动力机械4-凝汽器

1、第五章第五章 汽轮机的凝汽设备汽轮机的凝汽设备第一节第一节 凝汽设备的作用及工作过程凝汽设备的作用及工作过程 一、凝汽设备的作用一、凝汽设备的作用 凝汽设备的主要作用有两方面：一是在汽轮机排汽口建立并维持高度真空；二是保证蒸汽凝结并供应洁净的凝结水作为锅炉给水。 二、凝汽器的结构类型二、凝汽器的结构类型 （一）表面式凝汽器的结构及工作过程（一）表面式凝汽器的结构及工作过程（二）表面式凝汽器的分类 根据冷却介质不同，表面式凝汽器又分为空气冷却式和水冷却式两种。 根据冷却水流程不同，凝汽器可分为单流程、双流程、多流程凝汽器。 根据空气抽出口位置不同，即凝汽器中汽流流动形式不同，现代凝汽器分为汽流向

2、心式和汽流向侧式两大类 水冷却式冷 直接空冷机组可实现全厂节水65%以上，冷端系统节水95%，因其显著地节水效果在我国富煤贫水的三北地区得到大力发展。富煤贫水富煤贫水空气冷却式简单背景 我国空冷运行优化方面的研究还处于初期探索阶段，目前尚未形成完整的指导理论和系统的应用软件供实际生产使用。电厂空冷系统有三种：（1）直接空冷系统（2）采用表面式凝汽器的间接空冷系统（3）采用混合式凝汽器的间接空冷系统直接空冷系统具有投资省、占地面积小、防冻效果较好等优点，虽然煤耗和运行费用较高，但年费用较低，从经济角度看一般较合理。与直接空冷系统相比，间接空冷系统的缺点是投资和年费用较高、换热效率较低、散热器面积

3、较大、冷却系统庞大、厂区占地面积较大。由于我国空冷机组多建在北方缺水地区，冬季寒冷对防冻要求较高，凝结水温和背压不能过低；夏季高温天气历时较短，因此在新建工程中，大多数采用了直接空冷系统。空冷系统概述（以电厂空冷系统为例）空冷系统概述（以电厂空冷系统为例） 直接空冷系统对环境气象条件较敏感，受环境气象条件影响变化较大，特别是风从锅炉房后吹向主厂房前的空冷平台，达到一定风速时会在空冷凝汽器处形成热回流，对机组安全运行和运行效率产生较大影响。 气温变化直接影响空冷机组的背压。根据国内外直接空冷机组运行的实际情况可知，气温较高时，热回流可能会造成机组停机。当夏季高温时，汽轮机背压升高，影响机组安全运

4、行，目前个别空冷机组在夏季运行以降出力方式，保持相对较低背压，以保证机组安全运行。 直接空冷系统受环境风的风向及风速等气象因素的影响也较明显。国内已发生过因强对流气象条件导致汽轮机跳闸的事故。不利风向将影响进风、排风条件，产生热回流，直接影响机组效率。间接空冷系统对环境气象条件的敏感性和受环境气象条件影响变化较小。系统与设备1汽轮机；2发电机；3空冷凝汽器；4凝结水箱；5凝结水泵6低压加热器；7除氧器；8给水泵；9高压加热器；10锅炉图1 火电厂直接空冷机组示意图直接空冷系统直接空冷系统直接空冷系统 直接空冷系统的作用：将汽轮机做功后的乏汽冷凝成水，再由凝结水泵送回汽轮机回热系统。系统与设备系

5、统与设备直接空冷凝汽器运行原理图直接空冷系统由排汽大直径管和分配管、空冷凝汽器、轴流风机、抽真空系统、凝结水箱等组成。工作原理：汽轮机排汽通过大直径排汽管进入水平分配管，由分配管送入凝结管束内，下部的轴流风机使冷却空气由下而上经过散热器表面与管内蒸汽进行热交换，将排汽冷凝成水，再由凝结水泵送回汽轮机回热系统。 空冷单元的几何模型如下图影响空冷凝汽器换热效率的主要因素影响空冷凝汽器换热效率的主要因素l环境温度、风速和风向；l厂房的总体布局以及周围的地貌；l空冷单元的风机功率；l空冷凝汽器翅片管表面的清洁度；l空冷凝汽器迎面风速。 三、机组运行时对凝汽设备的要求三、机组运行时对凝汽设备的要求 1

6、1传热性能要好传热性能要好 传热端差：凝汽器中蒸汽的饱和温度和冷却水离开凝汽传热端差：凝汽器中蒸汽的饱和温度和冷却水离开凝汽器的出口温度之差器的出口温度之差 减少传热端差的措施主要有：选择有较高传热系数的冷却减少传热端差的措施主要有：选择有较高传热系数的冷却水管；及时抽走积聚在冷却水管表面的空气；定期清洗凝水管；及时抽走积聚在冷却水管表面的空气；定期清洗凝汽器冷却水管，防止冷却水管结垢。汽器冷却水管，防止冷却水管结垢。 2减小过冷度减小过冷度 凝结水的温度比凝汽器喉部压力下的饱和温度低的数值凝结水的温度比凝汽器喉部压力下的饱和温度低的数值称为过冷度称为过冷度 3减小汽阻和水阻减小汽阻和水阻 汽

