第四章汽輪機(jī)的凝氣設(shè)備講義

1、第四章第四章 汽輪機(jī)的凝氣設(shè)備汽輪機(jī)的凝氣設(shè)備華北電力大學(xué)，能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院華北電力大學(xué)，能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院巨星一、凝汽設(shè)備的工作原理、任務(wù)和類型一、凝汽設(shè)備的工作原理、任務(wù)和類型1.1 凝汽設(shè)備的工作原理與任務(wù)排汽壓力（排汽溫度）排汽壓力（排汽溫度） 循環(huán)熱效率循環(huán)熱效率凝汽設(shè)備在汽輪機(jī)裝置的熱力循環(huán)中起著冷源作用。降低汽輪機(jī)凝汽設(shè)備在汽輪機(jī)裝置的熱力循環(huán)中起著冷源作用。降低汽輪機(jī)排汽的壓力和溫度，就可以減小冷源損失，提高循環(huán)熱效率。排汽的壓力和溫度，就可以減小冷源損失，提高循環(huán)熱效率。1.1.11.1.1凝氣設(shè)備的作用凝氣設(shè)備的作用例：例：東方汽輪機(jī)廠東方汽輪機(jī)廠N300-16.

2、67/537/537N300-16.67/537/537機(jī)組機(jī)組無(wú)凝氣設(shè)備無(wú)凝氣設(shè)備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結(jié)成水，凝結(jié)成水， ；將凝結(jié)時(shí)放出的熱量排出、將凝結(jié)時(shí)放出的熱量排出、將生成的凝結(jié)水匯集送走將生成的凝結(jié)水匯集送走2.循環(huán)水泵：循環(huán)水泵：為凝汽器提供為凝汽器提供冷卻水冷卻水3.凝結(jié)水泵：凝結(jié)水泵：將蒸汽凝結(jié)時(shí)將蒸汽凝結(jié)時(shí) 的的 從凝汽從凝汽器底部抽出器底部抽出4.抽氣器：抽氣器：抽出漏入凝汽器抽出漏入凝汽器內(nèi)的空氣，

3、內(nèi)的空氣， 凝汽器內(nèi)的凝汽器內(nèi)的 建立高度真空建立高度真空生成生成潔凈的凝結(jié)水潔凈的凝結(jié)水作為鍋爐給水作為鍋爐給水維持維持高度真空高度真空1.1.21.1.2 凝氣設(shè)備的工作原理、任務(wù)凝氣設(shè)備的工作原理、任務(wù)51.1.21.1.2 凝氣設(shè)備的工作原理、任務(wù)凝氣設(shè)備的工作原理、任務(wù)排汽在密封容器中、在溫度較低排汽在密封容器中、在溫度較低的條件下受到冷卻而凝結(jié)成水，的條件下受到冷卻而凝結(jié)成水，體積突然縮小（如在體積突然縮?。ㄈ缭?.0049Mpa下，蒸汽比水的容積大下，蒸汽比水的容積大28000倍）倍）而形成真空。而形成真空。同時(shí)再用抽氣器或者真空泵將漏同時(shí)再用抽氣器或者真空泵將漏入空氣不斷地抽出

4、，保持真空。入空氣不斷地抽出，保持真空。給水不潔將使鍋爐結(jié)垢和腐蝕，給水不潔將使鍋爐結(jié)垢和腐蝕，新蒸汽夾帶鹽分，此鹽分在汽輪新蒸汽夾帶鹽分，此鹽分在汽輪機(jī)流通部分積鹽垢，影響電廠安機(jī)流通部分積鹽垢，影響電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行任務(wù)任務(wù)一、建立并維持高度真空一、建立并維持高度真空二、生成潔凈的凝結(jié)水，為鍋二、生成潔凈的凝結(jié)水，為鍋爐提供給水爐提供給水三、對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行除氧，減少三、對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行除氧，減少對(duì)設(shè)備的氧化腐蝕對(duì)設(shè)備的氧化腐蝕61.2 凝汽器的類型空冷空冷水冷水冷單流程單流程雙流程雙流程多流程多流程流流程程單壓?jiǎn)螇憾鄩憾鄩簤毫毫Π窗蠢淅鋮s卻介介質(zhì)質(zhì)氣流向上式氣流向上式氣流向下式氣流向下

