水泥窑纯低温余热发电概况-汽轮机

余热发电用汽轮机,1. 汽论机分类：,汽轮机,冲动式汽轮机,反动式汽轮机,凝汽式汽轮机,供热式汽轮机,背压式汽轮机,调节抽汽式汽轮机,低压汽轮机,中压汽轮机,高压汽轮机,超高压汽轮机,亚临界压力汽轮机,超临界压力汽轮机,按作功原理分,按功能分,按参数高低分,按热力特性分类（即汽轮机型式） 纯凝汽式（余热发电用）背压式调整抽汽式补汽式汽轮机（余热发电用）,供热,Turbine,Turbine,热用户,Turbine,热用户,Turbine,按主蒸汽参数分类低压汽轮机：小于1.47 Mpa；中压汽轮机：1.96 3.92 Mpa；高压汽轮机：5.88 9.81 Mpa； 超高压汽轮机：为11.77 13.93 Mpa； 临界压力汽轮机：15.69 17.65 Mpa；超临界压力汽轮机：大于22.15 Mpa；超超临界压力汽轮机：大于32 Mpa,余热发电用汽轮机,单压汽轮机 1.27MPa290-340 0.689MPa290-340 1.47MPa290-340双压汽轮机 主汽：2.29MPa380 补汽：0.15MPa150,2.汽轮机级的工作原理,汽轮机原理,2.1 汽 轮 机 的 级 、级内能量转换过程,汽轮机的级：静叶栅 动叶栅 是汽轮机作功的最小单元。,2.1.1级内能量转换过程： 具有一定压力、温度的蒸汽通过汽轮机的级时，首先在静叶栅通道中得到膨胀加速，将蒸汽的热能转化为高速汽流的动能，然后进入动叶通道，在其中改变方向或者既改变方向同时又膨胀加速，推动叶轮旋转，将高速汽流的动能转变为旋转机械能。,2.1.2冲动级：当汽流通过动叶通道时，由于受到动叶通道形状的限制而弯曲被迫改变方向，因而产生离心力，离心力作用于叶片上，被称为冲动力。这时蒸汽在汽轮机的级所作的机械功等于蒸汽微团流进、流出动叶通道时其动能的变化量。而这种级称为冲动级。,2.1.3反动级：当汽流通过动叶通道时，一方面要改变方向，同时还要膨胀加速，前者会对叶片产生一个冲动力，后 者会对叶片产生一个反作用力，即反动力。蒸汽通过这种级，两种力同时作功。通常称这种级为反动级。,2.2 冲 动 级 和 反 动 级,冲 动 级 有 三 种 不 同 的 形 式 ：纯冲动级：通常把反动度等于零的级称为纯冲动级。对于纯冲动级来说， p1 = p2 、 hb = 0 、 hn* = ht* ，蒸汽流出动叶的速度C ,具有一定的动能 C未被利用而损失，称这种损失为余速损失，用 hc2表示。 带反动度的冲动级 为了提高级的效率，通常，冲动级也带有一定的反动度（ = 0.05 0.20 ) ，这种级称为带反动度的冲动级，它具有作功能力大、效率高的特点。,复 速 级 由一组静叶栅和安装在同一叶轮上的两列动叶栅及一组介于第一、二列动叶栅之间、固定在汽缸上的导向叶栅所组成的级，称为复速级。第一列动叶栅通道流出汽流，其流速还相当大，为了利用这一部分动能，在第一列动叶栅之后装上一列导向叶栅以改变汽流的方向，使之顺利进入第二列动叶栅通道继续作功。复速级也采用一定的反动度。复速级具有作功能力大的特点。,反 动 级 通常把反动度 = 0.5的级称为反动级。对于反动级来说，蒸汽在静叶和动叶通道的膨胀程度相同，即是 ， 。反动级是在冲动力和反动力同时作用下作功。反动级的效率比冲动级高，但作功能力小。,3 多级汽轮机,3.1 多级汽轮机的工作过程多 级 汽 轮 机 的采用： 为了提高汽轮机的功率 ，就必须增加汽轮机的进汽量G 和蒸汽的理想焓降。 从经济和安全两个方面来考虑，只有一个级的汽轮机要能有效地利用很大的理想焓是不可能的。为了有效地利用蒸汽的理想焓降，唯一的办法就是采用多级汽轮机。多级汽轮机的一级只利用总焓降中的一部分。使每一级都能在最佳速度比附近工作，就能有效地利用蒸汽的理想焓降，提高机组效率。 和 单 级 汽 轮 机 相 比 较 ， 多 级 汽 轮 机 具 有 单 机 功 率 大 和 内 效 率 高 的 特 点 。,多 级 汽 轮 机 有 冲 动 式 和 反 动 式 两 种 。 国 产 10 0 MW 、 12 5 M W 、 2 0 0 M W 汽 轮 机 都 是 冲 动 式 多 级 汽 轮 机 ； 国 产 3 0 0 M W 汽 轮 机 则 是 反 动 式 汽 轮 机 。 