《汽輪機(jī)原理》講稿第07章陳

第五章汽輪機(jī)的凝汽設(shè)備1一，凝汽系統(tǒng)及主要設(shè)備：1、最簡(jiǎn)單的凝汽設(shè)備原則性系統(tǒng)圖。其主要設(shè)備有凝汽器、凝結(jié)水泵、抽氣器、循環(huán)水泵等。（1）汽輪機(jī)；（2）發(fā)電機(jī)；（3）凝汽器：使排汽在凝汽器3中不斷地凝結(jié)成水，建立高度真空；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；（4）循環(huán)水泵：為凝汽器提供冷卻水；（5）凝結(jié)水泵：不斷地把蒸汽凝結(jié)時(shí)生成的凝結(jié)水從凝汽器底部熱井中抽出，并送往給給水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)；（6）抽氣器：抽出漏入凝汽器內(nèi)的空氣，以維持高度真空。2

二，凝汽設(shè)備的工作原理1，工作原理：根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)組的熱效率進(jìn)行分析其中，------整機(jī)理想焓降；-------蒸汽初焓；(-)----為每kg蒸汽在鍋爐中的吸熱量。——排汽焓；——給水焓。3分析上式：要提高效率，則提高理想焓降，即提高新蒸汽的初焓，降低排汽焓（壓力）。本章只是討論降低排汽焓值的問(wèn)題。要降低排汽焓值，就得降低排汽壓力。一般來(lái)說(shuō)，排汽壓力每降低2kpa，循環(huán)熱效率就可以提高約3.5%。所以，降低排汽壓力對(duì)提高火電廠循環(huán)熱效率是一個(gè)非常有效的措施。而降低排汽壓力的最有效的辦法是：使排汽在密封容器中、在溫度較低的條件下受到冷卻而凝結(jié)成水，體積突然縮?。ㄈ缭?.0049Mpa下，蒸汽比水的容積大28000倍）而形成真空。同時(shí)再用抽氣器或者真空泵將漏入空氣不斷地抽出，保持真空。在凝結(jié)中生成的凝結(jié)水，經(jīng)匯集以后，又重新送入鍋爐作為給水，反復(fù)循環(huán)使用。這就是凝汽設(shè)備的工作原理。42，凝氣設(shè)備主要任務(wù)：(1）建立并維持高度真空，即降低排汽焓值，提高理想焓降，使蒸汽中較多的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。(2）將蒸汽凝結(jié)成水，并將凝結(jié)水回收到鍋爐作為給水。3，排汽壓力的最佳值：降低排汽焓值，提高理想焓降，可以提高效率。

但不是排汽壓力越低越好。這是因?yàn)椋?1）當(dāng)降低排汽壓力，則蒸汽比容v增加，汽輪機(jī)排汽部分的尺寸增大，成本上升。而且制造困難，材料也受到限制。(2）當(dāng)降低排汽壓力，則蒸汽比容v增加，凝汽器的冷卻面積增大，冷卻水量增大，廠用電增大。因此，對(duì)排汽壓力和其他幾個(gè)方面要作技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比而定。一般，最佳排汽壓力為pc=0.00294~0.00686Mpa(0.03~0.07ata)，通常取0.005Mpa。5

凝汽器有混合式和表面式凝汽器兩大類。

一，混合式凝汽器混合式凝汽器是使排汽在冷卻水中直接冷卻而凝結(jié)成水。在混合式凝汽器內(nèi)，從汽輪機(jī)中排出的乏汽直接與冷卻水混合而得到凝結(jié)。冷卻水從安裝在混合式凝汽器上部周圍的噴嘴噴出，排汽由上部進(jìn)汽口進(jìn)入，與冷卻水混合而得到凝結(jié)，凝結(jié)水與冷卻水一起用水泵抽走。不凝結(jié)的空氣，用抽氣器或者真空泵不斷地抽出。這種凝汽器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，冷卻效果好，制造成本低。缺點(diǎn)是與不清潔的冷卻水混合，不能作為鍋爐給水。6二，表面式凝汽器

在表面式凝汽器內(nèi)，冷卻工質(zhì)與蒸汽由冷卻表面隔開。根據(jù)冷卻工質(zhì)不同，表面式凝汽器又分為空氣冷卻和水冷卻兩種。

用水作為冷卻工質(zhì)的凝汽器簡(jiǎn)稱為表面式凝汽器。由于水的傳熱系數(shù)比空氣大，能保證凝汽器內(nèi)維持高度真空和獲得潔凈的凝結(jié)水。因此，國(guó)內(nèi)外火電廠主要采用這種凝汽器。

