凝汽器课件综述

凝汽设备

凝汽设备的组成及任务

凝汽器的结构

凝汽器的热力特性

抽气器的作用及工作原理本节需要掌握以下几个知识点

凝汽器是属于凝汽式汽轮机的辅机范畴的，它是凝汽式机组的一个重要组成部分，因为它工作性能的好坏直接影响着整个机组的热经济性和安全性，所以，掌握凝汽器的工作原理及特性是十分必要的。一、凝汽设备的组成及任务

凝汽器（也称复水器）除了进汽口之外，可以认为它是一个密闭的容器。凝汽器内布置了很多冷却管。冷却水（也称循环水）源源不断地在冷却管内流过，这时冷却水就构成了凝汽器的冷源。进入凝汽器的蒸汽遇冷凝结成水，放出的汽化潜热被冷却水带走，使凝汽器内的蒸汽接近冷源温度，由于蒸汽的饱和压力与其饱和温度是相对应的，因此凝汽器内能够形成高度真空。例如：从饱和水蒸气表上可查到：对应30℃的饱和蒸汽，其饱和压力是0.004241MPa；对应35℃的饱和蒸汽，其饱和压力是0.005622MPa。

如图所示为凝汽设备的原则性系统图。循环水泵4使冷却水不断地流经凝汽器3。进入凝汽器的蒸汽被冷源冷却后，凝结成水。凝结水被凝结水泵5抽出，经过加热器和除氧器等进入锅炉循环使用。由于凝汽器在工作时内部具有高度真空，所以空气会从不严密处漏入。为了防止空气在凝汽器内积存，就要不断地将空气抽出，所以，还设有抽气器6。凝汽设备的任务是：（1）在汽轮机的排汽口建立并维持规定的真空度；（2）将汽轮机的排汽凝结成洁净的凝结水，并回收工质。二、凝汽器的结构

凝汽器按照排汽凝结方式的不同可分为混合式和表面式两大类混合式凝汽器：有结构简单、冷却效果好等优点。可是它对冷却水质要求高，否则凝结水就不能再作为锅炉的给水。因为有这个缺点，所以现在一般不采用它。

表面式凝汽器：冷却工质与蒸汽被冷却表面隔开而互不接触。根据冷却工质的不同又分为水冷却式和空气冷却式两种，由于用水作冷却工质时，凝汽器的传热系数高，所需要的冷却面积小，因此在凝汽式电厂中，一般都采用这种型式的。只有在严重缺水的地区及列车电站上才采用空气冷却式凝汽器。如图所示，是一种水冷却式凝汽器。凝汽器圆形外壳2（还有的呈椭圆形或矩形）两端连接着管板3和水室端盖5、6，管板上装有很多根冷却水管4，使两端水室相通。冷却水从进口1l进入水室8，经冷却水管进入另一端水室9，转向后，经过上层冷却水管从出口12流出。汽轮机排汽从凝汽器进口1（也称凝汽器的喉部）进入凝汽器冷却水管外侧空间（通常称之为汽侧），并在冷却管外表面凝结成水。凝结水汇集到热水井16后由凝结水泵抽出。如图所示。装配时，先把外壳1和管板2组装起来，它们之间是靠双头螺栓4的凸肩和螺母紧密连接的。待凝汽器内的所有冷却水管都装配上以后，再将水室3装上，可见，管板的作用是固定冷却水管并将凝汽器的汽侧与水侧分开。

冷却水管的端部在管板上的固定方法分胀接法和垫装法两种。

如图所示：垫装法：能保证冷却水管温度偏高时的自由膨胀，但工艺复杂，相邻管子之间的紧凑性差，这种方法只适用汽轮机排汽温度变化较大的凝汽器。胀接法：不仅结构和工艺比较简单，而且连接处的严密性好，是现代被广泛采用的方法。在采用胀接法的凝汽器中，为了便于冷却水管的自由膨胀，在冷却水管安装时，使其呈弯曲状，管子的热膨胀就靠本身的变形来补偿。如图所示，冷却水在凝汽器中经过一次往返后才排出，这种凝汽器称为双流程凝汽器。若冷却水在冷却水管中只流过一个单程就排出，这就称为单流程凝汽器。依此类推，还有采用三流程和四流程的凝汽器，一般在水源充足取水方便的地方，在大型机组中采用单流程型式，在中、小型机组中多采用双流程。三、凝汽器的热力特性