多 级 汽 轮 机 通 常 采 用 喷 嘴 调 节 （ 控 制 进 汽 量 ） ，称 之为 调 节 级 ， 其 余 的 级 称 为 压 力 级 。 余热发电用低压力 汽 轮 机 ， 通 常 采 用 单 列 级 作 为 调 节 级 ， 中压 汽 轮 机 多 用 单 列 级 作 为 调 节 级 。 多 级 汽 轮 机 的 通 流 部 分 如 图 2 - 1所 示 。 蒸 汽 进 入 汽 轮 机 各 级 膨 胀 作 功 ， 压 力 和 温 度 逐 级 降 低 ， 比 容 不 断 增 加 。 因 此 ，通 流 部 分 尺 寸 是 逐 级 增 大 的 ， 特 别 是 在 低 压 部 分 ， 平 均 直 径 增 加 很 快 。 即 叶 片 的 高 度 越 来 越 长 。,3.2多级汽轮机的工作过程： 蒸 汽 在 多 级 汽 轮 机 中 膨 胀 作 功 过 程 和 在 级 中 的 膨 胀 作 功 过 程一 样。作功过程是重复的，但参数是变化的。3.3多级汽轮机的热力过程曲线：其热力过程曲线如图2-2。调节级前的蒸汽状态点为 ，排汽压力用 表示。汽轮机总理想焓降为 。由于进汽机的节流损失和排汽机构的压力损失，故调节级喷嘴前的实际状态点为 , 而汽轮机末级动叶出口压力为 。考虑了这两项损失之后，则总的理想焓降为 。 为整机的有效焓降。 多级汽轮机前一级的排汽状态点，就是下一级的进汽状态点。把各点连接起来，就是多级汽轮机的热力过程曲线。整个热力过程曲线由三部分所组成：进汽机构的节流过程，各级实际膨胀过程, 排汽管道的节流过程。,4多级汽轮机的损失,汽轮机除了各级级内损失之外，还有进、排汽管道的节流损失，前后端轴封的漏汽损失，机械损失。4.1前后端轴封的漏汽损失漏汽原因： 由于结构的要求，汽轮机大轴必须从汽缸内向外伸出并支持在轴承座上。这样，大轴和汽缸之间必须留有一定的间隙。汽缸的高压端，缸内蒸汽压力大于大气压力，蒸汽必然要从间隙向外泄漏。 这样就减少了作功蒸汽量 ， 降低了机组的经济性。 在机组的排汽端，缸内为真空运行，蒸汽压力低于大气压力，外界的空气将通过间隙流入汽缸内，破坏真空，也会降低机组的经济性。,减少漏汽的措施： 为 了 提 高 汽 轮 机 的 经 济 性 ， 防 止 或 减 小 这 种 漏 进 、 漏 出 现 象 的 存 在 ， 因 此 ， 在 汽 轮 机 的 两 端 漏 气 （ 汽 ） 处 装 设 汽 封 ， 以 减 少 漏 气 （ 汽 ） 量 。装 在 汽 轮 机 高 压 端 的 汽 封 称 为 前 轴 封 ， 作 用 是 为 了 减 少 高 温 高 压 蒸 汽 从 汽 缸 内 向 外 泄 漏 ；装 在 汽 轮 机 低 压 端 的 汽 封 称 为 后 轴 封 ， 它 的 作 用 是 为 了 防 止 外 界 空 气 漏 向 汽 缸 ， 保 证 汽 缸 内 的 真 空 度 。,4.2汽轮机进、排汽机构的压力损失 汽轮机必须有进汽机构和排汽管道。进汽机构由主汽阀、调节阀、导汽管和蒸汽室组成。排汽机构是一个扩散形的排汽管所构成。蒸汽通过汽轮机进、排汽机构时，由于摩擦和涡流的存在，会使压力降低，形成损失。 进汽机构中的压力损失 由于摩擦和涡流的存在，蒸汽通过汽轮机进汽管道就会有压力降低。这个压力降低不作功，是一种损失。 蒸汽在进汽机构中的压力损失和管道长短、阀门型线、蒸汽室形状及汽流速度有关。,图213 考虑了进、排汽机构的压力损失的热力过程曲线,2、排汽管道的压力损失：乏汽从末级动叶排出，经排汽管到凝汽器，蒸汽在其中流动时，因摩擦、涡流等原因，会造成压力损失，即排汽管道的压力损失。,三， 机 械 损 失 汽 轮 机 在 工 作 时 ， 要 克 服 支 持 轴 承 、 推 力 轴 承 的 摩 擦 阻 力 ， 还 要 带 动 主 油 泵 和 调 速 系 统 工 作 ， 必 然 要 消 耗 一 部 分 功 率 。 通 常 ， 用 机 械 损 失 来 描 述 。汽 轮 机 的 机 械 损 失 一 般 用 机 械 效 率 来 计 算 。 这 样 ， (2- )式 中 ， 分 别 为 汽 轮 机 的 轴 端 功 率 、 内 功 率 ； 为 机 械 损 失 ， 对 于 同 一 台 机 组 ， 由 于 转 速 为 常 数 ， 所 以 近 似 为 常 数 。