71，表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)

如圖所示，凝汽器的外殼通常鋼板做成圓柱形、橢圓形或者方箱形。外殼兩端連接著形成水室的端蓋2和3，外殼內(nèi)的兩端又裝有管板4，管板4上裝有很多冷卻管。凝汽器內(nèi)部空間被冷卻管分隔成兩部分：蒸汽空間（汽側(cè)）和冷卻水空間（水側(cè)）。

2，表面式凝汽器的流程

冷卻水從進(jìn)口11進(jìn)入水室15，通過(guò)冷卻管流到另一端水室16，轉(zhuǎn)向后，又經(jīng)冷卻管進(jìn)入水室17，最后由出水口12排出。這種稱為雙流程凝汽器。還有單流程、三流程、四流程。3，凝結(jié)水

汽輪機(jī)的排汽進(jìn)入凝汽器，在汽側(cè)與冷卻管接觸而凝結(jié)成水。凝結(jié)水匯集到熱井7中，由凝結(jié)水泵抽走并送到低壓加熱器。4，漏入空氣的抽出漏入凝汽器的空氣，通過(guò)抽氣口8由抽氣器抽出。為了減少抽氣器的負(fù)荷和回收熱量，使混有蒸汽的空氣再經(jīng)過(guò)一次冷卻，使蒸汽凝結(jié)。在凝汽器內(nèi)專門設(shè)置有空氣冷卻區(qū)9。8蒸汽在凝汽器內(nèi)蒸汽的凝結(jié)過(guò)程

一，凝結(jié)特點(diǎn)：

假設(shè)只有水蒸汽存在，并且凝汽器內(nèi)各處的壓力都相等，則蒸汽應(yīng)在與壓力相對(duì)應(yīng)的飽和溫度下凝結(jié)。實(shí)際上并非如此，因?yàn)椋?，排汽從凝汽器進(jìn)口向空氣抽出口流動(dòng)，由于流動(dòng)阻力存在，稱為凝汽器的汽阻，則凝汽器內(nèi)各處壓力都不相同；2，整個(gè)系統(tǒng)不可能完全密封，有空氣漏入。則凝汽器內(nèi)各處空氣分壓也不相同，凝結(jié)時(shí)的飽和溫度也不相同。這樣，由于阻力和空氣的存在，蒸汽分壓降低，使凝結(jié)水溫度低于凝汽器進(jìn)口處的蒸汽溫度，造成凝結(jié)水過(guò)冷。9二，空氣漏入對(duì)凝汽器工作的影響

由于空氣的漏入，對(duì)凝汽器的工作是有影響的：1，空氣的漏入會(huì)使傳熱效果變差，傳熱端差增大。結(jié)果會(huì)使排汽壓力升高，降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性；2，空氣的漏入，增加了凝結(jié)水中空氣的氧溶解度，對(duì)汽輪機(jī)裝置和管道系統(tǒng)金屬產(chǎn)生腐蝕，影響機(jī)組的安全性；3，空氣的漏入，會(huì)使空氣分壓增大，使凝結(jié)水的過(guò)冷度增加，凝結(jié)水過(guò)冷時(shí)，凝結(jié)水本身的熱量額外地被冷卻水帶走一部分，這使凝結(jié)水回?zé)峒訜釙r(shí)，額外地多消耗一些汽輪機(jī)抽汽，降低了電廠的熱經(jīng)濟(jì)性。10蒸汽在凝汽器內(nèi)的凝結(jié)過(guò)程一，凝汽器內(nèi)壓力的確定

當(dāng)蒸汽處于飽和狀態(tài)時(shí)，其壓力與溫度是一一對(duì)應(yīng)的。所以，凝汽器內(nèi)壓力取決于蒸汽凝結(jié)溫度。為了求得凝汽器內(nèi)壓力，就得先求出排汽溫度。排汽溫度的高低取決于冷卻水的進(jìn)口溫度、冷卻水的溫升和傳熱端差。凝汽器內(nèi)的壓力可根據(jù)相應(yīng)的飽和溫度求得，而排汽溫度可表示為：=++其中，-------冷卻水的進(jìn)口溫度；------冷卻水的溫升；--------傳熱端差。只要求得了溫度ts之值，就可以從水蒸汽表中查得相對(duì)應(yīng)的壓力pc。

