第四章汽轮机的凝气设备讲义

1、第四章第四章 汽轮机的凝气设备汽轮机的凝气设备华北电力大学，能源动力与机械工程学院华北电力大学，能源动力与机械工程学院巨星一、凝汽设备的工作原理、任务和类型一、凝汽设备的工作原理、任务和类型1.1 凝汽设备的工作原理与任务排汽压力（排汽温度）排汽压力（排汽温度） 循环热效率循环热效率凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起着冷源作用。降低汽轮机凝汽设备在汽轮机装置的热力循环中起着冷源作用。降低汽轮机排汽的压力和温度，就可以减小冷源损失，提高循环热效率。排汽的压力和温度，就可以减小冷源损失，提高循环热效率。1.1.11.1.1凝气设备的作用凝气设备的作用例：例：东方汽轮机厂东方汽轮机厂N300-16.

2、67/537/537N300-16.67/537/537机组机组无凝气设备无凝气设备pc=101kPa37.12%37.12%pc=5.0kPa45.55%45.55%N300-16.67/537/53737.12%45.55%41.凝汽器：凝汽器：使排汽在凝汽器使排汽在凝汽器凝结成水，凝结成水， ；将凝结时放出的热量排出、将凝结时放出的热量排出、将生成的凝结水汇集送走将生成的凝结水汇集送走2.循环水泵：循环水泵：为凝汽器提供为凝汽器提供冷却水冷却水3.凝结水泵：凝结水泵：将蒸汽凝结时将蒸汽凝结时 的的 从凝汽从凝汽器底部抽出器底部抽出4.抽气器：抽气器：抽出漏入凝汽器抽出漏入凝汽器内的空气，

3、内的空气， 凝汽器内的凝汽器内的 建立高度真空建立高度真空生成生成洁净的凝结水洁净的凝结水作为锅炉给水作为锅炉给水维持维持高度真空高度真空1.1.21.1.2 凝气设备的工作原理、任务凝气设备的工作原理、任务51.1.21.1.2 凝气设备的工作原理、任务凝气设备的工作原理、任务排汽在密封容器中、在温度较低排汽在密封容器中、在温度较低的条件下受到冷却而凝结成水，的条件下受到冷却而凝结成水，体积突然缩小（如在体积突然缩小（如在0.0049Mpa下，蒸汽比水的容积大下，蒸汽比水的容积大28000倍）倍）而形成真空。而形成真空。同时再用抽气器或者真空泵将漏同时再用抽气器或者真空泵将漏入空气不断地抽出

4、，保持真空。入空气不断地抽出，保持真空。给水不洁将使锅炉结垢和腐蚀，给水不洁将使锅炉结垢和腐蚀，新蒸汽夹带盐分，此盐分在汽轮新蒸汽夹带盐分，此盐分在汽轮机流通部分积盐垢，影响电厂安机流通部分积盐垢，影响电厂安全经济运行全经济运行任务任务一、建立并维持高度真空一、建立并维持高度真空二、生成洁净的凝结水，为锅二、生成洁净的凝结水，为锅炉提供给水炉提供给水三、对凝结水进行除氧，减少三、对凝结水进行除氧，减少对设备的氧化腐蚀对设备的氧化腐蚀61.2 凝汽器的类型空冷空冷水冷水冷单流程单流程双流程双流程多流程多流程流流程程单压单压多压多压压力压力按按冷冷却却介介质质气流向上式气流向上式气流向下式气流向下

5、式气流向侧式气流向侧式气流向心式气流向心式气气流流方方向向混合式混合式表面式表面式接触接触表面式凝汽器冷却水与蒸汽由冷却表面隔开。由于水的传表面式凝汽器冷却水与蒸汽由冷却表面隔开。由于水的传热系数比空气大，能保证凝汽器内热系数比空气大，能保证凝汽器内维持高度真空维持高度真空和和获得洁获得洁净的凝结水净的凝结水。国内外火电站，核电站主要采用这种凝汽器。国内外火电站，核电站主要采用这种凝汽器。7a气流向下式气流向下式b气流向上式气流向上式c气流向心式气流向心式d气流向侧式气流向侧式单流程单流程 双流程双流程8 表面式双流程气流向侧凝汽器主凝结区主凝结区挡板挡板空气冷却区空气冷却区汽阻：汽阻：在空气

