双背压凝汽器

双背压凝汽器简介

凝汽器是凝汽式汽轮机的一个十分重要的设备，其工作性能直接影响着整个汽轮机组的经济性和安全性，当机组容量达到600MW甚至更大等级时，由于材料、叶片制造工艺、机组空间布置等方面的限制，采用多压凝汽嚣成了现代大型电站凝汽器研制发展的一个必然的重要方向，采用多背压可以降低热耗、减小凝汽器表面积，减少冷却水量、改进设备布置和运行。

黄岛电厂两台670MW机组就是采用双背压凝汽器，本文以此为例简单介绍双背压凝汽器的优越性、典型结构及运行中的特殊故障。

黄岛电厂670MW机组凝汽器的主要参数：

型式：双背压、双壳体、单流程、表面式

冷却面积：38000m2

凝汽器平均背压：4.4/5．4kpa

冷却水流量：68300t／h

冷却面积： 36600 m2

循环水允许温升：≤10.28

冷却水设计温度/最高水温：20/33℃

循环倍率（实际工况凝汽量）55

冷却管规格：φ25×O．5mm(主凝结区) φ25×0．7mm(空冷区及顶部迎汽区)

一、多背压凝汽器的优越性

所谓多背压凝汽器就是由一个串联的冷却水冷却来自汽轮机低压缸两个或以上排出口的

蒸汽，使得蒸汽在分隔开的多个不同绝对压力的凝汽器汽室中凝结成水。多压凝汽器与单压凝汽器相比具有以下优越性：

(1)多压凝汽器从根本上改善了蒸汽负荷的不均匀性，从而提高了凝汽器的传热性能。

(2)多压凝汽器在传热过程中，冷却水温度除了在进口处和出口处与单压凝汽器相等外，当中过程均比单压凝汽器低，因此多压凝汽器的传热性能优于单压凝汽器。

(3)把低压侧温度较低的凝结水设法送往高压侧回热，利用高压汽室中的蒸汽将它加热到比单背压凝汽器凝结水温度更高的温度，则送往锅炉的凝结水温度将高于平均温度，从而可使整个系统循环热效率进一步提高。

(4)多背压凝汽器的平均背压低于相同条件下单背压凝汽器的背压，这样就增大了汽轮机

在低压缸处的焓降，提高了整个机组的经济性。一般来说采用双背压凝汽器，机组热效率可提高0．15％～0．25％。如图1：

单压凝汽器和双压凝汽器的平均排汽温度之差为：

当循环水进口温度超过某一分界温度时，排汽温度差为正值，且循环水进口温度越高，排汽温度差越大。此外。排汽温度差还与循环水温升有关，而循环水温升等于525/m，m越小，排汽温度差越大。另据研究表明：多压凝汽器的数目越多，冷却倍率越小，采用多压凝汽器的效益越大。所以在缺少冷却水和气温较高的地区采用多压凝汽器是比较有利的，一般可提高装置效率0.15-0.25%

图1

(5)在保持汽轮机功率(或热耗)不变的情况下，多压凝器亦可根据设计需要同时减少冷却面积和冷却水流量，以提高经济效益。

(6)多压凝汽器可以改善凝汽器布置。多压凝汽器允许采用较长的冷却管，由长冷却管构成的凝汽器比短冷却管构成的凝汽器横截面小，壳体重量轻，并且土建工作量小，甚至容许使

用单壳体而不必采用双壳体，因此可以减少凝汽器建设的初始投资。

由于压力等级越多机组制造与安装难度越大，因此目前世界上大容量机组以采用双背压设计为主，我国从九十年代末开始，双背压凝汽器得到迅速发展，双背压是指汽轮机有两个不同的排汽压力，这样的汽轮机，被称为双背压汽轮机，相对应的，这样的凝汽器被称为双背压凝汽器。

二、双压凝汽器的工作原理

右图为最简单的凝汽设备原则性系统图。汽轮机的排

汽进入凝汽器后，其热量被循环水不断地带走，因而排汽

不断地凝结成水并流入凝汽器底部，进入新的水循环。由

于蒸汽凝结成水时，体积会骤然缩小（在0.005MPa压力

下，体积约缩小28000倍），所以凝汽器内就会形成高度

的真空。真空泵不断地将漏入凝汽器的空气抽出，确保真

空不会因漏气而降低。

黄岛厂670MW机组为三缸四排汽汽轮机，凝汽器为双壳体、双背压（对每壳体而言为单背压）、单流程（对每壳体而言为单流程）、回热式。低压缸排汽分别进入A、B凝汽器，循环水串行通过A、B凝汽器，从低背压凝汽器A进入，出水进入高背压凝汽器B，排出后进入虹吸井。由于循环水进水温度的不同，所以形成了高、低汽室。也就是说高低背压凝汽器只是壳体是整体的，其水侧是双进双出的，正常运行中可半边解列进行清洗。凝汽器循环水布置如下图：

循环水联络管

A凝汽器B凝汽器

凝结水联通管

循环水进水循环水排水

双背压凝汽器就是两组独立的凝汽器，其性能曲线与单压凝汽器相同。（如下图）由图可见，在一定冷却水量和进水温度下，凝汽器的真空值随机组负荷的增加而减少；当汽轮机的负

荷与冷却水量不变时，凝汽器的真空值随进水温度的增加而降低。

三、双背压双壳体凝汽器凝结水的输送和回热、抽汽系统的典型设计。

(1)不凝结气体的排出及空冷区抽汽管道的布置

凝汽器的一个主要任务是在汽轮机排汽口建立和维持一定的真空度，需要在汽轮机组起动时建立真空及抽除在运行中从真空系统不严密处漏入的空气和非凝结气体以维持真空度．抽汽系统的好坏真接影响到凝汽器性能。在凝汽器中布置了抽汽管道将空冷区的不凝结气体引出，然后接到真空泵。对于双壳体凝汽器。由于每个壳体有两个独立的管束，相应地就有两个独立的空冷区，这样一共有四个空冷区。双背压双壳体凝汽器空冷区抽汽管道的结构布置常用有两种方法：串联和并联。前者应用在双背压凝汽器中往往引起两个汽室的工作相互干扰，造成抽汽量不均、不足甚至抽不出，影响传热性能，在以前的机组中已经发生过类似情况；而后者虽然解决了串联抽汽带来的弊端，但分别布置抽汽系统，使系统复杂化，投资较大。在黄岛电厂凝汽器设计时进行了优化，取两者所长，在凝汽器壳体内采用了并联抽汽方式，即各空冷区抽气管道并联引出壳体后并入一根母管，共用三台水环式真空泵，两运一备，简化了系统，减少了一台真空泵的投资，又兼顾了安全性。

(2)凝结水的内部输送和再热

双背压凝汽器设计中的一个重要问题，是如何将低背压凝汽器中凝结水送往高背压凝汽器中去回热，也就是说再热除氧系统如何设计，一个好的再热系统能够使凝汽器在设计工况运行