汽轮机及辅 助设备(常家芳)汽轮机(三)

第三部分凝汽器（冷凝器）第一章凝汽设备作用、组成与工作原理1.1凝汽设备的作用凝汽设备是汽轮机组的一个重要辅机，在电厂凝汽式汽轮机组的热力循环中，凝汽设备起着冷源的作用，它对整个电厂的安全、经济运行具有重要作用。

它的主要任务是将汽轮机排汽凝结成水，在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度；并把凝结水送回蒸汽发生器（或锅炉）继续使用。

凝汽设备的作用具体地可归结为四个方面：(1) 凝结作用凝汽器通过冷却水与汽轮机排汽的热交换，带走排汽的汽化潜热而使其凝结成水，凝结水经回热加热后作为蒸汽发生器（或锅炉）的给水重复使用。

(2) 建立并维持一定的真空这是降低汽轮机的背压、提高电厂循环热效率所必需的。

(3) 除氧作用现代凝汽器，特别是沸水堆核电机组的凝汽器，都要求有除氧作用，以适应机组的防腐要求。

(4) 蓄水作用凝汽器的蓄水作用既是汇集和贮存凝结水、热力系统中的各种疏水、排汽和化学补给水的需要，也是缓冲运行中机组流量急剧变化、提高系统调节稳定性的需要，并且是确保凝结水泵必要的吸水压头的需要。

2492501.2 凝汽设备的组成图3-1凝汽设备的连接系统1-汽轮机 2－发电机 3－凝汽器 4－冷却水泵 5－凝结水泵 6－抽气器凝汽设备由凝汽器、冷却水泵、抽气器和凝结水泵组成。

图3-1表示凝汽设备的系统图。

其中，各组成部分的作用如下：凝汽器，它是凝汽设备的主要部分。

其作用是：利用低温的冷却水，使汽轮机排出的蒸汽在其中凝结放热，将蒸汽凝结成水，为汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度；对凝结水除氧；以及蓄水。

冷却水泵的作用：为凝汽器提供低温的冷却水，并带走汽轮机排汽在凝汽器中放出的热量；抽气器的作用：由于凝汽器处于真空条件下工作，所以在凝汽器开始运行时，必须要用抽气器将其壳体内的空气抽出以建立真空；并在凝汽器运行过程中，将汽轮机排汽中夹带的空气和从真空系统不严密处漏入的空气不断抽出，以维持凝汽器的真空。

凝结水泵的作用：把凝结水送回蒸气发生器（或锅炉）继续使用。

1.3 凝汽设备的工作原理当凝汽器开始工作时，先由抽气器抽去凝汽器壳体内的空气，为其建立一定的真空度；接着，从汽轮机来的排汽进入凝汽器壳侧，由冷却水泵来的低温冷却水进入凝汽器管侧，通过冷凝管束使蒸汽凝结成水，并将凝结放出的热量带走；同时，为了维持凝汽器的真空度和减少不凝性气体对传热的影响，利用抽气器不断抽除凝汽器中积聚的空气；最后，通过凝结水泵将凝结水送回蒸汽发生器（或锅炉）继续使用。

251252第二章 凝汽器的工作原理2.1 凝汽器的压力（真空度）汽轮机的背压对其热效率和热力系统的经济性有很大的影响，而凝汽器的主要任务就是为汽轮机排汽口建立并维持一定的真空度。

根据电厂凝汽器运行经验，通常凝汽器压力升高1 Kpa ，汽轮机的汽耗就要增加1.5—2.5 %。

因此，凝汽器压力（真空度）是表征凝汽器工作特性的主要指标。

2.1.1 凝汽器压力的确定凝汽器压力通常是指，与凝汽器壳侧蒸汽凝结温度相对应的饱和压力。

但是，实际上凝汽器壳侧各处的压力并不相等。

我国“凝汽器性能试验规程”规定：凝汽器压力，是指凝汽器入口截面上的蒸汽绝对压力，用'k P 表示；而凝汽器计算压力是指，离凝汽器管束第一排冷凝管约300 mm 处的蒸汽绝对压力，用k P 表示。

