04汽轮机原理课件

1汽轮机原理

Principleofsteamturbine广东工业大学能源工程系

GDUT

Dept.ofEnergyEngineering2第四章汽轮机凝汽系统及设备4-1凝汽系统的工作原理4-2凝汽系统4-3凝汽器4-4抽气设备3第四章汽轮机凝汽系统及设备提高汽轮机装置的经济性，主要有两个途径：一、提高汽轮机的内效率：努力减小各项损失，改善汽轮机通流局部的设计；二、提高装置的循环热效率：提高平均加热温度，可承受回热循环，以削减低韫加热，也可提高初参数，以及承受再热循环等；降低平均放热温度，而这正是凝汽设备的主要任务。44-1凝汽设备的组成及应用一、凝汽设备的组成主要设备有凝汽器、分散水泵、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中不断地分散成水，建立高度真空；将分散时放出的热量排出、将生成的分散水集合送走；〔4〕循环水泵：为凝汽器供给冷却水；〔5〕分散水泵：不断地把蒸汽分散时生成的分散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。4-1凝汽系统工作原理汽轮机装置中的凝汽设备是起了一种热力学中“冷源”的作用，降低冷源的温度就能提高循环的热效率。在汽轮机的排汽口建立并保持高度真空；将由排汽分散而成的分散水作为锅炉的给水，循环使用；真空除氧；热力系统蓄水、调整作用。二、凝汽系统的任务6 假设没有凝汽设备，汽轮机的最低排汽压力是大气压，循环热效率ηs只有37.12％，而当p”c=5.0kPa时，ηt＝45.55％，两者之差的相对值Δηt/ηt达18.5％。4-1凝汽系统工作原理三、凝汽设备的作用

7汽轮机的排汽压力也不是越低越好，而是有一个最正确值：在凝汽器中保持真空是需要消耗能量的，在某个排汽压力下，汽轮机因真空的提高而增加的功率等于(甚至小于)凝汽设备所增大的能量消耗。因此，连续降低排汽压力就会得不偿失；另一方面，排汽压力降低时，势必增大末级排汽余速损失，这样降低排汽压力所得到的效益也就被抵消了；近代汽轮机的设计排汽压力一般都在0.0029～0.0069MPa的范围内，而不承受更低的数值。4-1凝汽系统工作原理三、凝汽设备的作用

4-2凝汽系统开式闭式一、水冷系统4-2凝汽系统二、空冷系统直接空冷优点：不需中间介质；传热温差大.直接空冷缺点：体积大；强制通风间接空冷缺点：简洁104-3凝汽器一、凝汽器形式：混合式、外表式、空气凝汽器混合式优点：构造简洁、冷却效果好、制造本钱低、形成和保持真空力气强、效果好；缺点：对冷却水水质要求高。故现代汽轮机装置中一般不承受混合式凝汽器。114-3凝汽器1-蒸汽入口；2-冷却水管，3-管板；4-冷却水进水管；5-冷却水回流水室；6-冷却水出水管；7-分散水集水箱(热井)；8-空气冷却区；9-空气冷却区档板；10-主分散区；11-空气抽出口。二、外表式凝汽器构造及工作流程124-3凝汽器三、凝汽器内压力确实定抱负状况：蒸汽和冷却水之间的传热端差等于零。实际状况：存在有限传热端差。134-3凝汽器三、凝汽器内压力确实定图中曲线1：蒸汽分散温度ts的变化。图中曲线2：冷却水温升Δt=tw2-tw1。传热端差，用δt表示，即δt＝ts-tw2。14 排汽温度的凹凸取决于冷却水的进口温度、冷却水的温升和传热端差。可表示为：ts=tw1+Δt+δt其中，tw1-------冷却水的进口温度；Δt------冷却水的温升；δt--------传热端差。 只要求得了温度ts之值，就可以从水蒸汽表中查得相对应的压力pc〔ps〕。4-3凝汽器三、凝汽器内压力确实定151.冷却水进口温度tw1