凝汽器偏离设计工况的工况，称为凝汽器的变工况。当机组负荷变化时，凝汽量要发生相应的变化；冷却水进口温度会随气候不同而改变，冷却水量也随循环水泵的运行方式而变化，这些变化都使凝汽器处在变工况下工作，凝汽器内的压力也同时发生变化。凝汽器压力随凝汽量、冷却水量和冷却水进口温度变化而变化的规律称为凝汽器的热力特性，或称为它的变工况特性。下面分析一下这四个变量之间的关系。1．循环水温升

Δt

循环水温升Δt主要取决于冷却倍率。当冷却水量Dw不变时有：Δt=520(DC/DW)=aDc

由此可见：此时Δt与Dc成正比关系。在运行中，循环水温升是判断循环水系统工作情况的重要指标。如果在运行中蒸汽负荷Dc没有变化，而循环水温升Δt却发生变化，说明循环水系统的工作情况有变化，运行人员应作相应的检查或调整。反之，当冷却水量Dw及其他条件不变时，可根据Δt变化情况来判断凝汽器负荷Dc或机组负荷的变化情况。2．传热端差

δt凝汽器的端差反映了凝汽器内部的传热好坏。若端差小则传热效果好同时真空也会较高。当冷却水量和冷却水进口温度一定时：凝汽器真空随机组负荷减小而升高；当冷却水量和机组负荷一定时：凝汽器的真空将随冷却水进口温度的降低而升高。因此，在其他条件相同的情况下，凝汽器的真空，冬天要比夏天高些。

最后应该明确，对每一个工况，凝汽器都有一个对应的最有利真空。以此为基准，真空再提高，将使机组的热经济性降低。真空过度降低，即所谓真空恶化，将引起一系列不良后果。如使机组的理想焓降相应减小，在认为此时机组的损失基本不变的前提下，机组的效率要降低；低压缸因蒸汽温度升高而变形，使机组内动静之间的间隙变化，间隙消失会引起机组振动；有的机组，低压转子的轴承座落在低压缸上（亦称轴承不落地，国产50MW、100MW、200MW汽轮机就是这种结构），当低压缸膨胀时，原来分配在轴系各轴承上的负荷要发生变化，这也能引起机组振动；机组背压变化，轴向推力也随着变化，变化幅度大了，也影响机组的安全运行；由于铜管和凝汽器壳体的线胀系数不一样，真空的频繁变化，会使铜管端部在管板中的胀紧程度遭到破坏；真空恶化时，空气分压力增大，使凝结水中的含氧量增加等等。因此，一旦真空恶化时，机组被迫减负荷或停机。四、抽气器作用及工作原理抽气器的任务：是在机组启动时使凝汽器内建立真空；在正常运行时不断地抽出漏入凝汽器的空气，以保证凝汽器的正常工作。抽气器的种类很多，由于喷射式抽气器的结构简单、工作可靠，维修方便，并能在短时间内（5～10min）建立起必要的真空，因此在现代电厂中应用得最广泛。喷射式抽气器按采用工质的不同，又分为射汽抽气器和射水抽气器。（一）射汽抽气器

1、启动抽气器

启动抽气器的主要任务是：在机组启动前使凝汽器迅速建立起必要的真空。通常的启动抽气器都是单级的。

如图所示，它由工作喷嘴1、混合室2和扩压管3三部分组成。由主蒸汽管道来的工作蒸汽节流至1.2～1.5MPa压力后,进入工作喷嘴。该喷嘴都采用缩放喷嘴，它可使喷嘴出口汽流速度高达1000m／s以上，使混合室内形成高度真空。由凝汽器来的空气和蒸汽混合物不断地被吸进混合室，又陆续被高速汽流带进扩压管。在扩压管中，混合气体的动能逐渐转变为压力能，最后在略高于大气压的情况下排入大气。由于混合物中工作蒸汽的热量和凝结水都不能回收，所以启动抽气器经常运行是不经济的。当真空达到要求以后，就将主抽气器投入，关闭启动抽气器。2、主抽气器