5、式氣流向側(cè)式氣流向側(cè)式氣流向心式氣流向心式氣氣流流方方向向混合式混合式表面式表面式接觸接觸表面式凝汽器冷卻水與蒸汽由冷卻表面隔開。由于水的傳表面式凝汽器冷卻水與蒸汽由冷卻表面隔開。由于水的傳熱系數(shù)比空氣大，能保證凝汽器內(nèi)熱系數(shù)比空氣大，能保證凝汽器內(nèi)維持高度真空維持高度真空和和獲得潔獲得潔凈的凝結(jié)水凈的凝結(jié)水。國(guó)內(nèi)外火電站，核電站主要采用這種凝汽器。國(guó)內(nèi)外火電站，核電站主要采用這種凝汽器。7a氣流向下式氣流向下式b氣流向上式氣流向上式c氣流向心式氣流向心式d氣流向側(cè)式氣流向側(cè)式單流程單流程 雙流程雙流程8 表面式雙流程氣流向側(cè)凝汽器主凝結(jié)區(qū)主凝結(jié)區(qū)擋板擋板空氣冷卻區(qū)空氣冷卻區(qū)汽阻：汽阻：在空氣

6、抽出口處的壓力在空氣抽出口處的壓力pc最低，冷凝器入口處壓力最低，冷凝器入口處壓力pc最高。這兩個(gè)壓力最高。這兩個(gè)壓力之差就是蒸汽空氣混合物的流動(dòng)阻力，稱為凝汽器的汽阻，即之差就是蒸汽空氣混合物的流動(dòng)阻力，稱為凝汽器的汽阻，即 pc= pc- pc 水阻：水阻：凝汽器冷卻水入口壓力與冷卻水出口壓力差值凝汽器冷卻水入口壓力與冷卻水出口壓力差值水阻越大，循環(huán)水泵的耗功越大。水阻越大，循環(huán)水泵的耗功越大。雙流程凝汽器的水阻較大，約為雙流程凝汽器的水阻較大，約為494978kPa78kPa。單流程凝汽器的水阻一般不超過(guò)。單流程凝汽器的水阻一般不超過(guò)40kPa40kPa。 汽阻大，會(huì)使凝汽器入口壓力汽阻

7、大，會(huì)使凝汽器入口壓力pcpc升高、經(jīng)濟(jì)性降低。升高、經(jīng)濟(jì)性降低?，F(xiàn)代凝汽器汽現(xiàn)代凝汽器汽阻可以小到阻可以小到260260400Pa400Pa，甚至達(dá)，甚至達(dá)130Pa130Pa左右。左右。9熱井熱井蒸汽入口蒸汽入口空氣冷卻區(qū)空氣冷卻區(qū)主凝結(jié)區(qū)主凝結(jié)區(qū)10111213 混合式凝汽器排汽在冷卻水中直接冷排汽在冷卻水中直接冷卻而凝結(jié)成水卻而凝結(jié)成水優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，冷卻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，冷卻效果好，制造成本低效果好，制造成本低缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：凝結(jié)水與不清潔凝結(jié)水與不清潔的冷卻水混合后，不能的冷卻水混合后，不能用作鍋爐給水用作鍋爐給水現(xiàn)代機(jī)組很少采用現(xiàn)代機(jī)組很少采用 直接冷卻空氣凝汽器優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不需要冷卻