6、抽出口处的压力在空气抽出口处的压力pc最低，冷凝器入口处压力最低，冷凝器入口处压力pc最高。这两个压力最高。这两个压力之差就是蒸汽空气混合物的流动阻力，称为凝汽器的汽阻，即之差就是蒸汽空气混合物的流动阻力，称为凝汽器的汽阻，即 pc= pc- pc 水阻：水阻：凝汽器冷却水入口压力与冷却水出口压力差值凝汽器冷却水入口压力与冷却水出口压力差值水阻越大，循环水泵的耗功越大。水阻越大，循环水泵的耗功越大。双流程凝汽器的水阻较大，约为双流程凝汽器的水阻较大，约为494978kPa78kPa。单流程凝汽器的水阻一般不超过。单流程凝汽器的水阻一般不超过40kPa40kPa。 汽阻大，会使凝汽器入口压力汽阻

7、大，会使凝汽器入口压力pcpc升高、经济性降低。升高、经济性降低。现代凝汽器汽现代凝汽器汽阻可以小到阻可以小到260260400Pa400Pa，甚至达，甚至达130Pa130Pa左右。左右。9热井热井蒸汽入口蒸汽入口空气冷却区空气冷却区主凝结区主凝结区10111213 混合式凝汽器排汽在冷却水中直接冷排汽在冷却水中直接冷却而凝结成水却而凝结成水优点：优点：结构简单，冷却结构简单，冷却效果好，制造成本低效果好，制造成本低缺点：缺点：凝结水与不清洁凝结水与不清洁的冷却水混合后，不能的冷却水混合后，不能用作锅炉给水用作锅炉给水现代机组很少采用现代机组很少采用 直接冷却空气凝汽器优点：优点：不需要冷却

8、水等中间介质，系不需要冷却水等中间介质，系统设备少，结构简单，系统投统设备少，结构简单，系统投资较少资较少 缺点：缺点：凝汽器体积庞大，需放置于户凝汽器体积庞大，需放置于户外外排汽管道粗大且较长，流阻较排汽管道粗大且较长，流阻较大大密封困难，维持真空困难，启密封困难，维持真空困难，启动时抽真空时间较长动时抽真空时间较长采用强制通风，耗电量大，噪采用强制通风，耗电量大，噪音大，煤耗高音大，煤耗高空气冷却系统：全厂节水空气冷却系统：全厂节水65%，适用于缺水地区，适用于缺水地区 混合式间接冷却空气凝汽器混合式换热的蒸汽冷凝混合式换热的蒸汽冷凝与表面式换热气水冷却与表面式换热气水冷却两次不同换热方式

9、两次不同换热方式 表面式间接冷却空气凝汽器表面式换热的蒸汽冷凝表面式换热的蒸汽冷凝与表面式换热气水冷却与表面式换热气水冷却两次相同的换热方式两次相同的换热方式二、凝汽器的真空与传热二、凝汽器的真空与传热2.1 凝汽器内压力pc的确定凝汽器汽侧凝汽器汽侧空间多组分空间多组分介质共存介质共存蒸汽蒸汽不凝结气体不凝结气体原蒸汽中夹带（很少），真空原蒸汽中夹带（很少），真空系统不严密漏入系统的空气系统不严密漏入系统的空气csappp道尔顿分压定律：道尔顿分压定律：理想气体总压力等于各组分的分压力之和理想气体总压力等于各组分的分压力之和2.1.1 凝汽器中蒸汽和空气的分压力凝汽器中蒸汽和空气的分压力凝汽

