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600MW汽轮机凝汽器 一 双压凝汽器 1 概念 双压凝汽器是指来自两个汽轮机排汽口的蒸汽分别引入汽侧分隔 水侧串联的真空不同的两个汽室中冷却凝结的凝汽器 双压凝汽器结构 LP HP 低压缸排汽 低压缸排汽 凝泵 凝汽器 凝汽器 2 双压凝汽器汽水流程 LP 凝结水串联方式 3 凝汽器真空的建立和维持 1 通过使蒸汽凝结建立真空 凝汽器压力 蒸汽分压力 空气分压力 2 通过保持热量和物质平衡保持真空 蒸汽排入量 蒸汽凝结量 Ps空气漏入量 空气抽出量 Pa 凝汽器换热示意图 4 凝汽器真空的确定 冷却水进口温度tw1冷却水温升 t凝汽器的传热端差 t 蒸汽凝结温度 Psts 5 凝汽器双压的形成 因高 低压侧凝汽器冷却水进口温度不同 故在两个凝汽器壳体内形成不同的压力 凝汽器冷却水流程 冷却水先从低压侧凝汽器前水室进入低压侧管束 然后从低压侧后水室流出 经过冷却水连通管进入高压侧凝汽器 因高 低压侧凝汽器冷却水进口温度不同 故在两个凝汽器壳体内形成不同的压力 凝汽器冷却水流程 6 双压凝汽器特点 与单压凝汽器相比 采用双压凝汽器具有以下优点 1 首先 双压凝汽器比相同冷却面积和冷却水流量的单压凝汽器具有更低的平均凝汽器压力 因而可以提高机组的效率和出力 2 当凝汽器压力相同时 采用双压凝汽器可减少冷却面积或冷却水量 因而可以减少投资或降低运行费用 3 由于双压凝汽器将低压侧的凝结水引入高压侧 并使之回热到高压侧所对应的较高的饱和温度 使得凝结水出口温度得以提高 从而提高了凝结水泵进口温度 改善了凝结水回热系统 增加了机组的效率 7 多压凝汽器的应用 1 一般循环水温tw1较高 缺水 m小 t大 的地区 多压凝汽器的经济性较好 2 600 1000MW机组 采用多压凝汽器可提高电厂经济性约0 2 0 3 二 凝汽器结构 1 总体结构 凝汽器一般由接颈 外壳 水室 管束 管板 中间隔板 支撑杆 挡汽板 空气冷却区 热井等部分组成 东方600MW超临界汽轮机凝汽器采用双背压 双壳体 表面式 双汽室 八水室 对分单流程 并列横向布置 壳体和水室全焊接结构 1 管束隔板 2 冷却管束 3 抽气口 4 挡板 5 空气冷却区 6 热井 小型凝汽器内部结构 喉部 600MW汽轮机双压凝汽器结构 喉部支撑钢架 弹簧支撑 热井 水室 水室 2 凝汽器的结构设计要求 凝汽器在结构上应有合理的管束排列 以提高总的传热系数和降低汽侧阻力 合理布置空气冷却区和抽气口 防止形成空气死区 配备有效的抽气设备 以保证良好的热交换 喉部要有良好的空气动力特性 以保证排汽较均匀地进入冷却管束 不致形成汽流旋涡而浪费部分冷却面积 整个外壳要有良好的气密性和足够的刚度 以利于提高真空严密性和防止外壳变形 要使汽流良好地加热凝结水 并达到一定的除氧效果 根据管子振动计算选择合理的中间支撑板跨距 避免运行时引起管束共振而使管束遭到破坏 3 壳体 型式 大机组一般采用焊接结构 特点 结构简单 便于制造 运输和安装 金属消耗量少 组装 焊接 壳体 组装中的凝汽器外壳 4 接颈 又称喉部 1 接颈中布置有哪些部件 接颈接颈 又称喉部 上接壳体膨胀节 下接凝汽器的管束模块 接颈中布置有合体式低压加热器及其抽汽管道 小汽机排汽管和低压旁路系统的减温减压装置 水幕喷射管 四周布置形成喷水水幕 等 汽轮机排汽口 汽轮机排汽口 东电清河电厂7 8号低压加热器穿装 2 凝汽器水幕保护 A 安装位置 水幕保护在凝汽器喉部 低旁排汽口上部 环绕喉部一圈 B 作用 凝汽器水幕保护装置的喷水形成水幕 可以防止低旁蒸汽进入凝汽器后引起低压缸升温 保护低压汽缸 另外在低负荷 