,5 汽 轮 机 装 置 的 效 率,火 力 发 电 厂 的 生 产 过 程 ， 要 经 过 一 系 列 的 能 量 转 换 之 后 ， 最 后 才 能 将 矿 物 燃 料 的 化 学 能 转 变 为 电 能 。 在 这 些 转 换 过 程 中 ， 要 用 各 种 效 率 来 描 述 整 个 能 量 转 换 过 程 中 的 完 善 成 度 。 一，汽轮机的相对内效率 汽 轮 机 的 相 对 内 效 率 是 衡 量 汽 轮 机 内 能 量 转 换 完 善 程 度 的 重 要 指 标 。 它 是 整 机 的 有 效 焓 降 与 理 想 焓 降 之 比 ， 即 汽 轮 机 的 相 对 内 效 率 是 考 虑 了 机 组 进 出 口 管 道 的 压 力 损 失 和 各 级 内 能 的 。,二，汽轮机的内功率 汽 轮 机 的 内 功 率 等 于 汽 轮 机 的 进 汽 量 与 有 效 焓 降 之 乘 积 。 对 于 无 回 热 加 热 系 统 的 汽 轮 机 ， 它 的 内 功 率 为 ： (kw)或 者 ， = (kw) 对 于 有 回 热 加 热 系 统 的 汽 轮 机 ， 它 的 内 功 率 为 ： = (2 - 53 b )其 中 ， D 、 G 为 汽 轮 机 各 级 蒸 汽 量 ， 为相应的有效 焓 降 。,三，汽轮机的轴端功率、电功率 对 于 无 回 热 加 热 系 统 的 汽 轮 机 ， 它 的 轴 端 功 率为 ： = (2- ) 汽 轮 机 以 轴 端 功 率 来 拖 动 发 电 机 发 电 ，还 要 考 虑 发 电 机 的 机 械 损 失 和 电 气 损 失 。 用 表 示 发 电 机 的 效 率 ， 则 在 发 电 机 的 出 线 端 所 获 得 的 电 功 率 为 ： (2 - )其 中 ， ， 称 为 相 对 电 效 率 。 它 表 示 每 kg 蒸 汽 所 具 有 的 理 想 焓 降 中 最 后 转 变 为 电 能 的 份 额 ， 是 衡 量 汽 轮 发 电 机 组 经 济 性 的 一 项 重 要 指 标 。,四，循 环 热 效 率 和 绝 对 电 效 率 由 于 汽 轮 发 电 机 组 热 力 循 环 中 存 在 着 冷 源 损 失 ， 所 以 ， 为 了 使 得 1 kg 蒸 汽 获 得 理 想 焓 降 为 的 热 量 ， 就 需 要 加 给 它 比 多 许 多 的 热 量 。 若 忽 略 水 泵 耗 功 ， 并 且 使 装 置 按 朗 肯 循 环 工 作 ， 则 装 置 的 循 环 热 效 率 为 ： (2 - )其 中 ， - 蒸 汽 的 初 焓 ， - 凝 结 水 焓 ， 即 在 背 压 pc 下 的 饱 和 水 焓 。 这 里 ， - 为 每 1 kg 蒸 汽 在 锅 炉 中 所 获 得 的 热 量 。 对 于 有 回 热 加 热 系 统 来 说 ， 则 应 为 末 级 高 压 加 热 器 出 口 的 给 水 焓 值 。 这 样 ， 整 个 热 力 循 环 中 加 给1kg 蒸 汽 的 热 量 最 终 转 变 为 电 能 的 份 额 称 为 绝 对 电 效 率 ， 用 表 示 ： (2 - ),五，汽耗率d 热耗率q 除 了 用 效 率 表 示 汽 轮 发 电 机 组 的 经 济 性 外 ， 还 经 常 用 汽 耗 率 d 热 耗 率 q 来 表 示 其 经 济 性 。 生 产 1 k w.h 的 电 能 所 需 要 的 蒸 汽 量 称 为 汽 耗 率 ，用 d 表 示 ， 即 d = ( kg / kw.h ) (2 - ) 对 于 同 功 率 的 汽 轮 机 组 ， 虽 然 功 率 相 同 ， 但 因 蒸 汽 的 初 终 参 数 不 同 ， 而 使 得 汽 耗 量 不 一 样 。 所 以 ，汽 耗 率 d 并 不 宜 用 来 比 较 不 同 类 型 机 组 的 经 济 性 ， 而 是 采 用 反 映 机 组 经 济 性 的 另 一 指 标热 耗 率 ， 即 发 出 1 kw.h 电 能 所 需 要 热 量 ， 用 q 表 示 ：,现代火电厂都用凝汽式汽轮机发电。因此，都具备凝汽设备。凝汽设备工作好坏，对火电厂的经济性影响很大。