汽輪機-第四章

§4汽輪機的凝汽設(shè)備第四章汽輪機的凝汽設(shè)備第一節(jié)凝汽設(shè)備的工作原理、任務(wù)和類型第二節(jié)凝汽器的真空與傳熱第三節(jié)凝汽器的管束布置與真空除氧第四節(jié)抽氣器第五節(jié)凝汽器的變工況第六節(jié)多壓式凝汽器§4汽輪機的凝汽設(shè)備§4.1凝汽設(shè)備的工作原理、任務(wù)和類型§4.1.1凝汽設(shè)備的工作原理與任務(wù)以水為冷卻介質(zhì)的凝汽設(shè)備，由凝汽器、抽氣器、循環(huán)水泵和凝結(jié)水泵以及他們之間的連接管道、閥門和附件等組成，如圖，最簡單的凝汽設(shè)備示意圖：

工作原理----汽輪機的排汽進入凝汽器1，循環(huán)水泵2不斷的把冷卻水打入凝汽器，吸收蒸汽凝結(jié)放出的熱量，蒸汽被冷卻并凝結(jié)為水。凝結(jié)水被凝結(jié)水泵3抽走。凝汽器內(nèi)壓力很低，比較容易漏入空氣，空氣將阻礙傳熱，因此不斷的用抽氣器4不斷的將空氣抽走。

任務(wù)：在汽輪機的排汽管內(nèi)建立并維持高度真空供應(yīng)潔凈的凝結(jié)水作為鍋爐給水§4.1.2凝汽器的類型現(xiàn)在電站使用的凝汽器主要是以水為冷卻介質(zhì)的表面式凝汽器。在缺水地區(qū)和列車電站上，可用空氣凝汽器?！?.1.3凝汽器真空的測量測量凝汽器真空的最簡單的辦法是用水銀真空計。如圖：

是折合到標(biāo)準(zhǔn)溫度0℃下的數(shù)值。§4.1凝汽設(shè)備的工作原理、任務(wù)和類型1.簡述汽輪機凝汽設(shè)備的工作原理。2.凝汽器的真空是如何形成的?3.影響凝汽器真空的因素有哪些？§4.1凝汽設(shè)備的工作原理、任務(wù)和類型（思考）§4.2凝汽器的真空與傳熱§4.2.1凝汽器內(nèi)壓力的確定蒸汽凝結(jié)過程中釋放出不凝結(jié)氣體(如化學(xué)藥劑分解產(chǎn)生或原蒸汽中夾帶)，真空系統(tǒng)不嚴密漏入系統(tǒng)的空氣，即凝汽器汽側(cè)空間是多組分介質(zhì)共存。這里，將它們分為蒸汽和不凝結(jié)氣體兩大組分。由道爾頓定律知，汽側(cè)空間的總壓力是組成氣體分壓力之和。利用混合氣體的溫度、容積相等及氣體狀態(tài)方程，求得由于不凝結(jié)氣體總量相對蒸汽量很小，因此，可以認為總壓與蒸汽壓力相等?！?.2凝汽器的真空與傳熱凝汽器中的壓力主要決定于蒸汽分壓力，而蒸汽分壓力又決定于汽、水共存的熱平衡溫度，即對應(yīng)溫度下水、蒸汽的飽和溫度。凝汽器內(nèi)的溫度決定于蒸汽凝結(jié)和冷卻水加熱的換熱過程。影響凝汽器內(nèi)壓力的三個因素：由圖：主凝結(jié)區(qū)的凝結(jié)溫度為：冷卻水進口溫度與環(huán)境條件緊密相關(guān)，其次受冷卻設(shè)備特性影響。進口溫度越高，凝汽器的真空則越低。夏季環(huán)境溫度高，冷卻水溫度高，真空則低。不良的冷卻塔，冷卻水得不到充分冷卻，必然使凝汽器真空下降。冷卻水溫升§4.2凝汽器的真空與傳熱由熱平衡方程求得：只有2140～2220KJ/Kg左右，取平均值，則