图3-2表示了凝汽器压力'k P 与k P 的位置。

对汽轮机而言，感兴趣的是汽轮机背压P K ‘，即；而从凝汽器角度，关心的却是P K 。

显然，P K ’与P K 之差取决于凝汽器喉部的阻力和扩压情况。

在大型凝汽器中，它的喉部内都装设了低压加热器，抽汽管道，蒸汽导流元件等设备或部件。

因此，凝汽器喉部的阻力不可忽视。

本书中所述的均为凝汽器计算压力P K ，并简称为凝汽器压力。

在凝汽器中，由于蒸汽凝结成水的过程是在汽、水饱和状态下进行的。

因此，凝汽器内蒸汽的饱和压力与饱和温度是相对应的。

所以，凝汽器压力P K 的高低取决于蒸汽凝结的饱和温度s t 。

为使凝汽器获得较高的真空度，就要使凝汽器内蒸汽253的饱和温度尽可能接近冷却水温度。

如果冷却水量和冷却面积均为无限大，蒸汽与冷却水之间的温差可趋近于零（见图3-3中a ）。

但是，实际上冷却水量和冷却面积都是有限的，所以蒸汽凝结放出的汽化潜热通过管壁传给冷却水时，必然存在传热温差；冷却水吸热后温度要升高，但总是低于蒸汽的饱和温度（见图3-3中c ）。

凝汽器中蒸汽的饱和温度t S 与冷却水离开凝汽器的出口温度t 2之差称为传热端差δt 。

因此，蒸汽凝结时的饱和温度t S 与冷却水进口温度t 1、冷却水的温升t ∆和凝汽器的传热端差δt 有关。

即：δ+∆+=t t t s 1t （3-1）图3-3表示它们之间的关系。

当蒸汽凝结温度t S 确定后，就可查出其对应的饱和压力，即为凝汽器压力P K 。

当冷却水出口温度一定时，传热端差越小，汽轮机的排汽压力（背压）就越低，它的理想焓降就越大，在汽轮机各项损失不变时，机组的热效率就越高。

2.1.2 凝汽器压力的度量大型凝汽器的压力采用水银真空计测量，测点应布置在离管束第一排冷却水管约300 mm 处，如图3-4所示。

其中，H 值称为凝汽器真空度，它的单位为mmHg 。

254凝汽器压力为：k P =B -H mmHg （3-2）式中：B ——气压计所示水银柱高度，mmHg ；H ——真空计所示水银柱高度，mmHg 。

但是，凝汽器压力的单位通常用Pa表示，所以，应用下式表示：k P =133.3（B -H ） Pa （3-3）凝汽器的真空度通常用百分数表示，即：100⨯=B H V % （3-4） 凝汽器压力P K 与真空度V 的换算关系为：)1001(3.133V B P k -= Pa （3-5）2.2 影响凝汽器压力的因素凝汽器的结构和运行对凝汽器压力均有影响，下面将分别作介绍。