第一节 凝汽设备的工作原理和任务一，凝汽设备的工作原理1，工作原理：根据汽轮发电机组的热效率进行分析 其 中 ， - 整 机 理 想 焓 降 ； - 蒸 汽 初 焓 ； ( - ) - 为 每 kg 蒸 汽 在 锅 炉 中 的 吸 热 量 。 排汽焓； 给水焓。,第五章 汽轮机的凝汽设备,分析上式：要提高效率，则提高理想焓降，即提高新蒸汽的初焓，降低排汽焓（压力）。要降低排汽焓值，就得降低排汽压力。一般来说，排汽压力每降低2 kpa，循环热效率就可以提高约3.5 %。所以，降低排汽压力对提高火电厂循环热效率是一个非常有效的措施。 而降低排汽压力的最有效的办法是：使排汽在密封容器中、在温度较低的条件下受到冷却而凝结成水，体积突然缩小（如在0.0049Mpa下，蒸汽比水的容积大28000倍）而形成真空。同时再用抽气器或者真空泵将漏入空气不断地抽出，保持真空。在凝结中生成的凝结水，经汇集以后，又重新送入锅炉作为给水，反复循环使用。这就是凝汽设备的工作原理。,2，主要任务：(1）建立并维持高度真空，即降低排汽焓值，提高理想焓降，使蒸汽中 较多的热能转变为机械能。(2）将蒸汽凝结成水，并将凝结水回收到锅炉作为给水。3，排汽压力的最佳值：降低排汽焓值，提高理想焓降，可以提高效率。 但不是排汽压力越低越好。这是因为：(1）当降低排汽压力，则比容v 增加，汽轮机排汽部分的尺寸增大，成本上升。而且制造困难，材料也受到限制。(2）当降低排汽压力，则比容v 增加，凝汽器的冷却面积增大，冷却水量增大，厂用电增大。因此，对排汽压力和其他几个方面要作技术经济对比而定。一般，最佳排汽压力为 = 0.002940.00686Mpa(0.030.07ata)，通常取0.005Mpa。,二，凝汽系统及主要设备：1、凝汽设备原则性系统图。其主要设备有凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵等。（1）汽轮机；（2）发电机；（3）凝汽器：使排汽在凝汽器3中不断地凝结成水，建立高度真空；将凝结时放 出的热量排出、将生成的凝结水汇集送走； （4）循环水泵：为凝汽器提供冷却水；（5）凝结水泵：不断地把蒸汽凝结时生成的 凝结水从凝汽器底部热井中抽出，并送 往给给水回热加热系统； （6）抽气器：抽出漏入凝汽器内的空气， 以维持高度真空。,4，运行对凝汽设备的要求：（1）凝汽器冷却管应具有较好的传热系数，保证良好的传热效果。自然冷却水泥沙、污染，要清洗；（2）凝结水温度不应低于排汽压力对应的饱和温度，以免增加过冷度。这和供水方式、季节、地理位置有关；（3）蒸汽在凝汽器内的阻力要小，以降低排汽口压力和减少凝结水过冷度。,第二节 凝汽器,凝 汽 器 有 混 合 式 和 表 面 式 凝 汽 器 两 大 类 。 一，混合式凝汽器 混合式凝汽器(图 52 )是使排汽在冷却水中直接冷却而凝结成水。在混合式凝汽器内，从汽轮机中排出的乏汽直接与冷却水混合而得到凝结。冷却水从安装在混合式凝汽器上部周 围的喷嘴喷出，排汽由上部进汽口 进入，与冷却水混合而得到凝结，凝结水与冷却水一起用水泵抽走。不凝结的空气，用抽气器或者真空泵不断地抽出。这种凝汽器结构简单，冷却效果好，制造成本低。,二 ， 表 面 式 凝 汽 器 在表面式凝汽器内，冷却工质与蒸汽由冷却表面隔开。根据冷却工质 不 同 ， 表 面 式 凝 汽 器 又 分 为 空 气 冷 却 和 水 冷 却 两 种 。 用水作为冷却工质的凝汽器简称为 表 面式凝汽器。由于水的传热系数比空气大， 能保证凝汽器内维持高度真空和获得洁净的凝结水。因此，国内外火电厂主要采用这种凝汽器。,1，表面式凝汽器的结构 凝汽器的外壳通常钢板做成圆柱形、椭圆形或者方箱形。外壳两端连接着形成水室的端盖2和3，外壳内的两端又装有管板4，管板4上装有很多冷却管。凝汽器内部空间被冷却管分隔成两部分： 蒸汽空间（汽侧 ） 和冷却水空间（ 水 侧 ） 。,2，表面式凝汽器的流程 冷却水从进口11 进入水室15 ，通过冷却管流到另一端水室16，转向后，又经冷却管进入水室17，最后由出水口12排出。 这种 称为双流程凝汽器。 还有单流程、 三流程、 四流程 。 3，凝结水 汽轮机的排汽进入凝汽器，在汽侧与冷却管接触而凝结成水。凝结水汇集到热井 7中， 由凝结水泵抽走并送到低压加热器。 4，漏入空气的抽出 漏入凝汽器的空气，通过抽气口8由抽气器抽出。