4-3凝汽器四、影响凝汽器压力的因素开式供水系统中完全取决于自然条件，随季节的变化而变化。冬季tw1较低，ts也低，相应地pc也低，即凝汽器真空变高；夏季tw1较高，ts也高，相应地pc也高，凝汽器真空变低。水面温度和水底温度不一样，可以相差2～3℃。闭式供水系统中，tw1主要预备于冷水塔或冷却水池的冷却效果。ts=tw1+Δt+δt16 低温范围内，水的比焓h”w2、h”w1在数值上约等于水温tw2、tw1的4.187倍，则依据凝汽器的热平衡方程式求出:2.冷却水温升Δt

4-3凝汽器四、影响凝汽器压力的因素ts=tw1+Δt+δt17冷却倍率:m=Dw/Dc称为冷却倍率。m值越大，冷却水的温升越小，凝汽器内压力越低，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。一般，单流程凝汽器，m=80~120；对于双流程凝汽器，m=60~70。(hc-h”c)—每1kg蒸汽在分散时所放出的潜热，一般在2140～2220kJ/kg左右，取其平均值，则：2.冷却水温升Δt

4-3凝汽器四、影响凝汽器压力的因素ts=tw1+Δt+δt18冷却水温升Δt＝tw2-tw1的大小主要预备于循环倍率m，一般为5～10℃。当Dc确定时，假设Δt变大了，则说明冷却水量缺乏：1)杂物堵塞；2)冷却水吸水井水位太低，吸不上水，“虹吸”破坏或“虹吸”管堵塞；3)循环水泵运行恶化。由于Dc是无法转变的，把握冷却水温升Δt的手段只能是转变冷却水量Dw。当增大Dw时，Δt下降，在同一个Dc下，pc将降低，此时机组的经济性将有所提高。2.冷却水温升Δt

4-3凝汽器四、影响凝汽器压力的因素ts=tw1+Δt+δt19由凝汽器的传热方程可知在蒸汽分散时，传给冷却水的热量为：Q＝1000Dc(hc-h‘c)=AcKΔtm=4187DwΔt由于空冷区传热面积Aa很小，一般可假设蒸汽分散温度ts，沿冷却面积不变，而用冷却水的对数平均温差代替平均传热温差，则3.凝汽器的传热端差δt

4-3凝汽器四、影响凝汽器压力的因素ts=tw1+Δt+δt203.凝汽器的传热端差δt

4-3凝汽器四、影响凝汽器压力的因素ts=tw1+Δt+δtQ＝1000Dc(hc-h‘c)=AcKΔtm=4187DwΔt

21传热端差δt=ts-tw2与冷却面积、传热量、传热系数和冷却水量有关，传热越强，端差越小。一般状况下，δt=3℃～10℃。固然，δt越小越好。但需进展技术经济比较。对于运行机组，Ac已定，在确定的蒸汽负荷和冷却水量条件下δt上升:1)凝汽器冷却外表结垢或变污；2)真空系统不严密，或抽气设备工作不正常时。在运行中，当δt到达确定值时，就应考虑对凝汽器进展清洗，以改善传热效果。3.凝汽器的传热端差δt

4-3凝汽器四、影响凝汽器压力的因素ts=tw1+Δt+δt224-3凝汽器五、凝汽器的最正确真空右图：1为Pc降低时电功率增加曲线，2为水泵耗功降低曲线确定原则：净功率增加最多！23