8、水等中間介質(zhì)，系不需要冷卻水等中間介質(zhì)，系統(tǒng)設(shè)備少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)投統(tǒng)設(shè)備少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)投資較少資較少 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：凝汽器體積龐大，需放置于戶凝汽器體積龐大，需放置于戶外外排汽管道粗大且較長(zhǎng)，流阻較排汽管道粗大且較長(zhǎng)，流阻較大大密封困難，維持真空困難，啟密封困難，維持真空困難，啟動(dòng)時(shí)抽真空時(shí)間較長(zhǎng)動(dòng)時(shí)抽真空時(shí)間較長(zhǎng)采用強(qiáng)制通風(fēng)，耗電量大，噪采用強(qiáng)制通風(fēng)，耗電量大，噪音大，煤耗高音大，煤耗高空氣冷卻系統(tǒng)：全廠節(jié)水空氣冷卻系統(tǒng)：全廠節(jié)水65%，適用于缺水地區(qū)，適用于缺水地區(qū) 混合式間接冷卻空氣凝汽器混合式換熱的蒸汽冷凝混合式換熱的蒸汽冷凝與表面式換熱氣水冷卻與表面式換熱氣水冷卻兩次不同換熱方式

9、兩次不同換熱方式 表面式間接冷卻空氣凝汽器表面式換熱的蒸汽冷凝表面式換熱的蒸汽冷凝與表面式換熱氣水冷卻與表面式換熱氣水冷卻兩次相同的換熱方式兩次相同的換熱方式二、凝汽器的真空與傳熱二、凝汽器的真空與傳熱2.1 凝汽器內(nèi)壓力pc的確定凝汽器汽側(cè)凝汽器汽側(cè)空間多組分空間多組分介質(zhì)共存介質(zhì)共存蒸汽蒸汽不凝結(jié)氣體不凝結(jié)氣體原蒸汽中夾帶（很少），真空原蒸汽中夾帶（很少），真空系統(tǒng)不嚴(yán)密漏入系統(tǒng)的空氣系統(tǒng)不嚴(yán)密漏入系統(tǒng)的空氣csappp道爾頓分壓定律：道爾頓分壓定律：理想氣體總壓力等于各組分的分壓力之和理想氣體總壓力等于各組分的分壓力之和2.1.1 凝汽器中蒸汽和空氣的分壓力凝汽器中蒸汽和空氣的分壓力凝汽

10、器內(nèi)壓力很低，視為理想氣體 ,ssssaaaavscsvaaavsvasap vR T p vR TqD xv qD vqqTT11 0.622csasppDx D求得求得10.622110.622acsaasDpx DpDx D對(duì)于嚴(yán)密性合格的機(jī)組，對(duì)于嚴(yán)密性合格的機(jī)組， Da/ Dc 0.0001，這里我們?nèi)?，這里我們?nèi)a/ Dc=0.0001可得蒸汽分壓力和總壓力的關(guān)系可得蒸汽分壓力和總壓力的關(guān)系 凝結(jié)凝結(jié)99%，干度，干度x=0.01凝結(jié)凝結(jié)99.9%，干度，干度x=0.001凝結(jié)凝結(jié)99.99%，干度，干度x=0.00010.99380.94140.6165scscscpppppp

11、利用混利用混合氣體合氣體關(guān)系式關(guān)系式CasacasaXDDRRXDDPP622. 00.287kJ/kg.k0.462kJ/kg.kpspspaps主凝結(jié)區(qū)，主凝結(jié)區(qū)，總壓總壓pc蒸汽壓力蒸汽壓力ps，p ps s決定于汽、水共存的熱決定于汽、水共存的熱平衡溫度，即對(duì)應(yīng)壓力下水、平衡溫度，即對(duì)應(yīng)壓力下水、蒸汽的飽和溫度。蒸汽的飽和溫度?？绽鋮^(qū)，空冷區(qū)，空氣所含比重逐漸變大，空氣所含比重逐漸變大， ps才明顯小于才明顯小于pc，ts下降，汽氣混合物才被冷卻。下降，汽氣混合物才被冷卻。pc冷卻水溫升冷卻水溫升t冷卻水的進(jìn)、出口溫差。冷卻水的進(jìn)、出口溫差。傳熱端差傳熱端差t凝汽器進(jìn)口壓力下的蒸凝汽器