空负荷时排汽温度高 也可防止高温排汽直接冲刷凝汽器冷却水管 C 控制 凝汽器温度测点在凝汽器内二级低旁排汽口上方附近 7 8低加上方 用它来监视凝汽器低旁排汽口的温度 用这里的温度代表凝汽器的温度 以决定能否开启低旁和是否需要开启凝汽器水幕保护 若该处高时快关低旁且闭锁 85 报警 100 快关低旁 也可以根据此处温度开 关凝汽器水幕保护阀 3 接颈内部钢管支撑 为什么要加钢管支撑 因接颈在真空下工作 必须承受大气压 需具有足够的强度和刚度 因此凝汽器接颈一般设计利用内部钢管支撑加强 有正交支撑和斜撑两种形式 采用斜撑方法的接颈中央没有支撑管 汽流阻力小 留出足够空间使蒸汽能顺畅均匀地流经接颈进入凝汽器管束 同时低压加热器和抽汽管道布置方便 喉部支撑钢架 斜撑方法 的焊接 4 凝汽器与排汽缸的连接和支撑方式 600MW汽轮机设计上凝汽器底部采用刚性支承 与排汽缸的连接采用不锈钢膨胀节 在设计中采取高压侧接颈因仅有垂直补偿 采用单波形膨胀节 在低压侧接颈上布置双波形膨胀节的方式 以增大其横向补偿裕量 更好地解决低压排汽缸的横向膨胀问题 提高膨胀节的使用寿命 600MW汽轮机凝汽器底部采用刚性支承 考虑凝汽器的膨胀 低压侧膨胀量较大 凝汽器弹簧支撑 有些汽轮机凝汽器底部安装在弹簧支架上 可以吸收汽缸及设备的热膨胀 与低压排汽缸则采用刚性连接 不使用膨胀节 5 600MW汽轮机凝汽器喉部膨胀节 凝汽器运行时 凝汽器壳体向上膨胀 排汽缸向下膨胀 要求二者之间连接一个具有垂直补偿能力和横向补偿能力的壳体膨胀节 一般有两种形式 金属膨胀节和橡胶膨胀节 其中金属膨胀节优点是可采用全焊形式 密封可靠 运行中无需维护 但与橡胶膨胀节相比 其横向补偿能力较小 一般用于横向补偿量小的情况 橡胶膨胀节的最大优点是横向补偿能力大 但由于采用螺栓夹板连接 密封不十分可靠 一般须设计水封槽 运行时需维持水封水位 并且橡胶有老化问题 在凝汽器的寿命期内 需要更换橡胶带 膨胀节 接颈 水室 冷却水管 壳体 600MW机组凝汽器喉部不锈钢膨胀节 排汽口 接颈 5 水室 冷却水进出和转向的空间 7 管束 1 布置原则 1 在管束之间和管束与壳体壁之间应设有一定宽度的蒸汽通道 使蒸汽能自由地流向管束的各个部分而使管束的热负荷较均匀 2 蒸汽 空气混合物向抽气口流动的路径要短而直 以降低汽阻 适当提高蒸汽 空气混合物的流速 提高空冷区的传热效果 减小空冷区面积 3 用挡汽板划分出空冷区 尽量使主凝结区落下的凝结水不与空气含量高的汽 气混合物相接触 4 设有一定的通道使部分蒸汽流向管束下部回热凝结水 2 凝汽器内部管束布置结构 管束 汽流通道 排汽通道 空冷区 空冷区挡汽板 管束间挡汽板 3 管束布置的基本形式 主要有带状布置 辐向块状布置和教堂窗布置等方式 凝汽器管束辐射式带状 卵形管束 布置 卵形管束 该凝汽器设置了3处集水板 挡汽板 这些集水板除了有收集凝结水的作用外 还可以分隔各管束区的汽流 辐向带状管束布置 600MW凝汽器管束结构之一 结构 辐向管束 排汽通道 空冷区 汽流通道 汽流可通底部加热凝结水 300MW汽轮机凝汽器辐向带状排列 600MW汽轮机凝汽器排汽通道 教堂窗式凝汽器管束布置 教堂窗式凝汽器内部结构 支撑杆 拉杆 管束 预冷却区 抽气口 空气冷却区 600MW凝汽器管束的结构之二 空气冷却区 排汽通道 又称为山字形管束 带状管束优点 带状管束的特点是 整个管束布置成连续的条带状 形成明显的进汽通道和排汽通道 每一股汽流从进汽通道穿过管束条带基本上完成凝结任务 剩余汽气混合物沿着排汽通道一直流向空冷区 在600MW汽轮机凝汽器的设计中 管束设计为辐射式带状管束 管束四周呈封闭的带状 空气冷却区布置在管束的中央 管束四周进汽 