凝汽器真空度對汽輪機(jī)效率的影響分析

1、文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .凝汽系統(tǒng)及凝汽器真空影響因素摘要凝汽設(shè)備是汽輪機(jī)組的重要輔機(jī)之一，是朗肯循環(huán)中的重要一節(jié)。對整個電廠的建設(shè)和安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有著決定性的影響。從循環(huán)效率看，凝汽器真空的好壞，即汽輪機(jī)組最終參數(shù)的高低，對循環(huán)效率所產(chǎn)生的影響是和機(jī)組初參數(shù)的影響同等重要的。 雖然提高凝汽器真空可以使汽輪機(jī)的理想焓降增大，電功率增加，但不是真空越高越好。影響凝汽器真空的原因是多方面的，主要有：汽輪機(jī)排氣量、循環(huán)水流量、循環(huán)水入口溫度等。關(guān)鍵詞： 朗肯循環(huán)；汽輪機(jī)；凝汽器；真空文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持

2、.凝汽器性能計算及真空度影響因素分析提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑提高平均吸熱溫度的直接方法是提高初壓和初溫。在相同的初溫和背壓下，提高初壓可使熱效率增大，但提高初壓也產(chǎn)生了一些新的問題，如設(shè)備的強(qiáng)度問題。在相同的初壓及背壓下，提高新汽的溫度也可使熱效率增大，但溫度的提高受到金屬材料耐熱性的限制。降低排汽溫度 在相同的初壓、初溫下降低排汽溫度也能使效率提高，這是由于循環(huán)溫差加大的緣故。但其溫度下降受到環(huán)境溫度的限制。2.2 凝汽系統(tǒng)的工作原理圖 6.1 是汽輪機(jī)凝汽系統(tǒng)示意圖， 系統(tǒng)由凝汽器 5、抽氣設(shè)備 1、循環(huán)水泵 4、凝結(jié)水泵 6 以及相連的管道、閥門等組成。圖 6.1 汽輪機(jī)凝汽系統(tǒng)示意圖1

3、-抽氣設(shè)備； 2-汽輪機(jī)； 3-發(fā)電機(jī)； 4-循環(huán)水泵； 5-凝汽器； 6-凝結(jié)水泵凝汽設(shè)備的作用主要有以下四點(diǎn)9 ：（1）凝結(jié)作用凝汽器通過冷卻水與乏汽的熱交換，帶走乏汽的汽化潛熱而使其凝結(jié)成水，凝結(jié)水經(jīng)回?zé)峒訜岫鳛殄仩t給水重復(fù)使用。（2）建立并維持一定的真空這是降低機(jī)組終參數(shù)、 提高電廠循環(huán)效率所必需的。（3）除氧作用現(xiàn)代凝汽器，特別是不單設(shè)除氧器的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的裝置中的凝汽器和沸水堆核電機(jī)組的凝汽器， 都要求有除氧的作用， 以適應(yīng)機(jī)組的防腐要求。（4）蓄水作用凝汽器的蓄水作用既是匯集和貯存凝結(jié)水、熱力系統(tǒng)中的各種疏水、 排汽和化學(xué)補(bǔ)給水的需要，也是緩沖運(yùn)行中機(jī)組流量急劇變化、增加系

4、統(tǒng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定性的需求，同時還是確保凝結(jié)水泵必要的吸水壓頭的需要。為了達(dá)到上述作用， 僅有凝汽器是不夠的。 要保證凝汽器的正常工作， 必須隨時維持三個平衡： 1 熱量平衡，汽輪機(jī)排汽放出的熱量等于循環(huán)水帶走的熱量，故在凝汽系統(tǒng)中設(shè)置循環(huán)水泵。 2 質(zhì)量平衡，汽輪機(jī)排汽流量等于抽出的凝結(jié)水流量，所以在凝汽系統(tǒng)中必須設(shè)置凝結(jié)水泵。 3空氣平衡， 在凝汽器和汽輪機(jī)低壓部分漏入的空氣量等于抽出的空氣量，因此必須設(shè)置抽氣設(shè)備14。凝汽器內(nèi)的真空是通過蒸汽凝結(jié)過程形成的。 當(dāng)汽輪機(jī)末級排汽進(jìn)入凝汽器后，受到循環(huán)水的冷卻而凝結(jié)成凝結(jié)水， 放出汽化潛熱。 由于蒸汽凝結(jié)成水的過程中，體積驟然下降（在 0.0049M