主抽气器的主要任务是:在汽轮机正常运行期间把凝汽器中的空气抽出，以维持凝汽器的正常真空。

如图所示，是两级主抽气器的工作原理图。凝汽器的蒸汽、空气混合物由第一级抽气器抽出并压缩到低于大气压力的某一中间压力，然后进入中间冷却器2，使其中大部分蒸汽凝结成水，其余的蒸汽和空气混合物又被第二级抽气器抽走。混合物在第二级抽气器中被压缩到高于大气压，再经冷却器4将大部分蒸汽凝结成水，最后将空气及少量未凝结的蒸汽排入大气。

实际上，主抽气器还有采用三级的。采用多级后，可设立中间冷却器，设立中间冷却器的好处在于：因混合物在扩压管中的流动是绝热的压缩过程，其间混合物的温度要上升，使消耗的压缩功增加。设立冷却器能使混合物冷却下来，所消耗的压缩功就可减少，从而可节省抽气器工质的能量；自扩压管排出的蒸汽，有大部分在冷却器中凝结成水，这就减轻了下一级抽气器的负担；蒸汽在冷却器中被冷却下来，相应的饱和压力也降低，在扩压管扩压能力不变的情况下，又会使该扩压管前的压力进一步降低，使凝汽器的抽气口处形成更高的真空；同时冷却器还回收了工作蒸汽的热量和凝结水，提高了系统的经济性。一般都采用从凝结水泵打出的主凝结水作为抽气冷却器的冷却水（如图所示）而且主抽气器总是安装在压力最低的加热器前面（按主凝结水的流向）。因为这里主凝结水的温度最低，被凝结的蒸汽量可以增多。在主凝结水管路上设再循环管道6，以保证在机组启动或低负荷运行时，抽气冷却器有足够的冷却水。由于中间冷却器内的汽侧与凝汽器汽侧有一定压差，所以可用带节流阀的管子将中间冷却器内的凝结水疏到凝汽器内。为了防止抽气器因故不能正常工作时，空气大量漏进凝汽器，所以用垂直布置的U形水封管5代替上述的细长管子。

3、射汽抽气器的特性射汽抽气器的特性是指当工作蒸汽的压力一定时，抽气口压力与抽出空气量之间的关系。如图所示表示出了一台两级抽气器的特性曲线。较平坦的一段是工作段，较陡的一段是过负荷段，这两段曲线的转折处所表示的抽气量和抽气口压力就是设计值。由于测绘该曲线的前提是工作蒸汽的初压是一定的，即工作蒸汽的能量是一定的，因此只有当抽气口的压力较高时，才能抽出更多的空气量。图中较平坦的工作段就表示了在这个范围内抽气器的工作特性。若要使抽气量大于设计值，扩压管就偏离设计工况，效率就降低，抽气口的压力就明显升高；抽气口压力升高后，又影响工作蒸汽在喷嘴中的膨胀，使工作蒸汽动能减小，扩压管的扩压能力又被削弱，从而使抽气口的压力进一步提高，所以过负荷时的特性曲线特别陡。为此选用的设计抽气量要比正常运行时漏入的空气量大3～4倍，以保证抽气器在工作段内工作，使凝汽器保持高度真空。（二）射水抽气器

射水抽气器的工作原理和射汽抽气器一样，只是工质用压力水而不用蒸汽。

如图所示，为一国产射水抽气器的结构图。由射水泵来的压力水，经喷嘴2将压力能转变为动能，使混合室3中形成高度真空，凝汽器中的蒸汽又被工作水带进扩压管4，扩压管的出口略高于大气压，汽、气混合物随工作水一起排出。当水泵发生故障时，逆止门5自动关闭，以防止水和空气倒流入凝汽器。

射汽抽气器与射水抽气器相比，前者的工作蒸汽是从新蒸汽节流而来的，因此产生节流损失，从热效率上考虑这是不经济的；如果前者与单元制机组配套，当这种机组采用冷态滑参数启动方式时，还需要