11（一）冷卻水的進(jìn)口溫度

冷卻水的進(jìn)口溫度取決于電廠所在的地理位置、季節(jié)和供水方式。電廠供水方式有直流供水方式和循環(huán)供水方式兩種。在直流供水系統(tǒng)中，電廠從河流上游取水，冷卻水流經(jīng)汽輪機(jī)凝汽器、冷油器和有關(guān)冷卻器之后，排入河流下游。采用循環(huán)供水方式時(shí)，冷卻水則沿著聯(lián)結(jié)凝汽器等有關(guān)裝置的回路循環(huán)流動(dòng)，取自水源的水只作為損失的補(bǔ)充水，故采用循環(huán)供水方式可以節(jié)約大量的水。直流供水系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，投資少，運(yùn)行費(fèi)用低。我國(guó)南方的電廠，一般都建在沿江、沿河、沿海岸或者沿大的水庫(kù)。而北方的電廠，由于水源不足，多采用循環(huán)供水方式。

12（二）冷卻水的溫升

1、冷卻水的溫升可根據(jù)凝汽器的熱平衡方程式求出：(5-----6)從而，(5-----7)上二式中，------進(jìn)入凝汽器的凝汽量（kg/h)；------進(jìn)入凝汽器的冷卻水量（kg/h)；---------排汽焓值和凝結(jié)水焓值（kJ/kg)；-----冷卻水進(jìn)出口焓值(kJ/kg)。

132、冷卻倍率

m=/稱為冷卻倍率（或循環(huán)倍率），它表示凝結(jié)單位蒸汽汽量所需要的冷卻水量。m值越大，則冷卻水的溫升越小，凝汽器內(nèi)壓力越低，會(huì)使整機(jī)理想焓降增加，從而可以提高電廠熱效率。但是，m大則冷卻水量大，冷卻水泵功率大。故m值大小要通過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)對(duì)比后確定。一般，對(duì)于單流程凝汽器，m=80~120范圍之內(nèi)；對(duì)于雙流程凝汽器，m=60~70范圍之內(nèi)?！?kg蒸汽在凝結(jié)時(shí)所放出的潛熱，約2200kJ/kg，變化很小，這樣，式（5----7）為：

143、凝汽器的最有利真空和極限真空：（1）凝汽器的最有利真空：凝汽器的進(jìn)汽量是由外界負(fù)荷決定的，而冷卻水溫升是有依靠調(diào)節(jié)冷卻水量來(lái)控制的。冷卻水量增加，可降低冷卻水溫升，降低汽輪機(jī)排汽壓力，增大理想焓降，提高經(jīng)濟(jì)性。但是水泵功率要增大。這里有一個(gè)最佳冷卻水量，即冷卻水量增大，使汽輪機(jī)功率增加所得到收益大于水泵功率增大，凈收益最大。這時(shí)候的真空稱為凝汽器的最有利真空。（2）凝汽器的極限真空：若真空進(jìn)一步增高，使末級(jí)葉片的斜切部分達(dá)到膨脹極限時(shí)的真空稱為凝汽器的極限真空。這時(shí)候余速損失增加。15（三）傳熱端差δt

傳熱端差和冷卻面積、傳熱量及傳熱系數(shù)有關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)，一般取δt=3~10℃。對(duì)于單流程凝汽器，取δt=(7~9)℃，對(duì)于多流程凝汽器，取δt=(4.5~6.5)℃。16多壓凝汽器

現(xiàn)代大功率汽輪機(jī)都采用多缸多排汽口。為了提高大功率汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，常采用多壓凝汽器。多壓凝汽器就是將凝汽器的汽側(cè)分隔成與汽輪機(jī)排汽口個(gè)數(shù)相同的兩個(gè)或更多的互不相通的部分。圖5---16為雙壓凝汽器的示意圖。進(jìn)水側(cè)的冷卻水溫度較低，其對(duì)應(yīng)汽側(cè)壓力也較低；出水側(cè)的冷卻水溫度較高，因此，其對(duì)應(yīng)汽側(cè)壓力也較高。同理，也有三壓、四壓凝汽器。采用多壓凝汽器可以提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

17抽氣器1，抽氣器的作用

抽氣器的作用是將漏入凝汽器內(nèi)空氣不斷地抽出，以維持凝汽器內(nèi)