12、進(jìn)口壓力下的蒸汽飽和溫度與冷卻水出汽飽和溫度與冷卻水出口溫度的差?？跍囟鹊牟?。主凝結(jié)區(qū)的凝結(jié)溫度：主凝結(jié)區(qū)的凝結(jié)溫度：主凝結(jié)區(qū)主凝結(jié)區(qū)：( )cssppf t主凝結(jié)區(qū)空冷區(qū)t水2 蒸汽1tw1tw2ttsttsttttttwws12所以，凝汽器壓力決定于冷卻水入口溫度、冷卻水溫升和凝汽器端差。2.1.2 影響凝汽器壓力影響凝汽器壓力 Pc的因素的因素影響凝汽器內(nèi)壓力的三個(gè)因素：影響凝汽器內(nèi)壓力的三個(gè)因素：1.1.冷卻水進(jìn)口溫度冷卻水進(jìn)口溫度 1wt季節(jié)與氣候（主要因素）季節(jié)與氣候（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壓力后

13、擴(kuò)壓管出口排水阻塞抽氣口壓力不考慮工作水的排出時(shí)，是這樣的工作水溫tw對(duì)射水抽氣器的影響其他條件一定，工作水溫tw抽氣口壓力工作水汽化量水溫升高熱量來(lái)源工作水與管壁及水分子間的摩擦碰撞抽出氣汽混合物中蒸汽凝結(jié)放出汽化潛熱 定期或連續(xù)補(bǔ)低溫水，溢出高溫水加裝抽空氣冷卻裝置補(bǔ)水溢水工作水池 降低水溫措施三、水環(huán)式真空泵三、水環(huán)式真空泵吸氣管排氣管假如葉輪不偏裝假如葉輪不偏裝空腔空腔4 46 6的容積的容積 排氣過(guò)排氣過(guò)程。程?？涨豢涨? 13 3的容積的容積 吸氣過(guò)程吸氣過(guò)程；三、水環(huán)式真空泵三、水環(huán)式真空泵外殼外殼偏心葉輪偏心葉輪 工作水工作水同心水環(huán)同心水環(huán)123654水環(huán)水環(huán)工作條工作條件件

14、葉輪偏心必須安裝葉輪偏心必須安裝泵殼內(nèi)有足量的工作水泵殼內(nèi)有足量的工作水五、凝汽器的變工況五、凝汽器的變工況蒸汽負(fù)荷、冷卻水量蒸汽負(fù)荷、冷卻水量 、冷卻水進(jìn)口溫度、冷卻水進(jìn)口溫度 是決定凝汽器壓力是決定凝汽器壓力的主要因素的主要因素cDwD1wt;4.1874.187cccccwcwhhhhtaDaDDD 5.1 5.1 主要因素改變對(duì)凝汽器壓力的影響主要因素改變對(duì)凝汽器壓力的影響( )cssppf t主凝結(jié)區(qū)：主凝結(jié)區(qū)：1()wf ttt 4187114.187cwA KDccwwchhf tteDDwD不變不變t1 1 變工況下變工況下 的變化規(guī)律的變化規(guī)律constwD改變改變newco

15、nstct D ct D 2.2. 變工況下變工況下 的變化規(guī)律的變化規(guī)律t(4.5.2)(4.5.2)41871cwcA KDatDeaconstwD不變不變41871cwA KDtte ctaD 已運(yùn)行已運(yùn)行凝汽器凝汽器AcAc不變不變?nèi)羧鬕 K也不變也不變/cccdD A比蒸汽負(fù)荷比蒸汽負(fù)荷cct Dd理論結(jié)果理論結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果cd較大，負(fù)荷較高時(shí)較大，負(fù)荷較高時(shí)ct dcd較小，負(fù)較小，負(fù)荷較低時(shí)荷較低時(shí)t基本不變基本不變1wt1wt較小，曲線在上部較小，曲線在上部越小，轉(zhuǎn)折越早越小，轉(zhuǎn)折越早cdcdtaDKt3.3.變工況下變工況下 的確定的確定cp 凝汽器的特性曲線凝汽器的特