将冷却水管的圆形管壁传热近似看成平壁传热，则传热系数可表示为：4-3凝汽器六、总体传热系数确实定 由依据试验和理论分析得到的阅历公式进展计算：t修正系数：冷却外表清洁程度；冷却水流速和管径；进口温度；冷却水流程数；凝汽器单位面积蒸汽负荷修正系数。244-3凝汽器七、多压凝汽器 机组的高参数伴随着机组容量的增大，因此承受多个低压局部，对凝汽器提出了更高的要求。 承受多压凝汽器是提高机组效率的最有效的方法之一。 所谓“多压凝汽器”，就是在大型汽轮机组具有一个以上低压局部〔排气口〕时，将每个低压局部来的蒸汽单独分别导入凝汽器同一壳体内每个预先被分割的局部，或一个以上的壳体内，各自形成相应的压力，这样一来，每个低压局部便能以不同的背压进展工作。25多压凝汽器的应用原理26多压凝汽器的应用原理应用范围：南方高温地区；缺水地区；用冷却塔冷却的机组。多压凝汽器优越的缘由：冷却水管在长度方向上热量趋于均匀，热能被充分利用；温升曲线影响平均压力。274-4抽气设备作用 将漏入凝汽器的空气和蒸汽分散过程中释放出的不分散气体不断地抽出，以保持蒸汽分散过程在凝汽器内所建立的高度真空和良好的传热效果。抽气设备型式 射水抽气器、射汽抽气器和水环式真空泵。28一、射水抽气器特点： 构造简洁、工作牢靠，启动运行便利，但易受水温影响。 内部工作过程简洁，不能用理论计算，一般通过试验建立阅历公式进展计算。29二、射汽抽气器特点： 以蒸汽作为工质、运行稳定、但是构造简洁、过载力气小。30二、射汽抽气器1.启动抽气器2.主抽气器31二、射汽抽气器32三、水环式真空泵特点： 性能稳定、效率高，广泛应用于大型汽轮机组的凝汽设备上，但是构造简洁、维护费用和价格偏高。33三、水环式真空泵特点： 性能稳定、效率高，广泛应用于大型汽轮机组的凝汽设备上，但是构造简洁、维护费用和价格偏高。国产300MW和600MW汽轮机组的抽气装置都是承受水环式真空泵。其主要部件有叶轮和壳体。壳体内形成一个圆柱体空间，叶轮偏心地安装在壳体内。在壳体上开有吸气口和出气口，实行轴向吸气和排气。叶轮带有前弯叶片，偏心地安装在充有适量工作水〔密封水〕的椭圆形泵体内。当叶轮旋转时，由于离心力作用，水向四周运动，形成一个运动着的圆环〔密封水环〕。由于偏心地安装的，水环的内外表也就与叶轮偏心，叶轮轮毂与水环间形成一个月形空间。叶轮每转一周，每两个相邻叶片与水环间所形成的空间由小到大，又由大到小地周期性变化。当空间处于由小到大变化时，该空间产生真空，由进气口吸入气体。当空间处于由大到小变化时，该空间产生压力，吸入的气体被压缩并经排气口排出。这样，当叶轮连续运转时，就不断地重复上述过程，起到一个连续抽气的作用。34思考题1、正常运行时，关于凝汽器内真空的形成，推断以下四个答案中哪一个是正确答案？A.抽气器抽成的B.蒸汽在较低的温度下分散形成的C.分散水泵将水从凝汽器内抽出形成的D.汽轮机的末级叶片比较长，蒸汽膨胀得比较充分形成的。2、以下说法哪个正确？A.凝汽器内循环水的压力大于分散水的压力B.凝汽器内分散水的压力大于循环水的压力C.凝汽器内分散水的平均温度低于循环水的平均温度D.凝汽器内的循环水来自于锅炉的给水3、以下哪个因素不会影响凝汽器的过冷度？A．冷却水流量B．凝汽器的汽阻C．凝汽器冷却水管的排列方式D．空气漏入量4、分散水的过冷度增大，将引起分散水含氧量：A.增大 B.减小C.不变 D.无法确定35思考题5、抽气器故障，将导致分散水过冷度如何变化？A增大 B削减C不变 D不能确定6、性能优良的凝汽器应具有以下哪个特点？A．过冷度大B．传热系数大C．分散水的含氧量大D．汽阻大6、凝汽器内设置空气冷却区的作用是：A.冷却被抽出的空气B.避开凝汽器内的蒸汽被抽走C.再次冷却分散被抽出的蒸汽和空气混合物D.降低空气分压力7、凝汽器承受回热式排列的目的是A.提高真空 B.提高传热效果C.减小分散水过冷度 D.提高循环水出口温度36思考题8、以下哪种因素会导致凝汽器真空度下降：A.机组负荷降低 B.冷却水管的清洁度下降C.冷却倍率提高 D.大气环境温度下降9、在其它条件不变的状况下，冷却水量越大，则A.凝汽器的真空度越高 B.凝汽器的真空度越低C.机组的效率越高 D.电厂的效益越高10、以下哪个因素是预备凝汽设备循环水温