为了减少抽气器的负荷和回收热量， 使混有蒸汽的空气在经过一次冷却，使蒸汽凝结。 在凝汽器内专门设置有空气冷却区9。,5，减少汽侧阻力 为 了 使 汽 气 混 合 物 向 抽 气 口 流 动 ，则抽气口的压力应比凝汽器的压力更低一些。 压 力 差 就 是 凝 汽 器 的 汽 阻 。 汽 阻 大 ， 会 使 凝 汽 器 入 口 压 力 升 高、 凝结水的过冷 度 和 含 氧 量 增 大 。 因 此 ， 应 设 法 减 小 汽 阻 。 抽 气 口 的 位 置 不 同 ， 凝 汽 器 中 汽 流 流 动 方 向 就 不 一 样 ， 凝 汽 器 的 结 构 型 式 也 不 相 同 。 常 见 的 有 如 图 3 - 85 所 示 的 四 种 ， 即 汽 流 向 下 式 、汽 流 向 上 式 、汽 流 向 心 式 、汽 流 向 侧 式 四 种 。 这 些 多 用 于 中 小 型 汽 轮 机 组 。,第三节 蒸汽在凝汽器内的凝结过程,一，凝汽器内压力的确定 当 蒸 汽 处 于 饱 和 状 态 时 ， 其 压 力 与 温 度 是 一 一 对 应 的 。 所 以 ，凝 汽 器 内 压 力 取 决 于 蒸 汽 凝 结 温 度 。 为 了 求 得 凝 汽 器 内 压 力 ， 就 得 先 求 出 排 汽 温 度 。排 汽 温 度 的 高 低 取 决 于 冷 却 水 的 进 口 温 度 、冷 却 水 的 温 升 和 传 热 端 差 。 凝 汽 器 内 的 压 力 可 根 据 相 应 的 饱 和 温 度 求 得 ， 而 排 汽 温 度 可 表 示 为 ： = + + （ 5-1 ）其 中 ， - 冷 却 水 的 进 口 温 度 ； - 冷 却 水 的 温 升 ； -传 热 端 差 。 只要求得了温度 之 值 ， 就可以从水蒸汽表中查得相对应的压力 。,（一）冷却水的进口温度 冷 却 水 的 进 口 温 度 取 决 于 电 厂 所 在 的 地 理 位 置 、 季 节 和 供 水 方 式 。 电 厂 供 水 方 式 有 直 流 供 水 方 式 和 循 环 供 水 方 式 两 种。 在 直 流 供 水 系 统 中 ， 电 厂 从 河 流 上 游 取 水 ， 冷 却 水 流 经 汽 轮 机 凝 汽 器 、 冷 油 器 和 有 关 冷 却 器 之 后 ， 排 入 河 流 下 游 。 采 用 循 环 供 水 方 式 时 ， 冷 却 水 则 沿 着 联 结 凝 汽 器 等 有 关 装 置 的 回 路 循 环 流 动 ， 取 自 水 源 的 水 只 作 为 损 失 的 补 充 水 ， 故 采 用 循 环 供 水 方 式 可 以 节 约 大 量 的 水 。 直 流 供 水 系 统 比 较 简 单 ， 投 资 少 ， 运 行 费 用 低 。 我 国 南 方 的 电 厂 ， 一 般 都 建 在 沿 江 、 沿 河 、 沿 海 岸 或 者 沿 大 的 水 库 。 而 北 方 的 电 厂 ， 由 于 水 源 不 足 ， 多 采 用 循 环 供 水 方 式 。,（ 二 ）冷却水的温升 1、 冷 却 水 的 温 升 可 根 据 凝 汽 器 的 热 平 衡 方 程 式 求 出 ： (5- 6 )从 而 ， ( 5- 7 )上 二 式 中 ， - 进 入 凝 汽 器 的 凝 汽 量 （ kg / h ) ； - 进 入 凝 汽 器 的 冷 却 水 量 （ kg / h ) ； - 排 汽 焓 值 和 凝 结 水 焓 值 （ kJ / kg )； - 冷 却 水 进 出 口 焓 值 (kJ / kg ) 。,2、冷 却 倍 率 m = / 称 为 冷 却 倍 率 （ 或 循 环 倍 率 ） ， 它 表 示 凝 结 单 位 蒸 汽 汽 量 所 需 要 的 冷 却 水 量 。 m 值 越 大 ， 则 冷 却 水 的 温 升 越 小 ， 凝 汽 器 内 压 力 越 低 ， 会 使 整 机 理 想 焓 降 增 加 ， 从 而 可 以 提 高 电 厂 热 效 率 。 但 是 ， m 大 则 冷 却 水 量 大 ， 冷 却 水 泵 功 率 大 。 故 m 值 大 小 要 通 过 经 济 技 术 对 比 后 确 定 。 一 般 ， 对 于 单 流 程 凝 汽 器 ， m = 80 120 范 围 之 内 ；对 于 双 流 程 凝 汽 器 ， m = 6070 范 围 之 内 。 