5、Pa 的壓力下，水的體積約為干蒸汽體積的 1/28000 倍），這樣就在凝汽器容積內(nèi)形成了高度真空。其壓力為凝汽器內(nèi)溫度文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .對應(yīng)的蒸汽飽和壓力，溫度越低，真空越高。為了保持所形成的真空，通過抽氣設(shè)備把漏入凝汽器內(nèi)的不凝結(jié)氣體抽出，以免其在凝汽器內(nèi)逐漸積累， 惡化凝汽器真空 15 。2.2 凝汽器性能指標(biāo)在電廠中，需要監(jiān)測凝汽器的性能指標(biāo)包括真空度、端差、循環(huán)水溫升、凝結(jié)水過冷度及水側(cè)冷凝管壁運(yùn)行清潔系數(shù)等 16。凝汽器中蒸汽和循環(huán)水溫度變化情況見圖 6.2。圖 6.2凝汽器中蒸汽和循環(huán)水溫度沿冷卻面的分布凝汽器的真空度是指大地

6、大氣壓與凝汽器內(nèi)壓力之差，即：paps(6.1)式中：為真空度， Kpa； pa 為大氣壓力， Kpa； p s 為凝汽器壓力， Kpa。凝汽器端差是指汽輪機(jī)背壓下飽和溫度與凝汽器出口循環(huán)水溫度的差值，即：(6.2)式中： t 為端差，； ts 為凝汽器壓力對應(yīng)的飽和溫度，；tw 2 為凝汽器出口處循環(huán)水溫度，。凝汽器循環(huán)水溫升是指循環(huán)水流經(jīng)凝汽器后溫度的升高值，即：ttw 2tw1(6.3)式中：t 為端差，；tw1 為凝汽器進(jìn)口處循環(huán)水溫度，。凝汽器凝結(jié)水過冷度是指凝汽器壓力對應(yīng)的飽和溫度與凝汽器熱井水溫度的差值tc ts t，c即：(6.4)式中：tc 為凝結(jié)水過冷度，；tc 為凝汽器熱

7、井水溫度，。凝汽器水側(cè)冷凝管壁運(yùn)行清潔系數(shù)是指凝汽器實際總平均傳熱系數(shù)與理想總平均傳熱系數(shù)之比，即：K nCfK 0(6.5)文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .式中： Cf 為水側(cè)冷凝管壁運(yùn)行清潔系數(shù)；K n 為凝汽器實際總平均傳熱系數(shù)，按照熱平衡原理方法計算（， w/(m 2.k)； K 0 為凝汽器理想總平均傳熱系數(shù)，按照別爾曼公式方法計算（， w/(m 2.k)。K04070wtzdCs Ca(6.6)2.3 凝汽器總平均傳熱系數(shù)的計算方法一：熱平衡原理C pD wt tKAlnt(6.7)式中： K 為凝汽器總平均傳熱系數(shù)，w/(m 2.k) ；

8、C p 為循環(huán)水定壓比熱，取為4.187kj/(kg. );D w 為循環(huán)水流量， kg/s； A 為凝汽器總傳熱面積，m2。方法二：全蘇熱工研究所根據(jù)實驗和理論分析得到的別爾曼公式13 （已修正）K4070wtzdCsCaCf(6.8)x1. 1v ww(6.9)4 d 1t 1 b(35 tw1 )21000(6.10)1 z 2 (1 tw1 )1545(6.11)式中： 考慮冷卻表面設(shè)計清潔狀況和冷卻管材料及壁厚的修正系數(shù)；vw 循環(huán)水在冷凝管內(nèi)的流速，m/s；x系數(shù)，當(dāng)x0.6時x0.12(10.15tw 1 )(6.12)文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎

9、下載支持 .x0.6時x0.6；(6.13)b系數(shù)，b0.520.0072 dk；(6.14)d k 為蒸汽負(fù)荷率， g/(m2.s)；Z 循環(huán)水流程數(shù) ；d1 冷凝管內(nèi)徑， mm；w 、t 、 z 、 d 考慮循環(huán)水流速、循環(huán)水溫度、循環(huán)水流程數(shù)和蒸汽負(fù)荷率等影響的修正系數(shù)；Cs、 Ca 、 Cf 考慮冷凝管布置、漏入空氣量和水側(cè)冷凝管壁運(yùn)行清潔度等影響的修正系數(shù)12 。當(dāng) Dc1時Dc crd1；(6.15)Dc1時Dc crdDcn (2Dcn )DcDc(6.16)其中， Dc 為實際排汽量；Dcn 為凝汽器設(shè)計排汽量；Dccr為 臨 界 排 氣 量 ，Dccr(0.8 0.01 tw

10、1)Dcn 。(6.17)冷卻表面設(shè)計清潔狀況和冷卻管材料及壁厚的修正系數(shù)按下式計算：文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .3m(6.18)式中3 冷卻表面設(shè)計清潔系數(shù)，與冷卻方式和水質(zhì)有關(guān)，直流供水和清潔水時，3 取 0.800.85；循環(huán)供水和化學(xué)處理 （氯化、二氧化碳）的水時，3 取0.750.80；污臟水和可能形成礦物沉淀的水，3 取 0.650.75。m 冷卻管材料及壁厚修正系數(shù)，對于壁厚 lmm 的黃銅管為 1.0，B5 管為 0.95，B30 管為 0.92，不銹鋼管為0.85。冷凝管布置修正系數(shù)Cs的確定 13：對實際運(yùn)行的凝汽器 ,當(dāng)凝汽器水

11、側(cè)管壁足夠清潔 ( 大修清掃后或新投運(yùn)機(jī)組 ) 以及汽輪機(jī)真空系統(tǒng)嚴(yán)密性正常時 ,可認(rèn)為水側(cè)冷凝管壁運(yùn)行清潔及汽側(cè)空氣量修正系數(shù)為 1,即Ca = Cf =1亦即二者對凝汽器總體傳熱系數(shù)無影響。取現(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)，按照熱平衡原理的方法計算所得凝汽器實際總平均傳熱系數(shù) K n1 ，按照別爾曼公式計算出凝汽器實際總平均傳熱系數(shù)K n 2 ，則CsKn1Kn 2(6.19)Cs的大小反映了管束布置的好壞，即 Cs 越大，說明管束布置越合理，反之亦然 14 。此系數(shù)可用來評價凝汽器管束布置的傳熱效果。2.4 相關(guān)參數(shù)對凝汽器真空影響的理論分析凝汽器真空是汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要指標(biāo)。提高汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性的方法

12、很多，比如改造設(shè)備、 改造運(yùn)行方式、 調(diào)整配汽機(jī)構(gòu)、 減小節(jié)流損失以及提高凝汽器的真空等。相對而言提高凝汽器真空較其它方法更為易行。 在運(yùn)行中只要對汽輪機(jī)系統(tǒng)有針對性地開展工作， 就可以使凝汽器真空有較大地提高。 提高凝汽器真空可以增加循環(huán)熱效率， 使機(jī)組熱耗率降低， 煤耗減少，因此凝汽器真空被做為重要的監(jiān)測量。文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .影響凝汽器真空的相關(guān)參數(shù)很多， 如凝汽器循環(huán)水入口溫度、 汽輪機(jī)排汽量、循環(huán)水量、真空系統(tǒng)嚴(yán)密性等 20 。相關(guān)參數(shù)對凝汽器真空影響的理論分析是基于偏微分原理， 即下述四個原始公式所式，公式中包含以上四個未知數(shù)，