10、器内压力很低，视为理想气体 ,ssssaaaavscsvaaavsvasap vR T p vR TqD xv qD vqqTT11 0.622csasppDx D求得求得10.622110.622acsaasDpx DpDx D对于严密性合格的机组，对于严密性合格的机组， Da/ Dc 0.0001，这里我们取，这里我们取Da/ Dc=0.0001可得蒸汽分压力和总压力的关系可得蒸汽分压力和总压力的关系 凝结凝结99%，干度，干度x=0.01凝结凝结99.9%，干度，干度x=0.001凝结凝结99.99%，干度，干度x=0.00010.99380.94140.6165scscscpppppp

11、利用混利用混合气体合气体关系式关系式CasacasaXDDRRXDDPP622. 00.287kJ/kg.k0.462kJ/kg.kpspspaps主凝结区，主凝结区，总压总压pc蒸汽压力蒸汽压力ps，p ps s决定于汽、水共存的热决定于汽、水共存的热平衡温度，即对应压力下水、平衡温度，即对应压力下水、蒸汽的饱和温度。蒸汽的饱和温度。空冷区，空冷区，空气所含比重逐渐变大，空气所含比重逐渐变大， ps才明显小于才明显小于pc，ts下降，汽气混合物才被冷却。下降，汽气混合物才被冷却。pc冷却水温升冷却水温升t冷却水的进、出口温差。冷却水的进、出口温差。传热端差传热端差t凝汽器进口压力下的蒸凝汽器

12、进口压力下的蒸汽饱和温度与冷却水出汽饱和温度与冷却水出口温度的差。口温度的差。主凝结区的凝结温度：主凝结区的凝结温度：主凝结区主凝结区：( )cssppf t主凝结区空冷区t水2 蒸汽1tw1tw2ttsttsttttttwws12所以，凝汽器压力决定于冷却水入口温度、冷却水温升和凝汽器端差。2.1.2 影响凝汽器压力影响凝汽器压力 Pc的因素的因素影响凝汽器内压力的三个因素：影响凝汽器内压力的三个因素：1.1.冷却水进口温度冷却水进口温度 1wt季节与气候（主要因素）季节与气候（主要因素）1wt夏季夏季1wt冬季冬季夏季真空夏季真空 冬季真空冬季真空南方真空南方真空北方真空北方真空某一压力后

13、扩压管出口排水阻塞抽气口压力不考虑工作水的排出时，是这样的工作水温tw对射水抽气器的影响其他条件一定，工作水温tw抽气口压力工作水汽化量水温升高热量来源工作水与管壁及水分子间的摩擦碰撞抽出气汽混合物中蒸汽凝结放出汽化潜热 定期或连续补低温水，溢出高温水加装抽空气冷却装置补水溢水工作水池 降低水温措施三、水环式真空泵三、水环式真空泵吸气管排气管假如叶轮不偏装假如叶轮不偏装空腔空腔4 46 6的容积的容积 排气过排气过程。程。空腔空腔1 13 3的容积的容积 吸气过程吸气过程；三、水环式真空泵三、水环式真空泵外壳外壳偏心叶轮偏心叶轮 工作水工作水同心水环同心水环123654水环水环工作条工作条件件

14、叶轮偏心必须安装叶轮偏心必须安装泵壳内有足量的工作水泵壳内有足量的工作水五、凝汽器的变工况五、凝汽器的变工况蒸汽负荷、冷却水量蒸汽负荷、冷却水量 、冷却水进口温度、冷却水进口温度 是决定凝汽器压力是决定凝汽器压力的主要因素的主要因素cDwD1wt;4.1874.187cccccwcwhhhhtaDaDDD 5.1 5.1 主要因素改变对凝汽器压力的影响主要因素改变对凝汽器压力的影响( )cssppf t主凝结区：主凝结区：1()wf ttt 4187114.187cwA KDccwwchhf tteDDwD不变不变t1 1 变工况下变工况下 的变化规律的变化规律constwD改变改变newco