每1kg蒸汽在凝结时所放出的潜热，约2200kJ/kg，变化很小，这样，式（5-7）为：,3、凝汽器的最有利真空和极限真空：（1）凝汽器的最有利真空：凝汽器的进汽量是由外界负荷决定的，而冷却水温升是有依靠调节冷却水量来控制的。冷却水量增加，可降低冷却水温升，降低汽轮机排汽压力，增大理想焓降，提高经济性。但是水泵功率要增大。这里有一个最佳冷却水量，即冷却水量增大，使汽轮机功率增加所得到收益大于水泵功率增大，净收益最大。这时候的真空称为凝汽器的最有利真空。（2）凝汽器的极限真空：若真空进一步增高，使末级叶片的斜切部分达到膨胀极限时的真空称为凝汽器的极限真空。这时候余速损失增加。（三）传热端差 传热端差 和 冷 却 面 积 、 传 热 量 及 传 热 系 数 有 关 系 。 设 计 时 ， 一 般 取 =3 10 。 对 于 单 流 程 凝 汽 器 ， 取 =( 7 9 ) ，对 于 多 流 程 凝 汽 器 ， 取 = ( 4.5 6.5 ) 。,第四节 蒸汽在凝汽器内蒸汽的凝结过程,一 ，凝 结 特 点 ： 假设只有水蒸汽存在，并且凝汽器内各处的压力都相等，则蒸汽应在与压力相对应的饱和温度下凝结。实际上并非如此，因为：1，排汽从凝汽器进口向空气抽出口流动，由于阻力存在，则凝汽器内各处压力都不相同；2，整个系统不可能完全密封，有空气漏入。则凝汽器内各处空气分压也不相同，凝结时的饱和温度也不相同。 这样，由于阻力和空气的存在，蒸汽分压降低，使凝结水温度低于凝汽器进口处的 蒸 汽 温 度 ，造成凝结水过冷。,三，空气漏入对凝汽器工作的影响 由于空气的漏入，对凝汽器的工作是有影响的 ： 1，空气的漏入会使传热效果变差，传热端差增大。结果会 使排汽压力升高，降低了机组的经济性； 2，空气的漏入，增加了凝结水中空气的溶解度，对汽轮机 装置和管道系统金属产生腐蚀，影响机组的安全性； 3，空气的漏入，会使空气分压增大，使凝结水的过冷度增 加，影响了机组的经济性。,第五节 抽气器,1，抽气器的作用 抽 气 器 的 作 用 是 将 漏 入 凝 汽 器 内 空 气 不 断 地 抽 出 ， 以 维 持 凝 汽 器 内 的 高 度 真 空 。 故 抽 气 器 工 作 的 好 坏 对 凝 汽 器 工 作 的 影 响 很 大 。 任 何 一 种 抽 汽 器 ， 不 论 其 结 构 和 工 作 原 理 如 何 ， 都 是 一 种 压 气 器 ， 它 将 汽 气 混 合 物 从 凝 汽 器 抽 气 口 的 压 力 压 缩 到 高 于 大 气 压 的 出 口 压 力 。 2，抽气器的型式 抽 气 器 的 型 式 有 机 械 式 和 喷 射 式 两 种 。 喷 射 式 抽 气 器 结 构 简 单 、 工 作 可 靠 、 制 造 成 本 低 、 维 护 方 便 、 建 立 真 空 快 。 常 用 的 喷 射 式 抽 气 器 有 射 汽 抽 气 器 和 射 水 抽 气 器 两 种 ， 工 作 原 理 相 同 工 质 不 同 。 前 者 用 蒸 汽 作 工 质 ， 后 者 用 水 作 工 质 。,一、 射 汽 抽 气 器 1.启动抽气器的结构和工作原理： 启 动 抽 气 器 的 作 用 是 在 汽 轮 机 启 动 前 给 凝 汽 器 建 立 真 空 ， 以 缩 短 机 组 启 动 时 间 。 图 5 - 8 为 启 动 抽 气 器 示 意 图 ， 它 主 要 由 工 作 喷 嘴 A 、 混 合 室 B 和 扩 压 管 C 所 组 成 。 工 质 是 新 蒸 汽 ，新 蒸 汽 进 入 工 作 喷 嘴 A ， 在 喷 嘴 A 膨 胀 加速 造 成 一 个 远 高 于 音 速 的 高 速 汽 流 射 入 混 合 室 。高 速 汽 流 有 很 强 的 空 吸 作 用 ， 从 而 将 从 抽 气 口 来 的 汽 气 混 合 汽 流 带 走 ， 并 进 入 扩 压 管 C 。混 合 汽 流 在 扩 压 管 C 中 不 断 扩 压 ， 直 到 压 力 稍 大 于 大 气 压 力 后 排 入 大 气 。 启 动 抽 气 器 功 率 大 建 立 真 空 快 ， 但 工 质 和 工 质 的 热 量 不 能 回 收 ， 有 经 济 损 失 。 