2.2.1 结构因素凝汽器的结构合理与否对凝汽器压力有一定的影响，下面简要介绍几个具有较大影响的因素。

2.2.1.1 管束长度与管板直径（或当量直径）之间的比值为了使蒸汽沿管长方向分配比较均匀，管束长度与管板直径（或当量直径）的比值必须合理。

否则会使凝汽器传热面积得不到充分的利用，从而影响传热量，使凝汽器压力升高。

2.2.1.2 管束的排列和布置型式凝汽器中抽气口处的压力最低,蒸汽-空气混合物从凝汽器喉部流向抽气口，在经过管束时有流动阻力。

从喉部到抽气口之间的压力降称为“汽阻”。

汽阻的存在对凝汽器压力和凝结水的过冷度都有影响，这里先分析它对凝汽器压力的影响。

当抽气口压力一定时，汽阻越大，凝汽器压力也越高。

管束的排列和布置型式对凝汽器的汽阻大小、蒸汽在管束中的分配是否均匀，以及是否会出现空气积聚的死区等都有影响。

因此，在管束排列和布置方面，要求它所产生的汽阻尽可能小，管束内留出的蒸汽通道能使蒸汽在管束中均匀分配，并且不会出现空气积聚的死区。

另外，应该设置空气冷却区，使蒸汽-空气混合物得到冷却，以增大排出的蒸汽-空气混合物的过冷度，减少工质损失，并降低抽气器的负荷。

2.2.1.3 水室的形状水室的形状对冷却水量在管束中的分配有很大影响。

如果冷却水量分配不均匀，将影响传热效果，使传热端差增大，凝汽器压力升高。

因此，水室的形状应有利于冷却水量在管束中的均匀分配。

例如，N-15000-1型凝汽器采用的倾斜立方体水室（见图3-15），就有利于冷却水在管束中均匀分配。

2.2.1.4 凝汽器的严密性由于凝汽器中空气含量对蒸汽凝结放热的影响很大，因此要尽可能减少凝汽器中的空气含量。

其中，汽轮机排汽所夹带的空气是不可避免的，而凝汽器真空系统不严密所漏入的空气，往往是凝汽器空气含量过高的重要原因，但这是可以避免的。

因此，在凝汽器安装与维修时，应尽可能使凝汽器真空系统达到严密。

2.2.2 运行因素255凝汽设备运行的好坏对汽轮机运行的安全与经济性有很大的影响。

凝汽设备的运行主要是能保证凝汽器达到最有利的真空度，减少凝结水的过冷度和含氧量，保证凝结水达到合格的水质。

为此，必须对凝汽设备的运行进行严格的控制和监督。

在运行中，影响凝汽器真空度的因数很多，其中主要有：冷却水进水温度、冷却水的流量、凝汽器管束表面的清洁状况，以及真空系统的严密性等。

为了保证凝汽设备的正常运行，必须经常而有系统地对运行指标进行分析，以便及时发现问题，并找出原因加以解决。

由于凝汽器压力取决于凝结温度t，因此，影响凝结温度的因数也就是影响凝s汽器真空度的因数。

由式（3-1）可知：影响凝结温度t的因数有以下几项。

s2.2.2.1 冷却水进口温度t1如果凝汽器冷却水进口温度降低，凝结温度必然降低。

因此，在相同的负荷和冷却水量下，冬季时凝汽器的真空度比夏季时高。

在直流供水系统中，凝汽器的进水温度完全由自然条件决定，它随着气候、季节而变化。

但在采用循环供水系统中，冷却水温度除了受大气温度和相对湿度影响外，还与循环水冷却设备运行的好坏有关。

2.2.2.2 冷却水温升t∆冷却水温升与冷却水流量有很大关系。

当排入凝汽器的蒸汽量一定时，如果凝汽器中冷却水的温升增加，则说明冷却水量不足，从而引起冷却水出口温度升高，使凝汽器真空度下降。

冷却水量不足的原因主要是循环水泵出力不足或水阻增加。

而水阻增加的原因主要是由于冷却水管堵塞，循环水泵出口或凝汽器进水阀门开度不足，以及循环水泵虹吸遭到破坏等原因造成的。

2.2.2.3 凝汽器的端差δt凝汽器端差增大，同样会使凝结温度升高，真空度下降。

而端差又与冷却水进口温度t1、凝汽器每单位冷却面积的蒸汽负荷D n/F c、传热表面的清洁程度及凝汽器内积聚的空气量等因数有关。

256257对于一定的凝汽器，在相同的负荷和冷却水流量条件下，端差的大小将表明凝汽器传热效率的高低。

而运行中，传热效率高低又主要取决于传热表面脏污程度和汽侧积聚的空气量多少。

凝汽器传热表面结垢或脏污均会增加污垢热阻，使传热效率降低，端差增大；当凝汽器内积聚的空气量过多时，由于空气热阻过大，使传热系数明显下降，从而使传热端差增大。

空气漏入凝汽器的原因，通常是由于真空系统管道阀门不严密或汽封压力不足甚至中断所造成的；也可能由于抽气器效率降低，不能将漏入凝汽器的空气完全抽出而造成的。

另外，凝汽器水位过高，淹没部分冷却管，使传热面积减少，传热端差增大，也会影响凝汽器的真空度。

2.3 凝汽器的特性曲线在电厂运行过程中，并不直接关注凝汽器的传热系数，而是以凝汽器的绝对压力（或真空度）及冷却水出口端差的变化来判断凝汽器运行状况的好坏。

而凝汽器的绝对压力又与传热端差之间存在一定的关系。

凝汽器的运行参数，例如冷却水量D W 、进口水温t 1、蒸汽凝结负荷D C 等往往偏离设计值。

此时，凝汽器的压力也就随着改变。