13、針對每個公式， 對上述四個未知數(shù)逐一進(jìn)行偏微分求解， 最終求解出排汽壓力對以上四個因素的偏導(dǎo)。 對某一變量偏導(dǎo)時，其他三個變量保持不變，即單因素分析。理論分析所需原始公式如下：h D c4.187Dw(6.20)(6.21)tstw1tt(6.22)t s1007.46ps9.81(6.23)57.66注： 在凝汽式汽輪機(jī)通常的排汽壓力變化范圍內(nèi)，h 變化很小，約為 2180kj/kg 。(1)、循環(huán)水入口溫度對凝汽器真空度影響的理論分析循環(huán)水入口溫度直接影響凝汽器的真空?，F(xiàn)場實驗和理論計算均表明， 循環(huán)水入口溫度越低， 凝汽器真空越高。 而循環(huán)水入口溫度由環(huán)境氣溫和供水方式?jīng)Q定。對直流供水系

14、統(tǒng)而言，主要與氣候有關(guān)，如冬季比夏季水溫低，真空較高 ; 對于循環(huán)供水系統(tǒng)而言， 循環(huán)水入口溫度不僅與氣溫有關(guān)， 而且與冷卻設(shè)備的性能和運(yùn)行狀態(tài)有關(guān) 21。計算循環(huán)水入口溫度對凝汽器真空的影響時， 假定其它參數(shù)保持不變， 且真空系統(tǒng)嚴(yán)密性正常，即空氣修正系數(shù) Ca=l;凝汽器水側(cè)管壁足夠清潔，及水側(cè)管壁運(yùn)行清潔系數(shù) Cf=1。循環(huán)水溫度修正系數(shù)t 對循環(huán)水入口溫度 tw1 的偏導(dǎo)：t2btw1(35 tw1 )1000(6.24)循環(huán)水流程修正系數(shù)z 對循環(huán)水入口溫度tw1 的偏導(dǎo)：2 z tw1 675(6.25)循環(huán)水流速修正系數(shù)w 對循環(huán)水入口溫度tw1 的偏導(dǎo)：wwln 1.1vwxt

15、w14 d1tw1文檔來源為 :從網(wǎng)絡(luò)收集整理 .word 版本可編輯 .歡迎下載支持 .(6.26)其中，當(dāng)x0.6時，x0.018tw1(6.27)當(dāng)x0.6時，x0t w1(6.28)凝汽器總平均傳熱系數(shù)K 對循環(huán)水入口溫度 tw1的偏導(dǎo)：K4070d CsCa ( tzwwztwtz )tw1tw1tw1tw1(6.29)凝汽器傳熱端差 t 對循環(huán)水入口溫度tw1 的偏導(dǎo)：(6.30)凝汽器排汽壓力對應(yīng)下飽和溫度t s 對循環(huán)水入口溫度 tw1 的偏導(dǎo)：tstt w11tw1(6.31)凝汽器排汽壓力 ps 對循環(huán)水入口溫度 tw1 的偏導(dǎo)：psts 1006.46t s1.26921

16、(6.32)tw157.66tw1表 6.4 中的數(shù)據(jù)是在其他條件不變時，單獨(dú)改變循環(huán)水入口溫度，利用上訴數(shù)學(xué)模型計算得到的。如圖 6.4 和 6.5 所示，凝汽器排汽壓力隨著循環(huán)水入口溫度的增加而升高， 當(dāng)循環(huán)水入口溫度較高時， 凝汽器排汽壓力隨著循環(huán)水入口溫度增加而升高的幅度加大。(2)、汽輪機(jī)排汽量對凝汽器真空度影響的理論分析由循環(huán)水溫升關(guān)系式知， 當(dāng)循環(huán)水量不變時， 循環(huán)水溫升和凝汽器蒸汽負(fù)荷成正比。由別爾曼公式和傳熱端差的關(guān)系式可以看出 :當(dāng)凝汽器蒸汽負(fù)荷變化時，總體傳熱系數(shù)隨之改變，所以傳熱端差與蒸汽負(fù)荷的變化關(guān)系比較復(fù)雜。計算汽輪機(jī)排汽量對凝汽器真空的影響時， 假定其它參數(shù)保持不變， 且真空系統(tǒng)嚴(yán)密性正常，即空氣修正系數(shù) Ca=l;凝汽器水側(cè)管壁足夠清潔，及水側(cè)管壁運(yùn)行清潔系數(shù) Cf