故 它 只 作 为 启 动 时 用 。 一 旦 汽 轮 机 正 常 工 作 以 后 ， 主 抽 气 器 便 投 入 工 作 ， 启 动 抽 气 器 停 止 工 作 。,2. 主 抽 气 器 主抽气器的作用 ：是在汽轮机正常工作时使用，以维持凝汽器的高度真空。主抽气器一般都采用带中间冷却器的多级型式。其目的在于可以得到更高的真空度，同时也可以回收工质和热量，提高经济性。图5- 9为两级射汽抽气器工作原理图。凝汽器内的汽气混合物由第一级抽气器抽出，并压缩到某一中间压力（低于大气压力），然后进入中间冷却器2。在中间冷却器2中，混合物中的部分蒸汽被凝结成水，而未凝结的汽气混合物又被第二级抽走。在第二级抽气器中，汽气混合物被压缩到略高于大气压力，再经第二级冷却器4进一步凝结并回收工质和热量。最后的空气和少 量未凝结的蒸汽一起排入大气。,（ 二 ）射 水 抽 气 器 射水抽气器的工作原理：射水抽气器的工作原理同射汽抽气器相同，如图5- 12所示。它主要由工作水进口1、喷嘴2、混合室5、扩压管7和逆止阀6等部件所组成。压力水由射水泵供给，经喷嘴形成高速射流射出，从而将凝汽器中的汽气混合物抽出 。 射水抽气器不消耗新蒸汽，运行费用较射汽抽气器低。系统简单、运行可靠、维护方便。 但 需 要 另 外 安 装 射 水 泵 。 现 代 大 型 汽 轮 机 都 采 用 射 水 抽 气 器 。 国 产 200 MW 汽 轮 机 就 是 采 用 射 水 抽 气 器 作 为 主 抽 汽 器 。 中 小 型 汽 轮 机 多 采 用 射 汽 抽 气 器 作 为 主 抽 汽 器 。,第七章 汽轮机自动调节,第一节 汽轮机自动调节系统一，汽轮机自动调节系统的任务：1，汽轮机为什么必需具备自动调节系统？ 电能不能大量储存，火电厂发出的电力必须随时满足用户要求，即在数量、质量要求同时满足用户要求。（1）数量要求：用户对发电量的要求。这就是要求电力负荷根据用户要求来调整发电大小，以满足用户要求。（2）供电质量要求：供电质量就是指频率和电压。其中，电压可以通过变压器解决。电网频率则直接取决于汽轮机的转速。转速高则频率高，转速低则频率低。,因此汽轮机必须具备调速系统，以保证汽轮发电机组根据用户要求，供给所需电力，并保 证电网频率稳定在一定范围之内。（3）火电厂自身安全的需要：汽轮发电机组工作时， 转子、叶轮、叶片等承受很大的离心力，而且离心力与转速的平方成正比。转速增加，离心力将迅速增加。当转速超过一定限度时就会使部件破坏，出大事故。2，调速系统的任务： （1）满足用户足够的电力（数量、质量）； （2）保证汽轮发电机组始终在额定转速左右运行。 * * 除了调速系统之外，汽轮机组还必须具有保护系统（超速保护、轴向位移保护等）。,3，汽轮发电机组转子运动方程式： 机组在工作时，作用在转子上的力矩有三个：蒸汽主力矩、发电机反力矩、摩擦力矩。在稳定状态下，三者的代数和为零： 通常，摩擦力矩很小，这样一来，上式可写成： （72） 机组运行时，只要蒸汽主力矩和发电机反力矩不平衡，就会产生角加速度。4，调速系统的功能： 蒸汽主力矩和发电机反力矩随转速的变化如图7-1所示：当转速n增加时，蒸汽主力矩减小，发电机反力矩增加；当转速n减小时，蒸汽主力矩增加，发电机反力矩减小。 A点是两力矩平衡状态点：曲线1、2之交点。,(1) 当外界负荷减少时，反力矩由曲线2变到曲线2，而主力矩曲线1不变。其工作点 由A移到B，机组转速由（自平衡能力：当不考虑调速系统的功能作用下，负荷变动时，机组能自动保持平衡状态的能力）。 (2) 当调速系统动作，减小进汽量，主力矩曲线由1 变为1，与反力矩曲线2交于C点，机组转速变为接近）。,图71,二，运行对调速系统的要求,1，调速系统应能保证：当蒸汽参数和电网频率在允许范围内变化时，机组能从满负荷到空负荷范围内稳定运行，并保证机组能顺利地并网和解列； 2，当负荷变化时，调速系统应能保证机组从一稳定工况安全地过度到另一稳定工况，而不发生较大的长期的负荷摆动； 3，为了保证机组稳定运行，各种因素引起的负荷摆动应在允许范围内； 4，当机组突然甩电负荷时，调速系统应能保证机组转速最大升高值小于超速保护装置 动作转速。,三，汽轮机调速系统的基本原理,（一）简单的汽轮机自动调速系统（图7-2） 1，主要部件：调速器，滑阀（错油门），油动机，调节阀。 