15、nstct D ct D 2.2. 变工况下变工况下 的变化规律的变化规律t(4.5.2)(4.5.2)41871cwcA KDatDeaconstwD不变不变41871cwA KDtte ctaD 已运行已运行凝汽器凝汽器AcAc不变不变若若K K也不变也不变/cccdD A比蒸汽负荷比蒸汽负荷cct Dd理论结果理论结果实验结果实验结果cd较大，负荷较高时较大，负荷较高时ct dcd较小，负较小，负荷较低时荷较低时t基本不变基本不变1wt1wt较小，曲线在上部较小，曲线在上部越小，转折越早越小，转折越早cdcdtaDKt3.3.变工况下变工况下 的确定的确定cp 凝汽器的特性曲线凝汽器的特

16、性曲线如图所示如图所示，它是根据不同的，它是根据不同的D Dc c、t tw1w1和和D Dw w，由，由tt和和tt随随D Dc c的变化规律，求得相应的的变化规律，求得相应的tt和和 ，最终求，最终求得凝汽器压力得凝汽器压力p pc c及绘制而成。及绘制而成。twD一定一定由不同的由不同的cd1wt1swtttt ttcspp1(,)ccwpf D t曲线图曲线图wD改变改变1(,)ccwpf D t曲线图曲线图新的新的六、多压式凝汽器六、多压式凝汽器 有两个以上排汽口的大容量机组的凝汽器可以制成有两个以上排汽口的大容量机组的凝汽器可以制成多压凝汽器。下图为双压凝汽器的示意图。冷却水由多压

17、凝汽器。下图为双压凝汽器的示意图。冷却水由左侧进入，右侧排出。凝汽器汽侧用密封的分隔板隔左侧进入，右侧排出。凝汽器汽侧用密封的分隔板隔成互不相通的两部分，进水侧的冷却水温较低，汽侧成互不相通的两部分，进水侧的冷却水温较低，汽侧压力压力 也低；出水侧冷却水温较高，汽侧压力也低；出水侧冷却水温较高，汽侧压力 也较高，也较高，这就构成了双压凝汽器。依此类推，可以制成三压式、这就构成了双压凝汽器。依此类推，可以制成三压式、四压式，在美国最多有六压式。四压式，在美国最多有六压式。1cp2cp一、多压凝汽器一、多压凝汽器右图为单压和双压右图为单压和双压凝汽器蒸汽和冷却凝汽器蒸汽和冷却水温沿流程的分布。水温

18、沿流程的分布。虚线为单压凝汽器；虚线为单压凝汽器；实线为双压凝汽器。实线为双压凝汽器。1、在一定条件下，多压凝汽器的平均折合压力比单压、在一定条件下，多压凝汽器的平均折合压力比单压式的低，平均凝汽温度降低，亦即降低平均凝汽器真式的低，平均凝汽温度降低，亦即降低平均凝汽器真空。空。 分析表明采用双压或多压凝汽器具有以下优点分析表明采用双压或多压凝汽器具有以下优点2 2、利用高压凝汽器的高温凝结水加热低压凝汽器的低、利用高压凝汽器的高温凝结水加热低压凝汽器的低温凝结水，减少低压加热器抽汽量，减小发电热耗率。温凝结水，减少低压加热器抽汽量，减小发电热耗率。 当冷却水入口温度（环境温度）越高、循环倍率当冷却水入口温度（环境温度）越高、循环倍率越小时，采用双压凝汽器的经济性越好。当冷却水入越小时，采用双压凝汽器的经济性越好。当冷却水入口温度低到一定值时，采用多压凝汽器比采用单压的口温度低到一定值时，采用多压凝汽器比采用单压的经济性还差。因此，对压凝汽器更适用于汽温高的地经济性还差。因此，对压凝汽器更适用于汽温高的地区区( (t tw1w1高高) )、缺水地区、缺水地区( (