末级动叶达到
膨胀极限压力的真空称为极 限真空。
2、最佳真空 在提高真空过程中，当
汽轮机功率的增加和循环水 泵耗功增加之差为最大时的 真空，称为最佳真空。
max Pnet Pel Pp
3、优化运行 达到最佳真空，凝结水
过冷度小，凝结水品质合格 。
ΔP ΔPel ΔPp
ps —对应的饱和压力
pc —为凝汽器内压力
沿冷却表面的温度分布
在主凝结区，总压力pc与蒸汽的分压力ps相差很小，可用ps代替。
影响凝汽器压力（真空） pc 的因素
1、冷却水进口温度tw1
决定于电站所处地的气候、季节、冷却塔效率（闭式循环）
冬季tw1低， ts低，凝汽器压力pc低，真空高； 夏季高tw1 ，ts高，凝汽器压力pc高，真空低； 采用冷水塔或喷水池时，还决定于冷却效率。
凝汽器的工作原理和作用
作用：
建立和维持真空，使汽轮机排汽压力降低，理 想焓降增大，提高循环热效率；
将汽轮机的排汽凝结为水,为锅炉提供纯的凝 结水
工作原理
根据水蒸汽的性质，在低压条件下，汽态 与液态的比体积相差极大（5 kPa时，蒸汽 比水的比体积大28000倍），这样，原来为 蒸汽充满的空间，一旦被冷却，凝结成 30℃左右的凝结水，则在该密闭空间，将 因体积骤然缩小而形成高度真空。
ΔPei-Pp
冷却水增量ΔW
三、空气的危害
1、进入凝汽器的空气量
1)凝汽器中的空气来源：汽轮机后轴封、法兰缝 隙等漏入； 随主蒸汽带来。
2)空气量：严密性正常时，进入凝汽器的空气量 不到蒸汽量的万分之一
在汽轮机运行时，保持真空系统的严密性，直接 影响汽轮机运行的经济性。真空下降1％，汽耗 率增加1％。要对真空度进行监视，真空度低于 规定值时，要进行报警。
pc pc pc
产生原因：1）蒸汽进入冷却管束第一排的局部阻力； 2）蒸汽流经管束的沿程阻力。
3、水阻 定义：冷却水流经凝汽器时流动阻力。
产生原因：1）在水室及进出冷却水管时的局部阻力； 2）冷却水在冷却水管中的沿程阻力。当冷却水管被杂 物堵塞时，水阻明显增大。
4、冷却水流程 定义：冷却水在凝汽器中依次流过冷却水管的次数。
前提：密封、无空气。
饱和压力＝f（饱和温度），单增函数
30℃左右的饱和压力对应约4kPa绝对压力， 表压约-97kPa,真空97kPa
凝汽器内平衡及流程
建立并维持凝汽器真空，必须随时维持三个平衡： 1）质量平衡，进入蒸汽量等于抽出凝结水量； 2）热量平衡，蒸汽放出的热量等于冷却水（循环水）带走的热量； 3）空气平衡，漏入空气量等于抽出空气量。