16、性曲線如圖所示如圖所示，它是根據(jù)不同的，它是根據(jù)不同的D Dc c、t tw1w1和和D Dw w，由，由tt和和tt隨隨D Dc c的變化規(guī)律，求得相應(yīng)的的變化規(guī)律，求得相應(yīng)的tt和和 ，最終求，最終求得凝汽器壓力得凝汽器壓力p pc c及繪制而成。及繪制而成。twD一定一定由不同的由不同的cd1wt1swtttt ttcspp1(,)ccwpf D t曲線圖曲線圖wD改變改變1(,)ccwpf D t曲線圖曲線圖新的新的六、多壓式凝汽器六、多壓式凝汽器 有兩個(gè)以上排汽口的大容量機(jī)組的凝汽器可以制成有兩個(gè)以上排汽口的大容量機(jī)組的凝汽器可以制成多壓凝汽器。下圖為雙壓凝汽器的示意圖。冷卻水由多壓

17、凝汽器。下圖為雙壓凝汽器的示意圖。冷卻水由左側(cè)進(jìn)入，右側(cè)排出。凝汽器汽側(cè)用密封的分隔板隔左側(cè)進(jìn)入，右側(cè)排出。凝汽器汽側(cè)用密封的分隔板隔成互不相通的兩部分，進(jìn)水側(cè)的冷卻水溫較低，汽側(cè)成互不相通的兩部分，進(jìn)水側(cè)的冷卻水溫較低，汽側(cè)壓力壓力 也低；出水側(cè)冷卻水溫較高，汽側(cè)壓力也低；出水側(cè)冷卻水溫較高，汽側(cè)壓力 也較高，也較高，這就構(gòu)成了雙壓凝汽器。依此類推，可以制成三壓式、這就構(gòu)成了雙壓凝汽器。依此類推，可以制成三壓式、四壓式，在美國(guó)最多有六壓式。四壓式，在美國(guó)最多有六壓式。1cp2cp一、多壓凝汽器一、多壓凝汽器右圖為單壓和雙壓右圖為單壓和雙壓凝汽器蒸汽和冷卻凝汽器蒸汽和冷卻水溫沿流程的分布。水溫

18、沿流程的分布。虛線為單壓凝汽器；虛線為單壓凝汽器；實(shí)線為雙壓凝汽器。實(shí)線為雙壓凝汽器。1、在一定條件下，多壓凝汽器的平均折合壓力比單壓、在一定條件下，多壓凝汽器的平均折合壓力比單壓式的低，平均凝汽溫度降低，亦即降低平均凝汽器真式的低，平均凝汽溫度降低，亦即降低平均凝汽器真空?？?。 分析表明采用雙壓或多壓凝汽器具有以下優(yōu)點(diǎn)分析表明采用雙壓或多壓凝汽器具有以下優(yōu)點(diǎn)2 2、利用高壓凝汽器的高溫凝結(jié)水加熱低壓凝汽器的低、利用高壓凝汽器的高溫凝結(jié)水加熱低壓凝汽器的低溫凝結(jié)水，減少低壓加熱器抽汽量，減小發(fā)電熱耗率。溫凝結(jié)水，減少低壓加熱器抽汽量，減小發(fā)電熱耗率。 當(dāng)冷卻水入口溫度（環(huán)境溫度）越高、循環(huán)倍率當(dāng)冷卻水入口溫度（環(huán)境溫度）越高、循環(huán)倍率越小時(shí)，采用雙壓凝汽器的經(jīng)濟(jì)性越好。當(dāng)冷卻水入越小時(shí)，采用雙壓凝汽器的經(jīng)濟(jì)性越好。當(dāng)冷卻水入口溫度低到一定值時(shí)，采用多壓凝汽器比采用單壓的口溫度低到一定值時(shí)，采用多壓凝汽器比采用單壓的經(jīng)濟(jì)性還差。因此，對(duì)壓凝汽器更適用于汽溫高的地經(jīng)濟(jì)性還差。因此，對(duì)壓凝汽器更適用于汽溫高的地區(qū)區(qū)( (t tw1w1高高) )、缺水地區(qū)、缺水地區(qū)( (