的高度真空。故抽氣器工作的好壞對(duì)凝汽器工作的影響很大。任何一種抽汽器，不論其結(jié)構(gòu)和工作原理如何，都是一種壓氣器，它將汽氣混合物從凝汽器抽氣口的壓力壓縮到高于大氣壓的出口壓力。

2，抽氣器的型式

抽氣器的型式有機(jī)械式和噴射式兩種。噴射式抽氣器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、制造成本低、維護(hù)方便、建立真空快。常用的噴射式抽氣器有射汽抽氣器和射水抽氣器兩種，工作原理相同工質(zhì)不同。前者用蒸汽作工質(zhì)，后者用水作工質(zhì)。

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一、射汽抽氣器1.啟動(dòng)抽氣器的結(jié)構(gòu)和工作原理：?jiǎn)?dòng)抽氣器的作用是在汽輪機(jī)啟動(dòng)前給凝汽器建立真空，以縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間。圖為啟動(dòng)抽氣器示意圖，它主要由工作噴

嘴A、混合室B和擴(kuò)壓管C所組成。工質(zhì)是新蒸汽，新蒸汽進(jìn)入工作噴嘴A，在噴嘴A膨脹加速造成一個(gè)遠(yuǎn)高于音速的高速汽流射入混合室。高速汽流有很強(qiáng)的空吸作用，從而將從抽氣口來(lái)的汽氣混合汽流帶走，并進(jìn)入擴(kuò)壓管C。混合汽流在擴(kuò)壓管C中不斷擴(kuò)壓，直到壓力稍大于大氣壓力后排入大氣。啟動(dòng)抽氣器功率大建立真空快，但工質(zhì)和工質(zhì)的熱量不能回

收，有經(jīng)濟(jì)損失。故它只作為啟動(dòng)時(shí)用。一旦汽輪機(jī)正常工作以后，主抽氣器便投入工作，啟動(dòng)抽氣器停止工作。192.主抽氣器

主抽氣器的作用：是在汽輪機(jī)正常工作時(shí)使用，以維持凝汽器的高度真空。主抽氣器一般都采用帶中間冷卻器的多級(jí)型式。其目的在于可以得到更高的真空度，同時(shí)也可以回收工質(zhì)和熱量，提高經(jīng)濟(jì)性。圖為兩級(jí)射汽抽氣器工作原理圖。凝汽器內(nèi)的汽氣混合物由第一級(jí)抽氣器抽出，并壓縮到某一中間壓力（低于大氣壓力），然后進(jìn)入中間冷卻器2。在中間冷卻器2中，混合物中的部分蒸汽被凝結(jié)成水，而未凝結(jié)的汽氣混合物又被第二級(jí)抽走。在第二級(jí)抽氣器中，汽氣混合物被壓縮到略高于大氣壓力，再經(jīng)第二級(jí)冷卻器4進(jìn)一步凝結(jié)并回收工質(zhì)和熱量。最后的空氣和少量未凝結(jié)的蒸汽一起排入大氣。20（二）射水抽氣器

射水抽氣器的工作原理：射水抽氣器的工作原理同射汽抽氣器相同，如圖所示。它主要由工作水進(jìn)口1、噴嘴2、混合室5、擴(kuò)壓管7和逆止閥6等部件所組成。壓力水由射水泵供給，經(jīng)噴嘴形成高速射流射出，從而將凝汽器中的汽氣混合物抽出。射水抽氣器不消耗新蒸汽，運(yùn)行費(fèi)用較射汽抽氣器低。系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便。但需要另外安裝射水泵?，F(xiàn)代大型汽輪機(jī)都采用射水抽氣器。國(guó)產(chǎn)200MW汽輪機(jī)就是采用射水抽氣器作為主抽汽器。中小型汽輪機(jī)多采用射汽抽氣器作為主抽汽器。21（三）水環(huán)式真空泵

國(guó)產(chǎn)300MW和600MW汽輪機(jī)組的抽氣裝置都是采用水環(huán)式真空泵。其主要部件有葉輪和殼體。殼體內(nèi)形成一個(gè)圓柱體空間，葉輪偏心地安裝在殼體內(nèi)。在殼體上開有吸氣口和出氣口，實(shí)行軸向吸氣和排氣。葉輪帶有前彎葉片，偏心地安裝在充有適量工作水（密封水）的橢圓形泵體內(nèi)。當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力作用，水向周圍運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的圓環(huán)