在管束四周有足够的蒸汽通道 流速均匀 汽阻极小 且有部分蒸汽直接下流对凝结水进行回热除氧 7 冷却水管 1 冷却管材料 对海水用钛管 对其它冷却水用不锈钢冷却管 安装中的不锈钢多向扰流管凝汽器内部 改造后的不锈钢多向扰流强化换热管 换管后的汽室照片 中部 2 管子的排列方式 三角形 换热效果好 布置紧凑 但汽阻大 正方形 布置稀疏 汽阻小 但换热效果差 辐向排列 介于二者之间 后两种用于凝汽器进口处 第一种用于其他空间 3 冷却水管支撑 利用中间隔板将冷却水管支撑为中间呈弧形向上凸起的形状 作用 确保冷却水管和管板紧密结合 适应管板和冷却水管的热膨胀 减小热应力 改善冷却水管的振动性能 使凝结水盐弯曲的冷却水管表面向两侧流动 再沿着隔板流入热井 减少水膜聚集 提高传热效果 4 冷却水管的安装工艺 凝汽器不锈钢管的穿装焊接采用了先定位胀后焊接再强胀的新工艺 且定位胀与强胀的胀接深度 扩张系数均不相同 增加了施工难度 穿管 推拉 推拉 切管 胀管 焊接 氩弧焊 强胀 8 中间隔板及其加强型钢 支撑杆 隔板可通过加强型钢和定距拉杆 支撑杆 与壳体侧板连接成整体框架 使得整体刚性增强 1 中间隔板的作用 固定冷却水管 并将汽侧空间分隔成若干汽室 2 隔板支撑杆的作用 采用支撑杆把隔板串联起来并固定在两侧水室外壳上 便于安装中隔板找正 保证管孔同心 并增加隔板和冷却水管连接刚性 3 加强型钢作用 与支撑杆一起提高隔板的刚性 加强型钢与支撑杆 凝汽器隔板与支撑杆焊接 组装中的凝汽器隔板 安装凝汽器内的隔板 凝汽器中间隔板 凝汽器的隔板在安装中 9 抽气口和管束的布置 抽气口的布置 基本上有汽流向心 向侧 向上 向下四种 汽流向侧下 汽流向心 汽流向上 多区域汽流向心 向心式管束布置的凝汽器在组装中 向心式管束布置的凝汽器在组装中 10 空气冷却区 凝汽器的传热面分为主凝结区和空气冷却区两部分 这两部分之间用档板隔开 空气冷却的面积约占凝汽器面积的5 10 1 设置空气冷却区的目的 主要是冷却空气 使其容积流量减小 进而减轻抽气设备的负荷 有利于提高抽气效果 2 罩形挡板 在空冷区顶部设置有罩形挡板 将主凝结区落下的凝结水与空气含量高的汽一气混合物隔开 抽气管布置在三角形空冷区顶部 使得空冷区面积得以较大程度减少 凝汽器空气冷却区罩形挡板 3 空气冷却区抽气管 抽空气管 内部 11 凝结器凝结水回热系统 1 回热流程 回热的作用 提高凝结水温度 减小凝汽器端差 同时对凝结水除氧 高低压侧连通管 600MW汽轮机凝汽器凝结水回热通道和管道 回热管 HP至LP通道 淋水盘 2 凝结水真空除氧装置 由于部分蒸汽可以直接通到凝汽器底部 对落下的凝结水进行回热的同时可以进行除氧 利用淋水盘将水流细化 并落在溅水角铁上 增大水流和蒸汽的接触面积 提高除氧效果 凝汽器淋水盘 淋水盘下管道 三 凝汽器胶球清洗装置 五 凝结水泵结构特点 双层壳体筒形立式多级离心水泵共四级 首级为双侧进水 采用抽芯式结构外泵壳整体焊接 具有良好的密封性能内壳体由压水接管 导叶体 泵体 吸入喇叭口等组成 用螺栓连接 内壳体插入外筒体内 通过外筒体的上法兰用螺栓禁固在基础上 并在吸入喇叭口处设置径向支撑 在不拆卸外筒体的条件下 可抽出泵的转子 密封 轴承等 进行解体 便于装拆检修和更换 凝结水泵 六 真空泵组 本机组采用双级水环式真空泵 其配备一套相应的附属设备 如冷却器 气水分离器及阀门 管道等 它们共同组成真空泵组 1 水环式真空泵原理图 水环式真空泵原理图1 水环 2 吸气口 3 排气口 4 泵体 5 叶轮 水环式真空泵 工作原理 在泵体中装有适量的水作为工作液 当叶轮按图中指示的方向顺时针旋转时 水被叶轮抛向四周 由于离心力的作用 水形成了一个决定于泵腔形状