7、阻：凝汽器入口处压力与抽汽口处压力的差值。汽阻：凝汽器入口处压力与抽汽口处压力的差值。 水阻：冷却水在流经凝汽器时所受的阻力。水阻：冷却水在流经凝汽器时所受的阻力。第二节第二节 凝汽器的压力与传热凝汽器的压力与传热 一、凝汽器压力的确定一、凝汽器压力的确定ttttws1 （一）冷却水的进口温度 （二）冷却水温升1wtttCDttDhhDpwwwwccc)()(12mChhDDChhtpccCWpccmmt520187. 42180 （三）传热端差tmctKAQ/)(1tttnttm1)exp(wpcDCkAtt wsawcsaRRRRK11111 （1）汽气混合物对冷却水管外壁的热阻）汽气混合

8、物对冷却水管外壁的热阻 汽侧放热热阻是变化的。随着空气量的增加，汽侧汽侧放热热阻是变化的。随着空气量的增加，汽侧热阻增加，使总体传热系数减小，真空下降。热阻增加，使总体传热系数减小，真空下降。 （2）管壁本身的热阻。一般冷却水管管壁很薄，管）管壁本身的热阻。一般冷却水管管壁很薄，管壁本身热阻很小。但当表面结垢时，会使管壁的热阻壁本身热阻很小。但当表面结垢时，会使管壁的热阻急剧增加，使得总体传热系数减少。急剧增加，使得总体传热系数减少。 （3）冷却水对冷却水管内壁的热阻）冷却水对冷却水管内壁的热阻 热阻与冷却水流速热阻与冷却水流速 变工况下t的变化规律cWPCDDCKAat1)exp( 凝汽器的

9、特性曲线凝汽器的特性曲线二、凝汽器的极限真空和最佳真空二、凝汽器的极限真空和最佳真空 提高真空后所增加提高真空后所增加的汽轮机功率与为提的汽轮机功率与为提高真空使循环水泵多高真空使循环水泵多消耗的厂用电之差达消耗的厂用电之差达到最大时的真空值称到最大时的真空值称为最佳真空为最佳真空 凝汽器的极限真空凝汽器的极限真空就是指使汽轮机做功就是指使汽轮机做功达到最大值的排汽压达到最大值的排汽压力所对应的真空。力所对应的真空。三、凝汽器内空气的影响三、凝汽器内空气的影响 1空气使凝汽器真空下降空气使凝汽器真空下降 2空气使凝结水过冷度增加空气使凝结水过冷度增加 引起运行中凝结水过冷的正常原因有：引起运行

10、中凝结水过冷的正常原因有： （1）管子外表面蒸汽分压力低于管束之间混合汽流的压）管子外表面蒸汽分压力低于管束之间混合汽流的压力。力。 （2）管子外表面的水膜受冷却使得水膜平均温度低于水）管子外表面的水膜受冷却使得水膜平均温度低于水膜外表面的蒸汽凝结温度膜外表面的蒸汽凝结温度 仅这两项使凝结水的固有过冷度达仅这两项使凝结水的固有过冷度达2.8左右。左右。 （3）汽阻使管束内层压力降低，也使凝结水温度降低。）汽阻使管束内层压力降低，也使凝结水温度降低。 除此之外，引起凝结水过冷的不正常原因有：除此之外，引起凝结水过冷的不正常原因有： （1）冷却水管排列不合理，使汽阻增大。）冷却水管排列不合理，使汽

11、阻增大。 （2）系统严密性不好或抽气器工作不正常，使空气分压）系统严密性不好或抽气器工作不正常，使空气分压力增大。力增大。 （3）凝结水水位过高，淹没部分管束，使凝结水进一步）凝结水水位过高，淹没部分管束，使凝结水进一步冷却。这些非正常原因，在设计和运行时应注意避免。冷却。这些非正常原因，在设计和运行时应注意避免。 3空气使机组运行的经济性下降空气使机组运行的经济性下降 4空气使凝结水含氧量增加空气使凝结水含氧量增加 四、真空除氧四、真空除氧1淋水盘；2长水槽；3溅水角铁 五、凝汽器的真空严密性五、凝汽器的真空严密性 （一）凝汽器严密性对机组运行的影响（一）凝汽器严密性对机组运行的影响 （二）

12、真空系统严密性的检查（二）真空系统严密性的检查 试验方法是：先记录下试验前的真空值，使机组保持试验方法是：先记录下试验前的真空值，使机组保持80%额额定负荷，当关闭抽气门后的定负荷，当关闭抽气门后的35min内，真空下降速度内，真空下降速度267400Pa/min为合格，但总的真空下降不得超过规定值。为合格，但总的真空下降不得超过规定值。 查找凝汽器漏气地点的主要方法有：查找凝汽器漏气地点的主要方法有： （1）在运行中检查真空系统严密性的仪器是氦气检漏仪）在运行中检查真空系统严密性的仪器是氦气检漏仪 。 （2）通过测量凝结水的含氧量，也可确定泄漏点是在热井）通过测量凝结水的含氧量，也可确定泄漏点是在热井水面以上的汽空间还是在热井水面以下的水空间，这是一种水面以上的汽空间还是在热井水面以下的水空间，这是一种辅助方法。辅助方法。 （3）在停机时，对真空系统的整体或部分进行充水以至于）在停机时，对真空系统的整体或部分进行充水以至于作水压试验，则是全面检查的好办法。作水压试验，则是全面检查的好办法。第三节第三节 抽气设备抽气设备 抽气设备按工作原理可分为射流式和容积式