2，油路：Po-高压油，Pn-排油。 3，工作原理： 当外界负荷N减少，机组转速n升高，调速器飞锤向外扩张，滑环A上移，杠杆ABC以C点为支点带动滑阀B点上移，高压油Po通过滑阀油口进入油动机上油室，油动机下油室与排油Pn相通，活塞下移，关小调节阀5，减小进汽量，机组功率减小。 同时，杠杆以A点为支点带动滑阀B点下移，滑阀回中，切断窗口，高压油停止流动。调速系统达到新的平衡状态。 * 当外界负荷N增加时，机组转速n下降，调速系统各部套调节过程相同，而动作方向相反。,图7-2,（二）调速系统的静态特性曲线（图7-3）,1，有差调节：从图7-2可知，杠杆C有不同位置，则A就有不同位置，而B点在任何一平衡状态其位置不变。这就是说，对应不同的功率，就有不同的转速。 2，静态特性曲线： 汽轮发电机组转速与功率的关系曲线称为调速系统的静态特性曲线。如图7-3所示。,3，静态特性曲线的平移-同步器 同步器是调速系统的部件之一。操作同步器，可使汽轮机 在同一转速下有不同的功率，或者是在同一功率下有不同的转速。 4，速度变动率：当同步器位置不变，机组的功率从额定功率变为零功率时，其转速由 上升到 。转速的变化量与额定转速 之比称为调速系统的速度变动率，用表示。 (7-3),（三）调速系统的组成部分,( 1）转速感受元件： 转速感受元件的作用是测量机组转速的变化，并把转速变化信号转化为其他物理量而输送给下一调节环节。（2）传动放大机构： 传动放大机构是接受、放大转速感受元件输送的信号，并输送给下一机构。（3）配汽机构： 配汽机构是接受放大后的信号，调节汽轮机的进汽量，改变机组功率。另外，还有同步器等。,四，国产汽轮机调速系统简介,（二）径向泵液压调速系统,1，主要部件：径向泵（调速器 ） （径向泵兼作主油泵） ，压力变换器，滑阀，油动机， 反馈油口，调节阀，同步器。 2，油路：高压油Po，排油Pb，控制油Px。 3，工作原理： a，当外界负荷N减小： b，当外界负荷N增加：,五，汽轮机的供油系统,1，供油系统的作用： 润滑轴承，带走热量；给调速系统、保护系统供工作油。2，供油系统的主要部件及其作用： a，主油泵：机组正常工作时，向各部件供油； 常用的主油泵有：离心式：效率高，压力-流量特性稳定，流量大。用于大机组。 b，射油器：共两个，一个给主油泵供油，另一个给轴承供油； c，冷油器：利用冷油器冷却油，维持轴承油膜正常工作； d，油箱： 储油，把水份和蒸汽、杂物去掉； e，交流电动高压油泵：启动时，代替主油泵； f，交流辅助油泵：开机前，打开油循环；停机时，向轴承供油； g，直流事故油泵：在厂用电全停时，向轴承供油（惰走21分钟）； h，排烟机：,图79 200MW汽轮机的油系统,第二节 调速系统的转速感受机构（调速器）,调速器的作用就是将一个物理量（转速）转换为另一个物理量（位移、油压），并作为下一个调节环节的输入。,图7-10,二，液压式转速感受元件,特点： 结构简单，工作可靠，灵敏度高。液压式转速感受元件有两种：径向泵（或称脉冲泵、信号泵、赞孔泵），旋转阻尼。（一）径向泵 1，结构：在轮体上赞有十个径向孔。图7-12为径向泵示意图， 由径向泵、压力变换器、活塞、稳压网，节流孔等组成。,2，工作原理： 径向泵进出口油压分别接在压力变换器活塞上下油室，当转速变化引起油压变化时，使压力变换器活塞上下移动，开大（或关小）控制油压Px的泄油量，使控制油 压Px发生变化。即把转速变化信号转换为油压变化信号。,图7-12,3，油压与转速的关系： 当转速由 上升为 时，工作点有1升为2点（图7-13），油泵进出口油压差的变化率与转速的变化率 关系为： (713）其中，A-阻力特性； 、 分别为转速为 、 时的油泵出口压力； -为油泵进口压力。当转速变化不大时，油泵进出口油压差的变化率与转速的变化率 成线性关系。,第三节 调速系统的传动放大机构,调速器位移产生的作用力是很小的，不足以开启、关闭调节阀门。因此，必需设置中间放大机构，将调速器位移（油压）信号加以放大、传递和转换。液压式传动放大机构有两类：即断流式滑阀油动机机构和节流式滑阀油动机机构。前者可作为中间放大和执行机构；后者一般只作中间放大机构。一，断流式滑阀油动机机构(图7-15)