循環(huán)倍率m----，冷卻水量與被凝結(jié)蒸汽量之比。循環(huán)水的溫升決定于循環(huán)倍率，循環(huán)倍率越大，溫升(4.2.3)§4.2凝汽器的真空與傳熱凝汽器傳熱端差傳熱端差與傳熱系數(shù)有關(guān)，而傳熱系數(shù)是管外凝結(jié)放熱、管壁及污垢導(dǎo)熱和冷卻水對流傳熱有關(guān)。則越小，凝汽器的真空就越高。即在循環(huán)水量一定時，機組負荷越大，循環(huán)水溫升就越高，凝汽器真空則越低。反之，機組負荷一定時，循環(huán)水量越多，溫升越小，凝汽器真空就越高。由傳熱方程等公式推得的計算公式：(4.2.6)§4.2凝汽器的真空與傳熱§4.2.2凝汽器的最佳真空循環(huán)水量增大，凝汽器真空上升，機組理想焓降提高。循環(huán)水量增大的代價是增大循環(huán)水泵功耗。當(dāng)循環(huán)水泵的功耗增大量與機組有效出力增多量相等時，對應(yīng)的真空即為最佳(或經(jīng)濟)真空。若只有一臺循環(huán)水泵運行，且冷卻水量可連續(xù)調(diào)節(jié)，則最佳真空為為最大時的真空。而實際并非如此，故應(yīng)通過實驗才能定出不同負荷下的最佳真空?！?.2.3空氣的危害凝汽器的空氣來源：由新蒸汽帶入汽輪機由設(shè)備不嚴密處漏入危害：由于空氣膜的存在，阻礙了蒸汽向冷卻水管的凝結(jié)放熱，使，真空↓。在冷卻水管外表面附近，由于空氣的聚集，使得蒸汽分壓力降低，從而使明顯低于，使蒸汽的凝結(jié)溫度，增大了凝結(jié)水的過冷度。增加了低壓管道的腐蝕。過冷度----凝結(jié)水溫度低于凝汽器入口蒸汽溫度的現(xiàn)象稱為過冷現(xiàn)象，所低的度數(shù)稱為過冷度?！?.2凝汽器的真空與傳熱§4.2凝汽器的真空與傳熱§4.2.4凝汽器的傳熱將冷卻水管的圓筒形管壁傳熱近似看成平壁傳熱，則傳熱系數(shù)為：R----凝汽器總熱阻

----蒸汽空氣混合物向冷卻水管外放熱的熱阻

----蒸汽空氣混合物向冷卻水管外放熱的放熱系數(shù)

----管壁本身熱阻，是管壁厚度，是管壁導(dǎo)熱系數(shù)

----管內(nèi)壁到冷卻水的放熱熱阻

----水側(cè)放熱系數(shù)式中：(4.2.10)1.什么是凝汽器的最佳真空？2.空氣對凝汽設(shè)備及系統(tǒng)有什么危害？§4.2凝汽器的真空與傳熱（作業(yè)與思考）§4.3凝汽器的管束布置和真空除氧§4.3.1凝汽器的管束布置冷卻水管在凝汽器板上的基本排列方法有三種：三角形排列法；正方形排列法；輻向排列法。凝汽器管束布置是從減小汽阻，減小過冷度，均勻各部分傳熱面積上的熱負荷（即總體傳熱系數(shù)較高）的要求出發(fā)的。評價凝汽器優(yōu)劣有五個指標(biāo)：①真空；②凝結(jié)水過冷度；③凝結(jié)水含氧量；④水阻；⑤空冷區(qū)排出的汽氣混合物的過冷度?！?.3.2真空除氧凝結(jié)水含氧量大是導(dǎo)致銅管腐蝕、凝結(jié)水系統(tǒng)管道閥門腐蝕嚴重以致降低設(shè)備壽命的重要原因，故凝汽器都設(shè)有真空除氧裝置。真空除氧裝置有熱力除氧和鼓泡除氧。1.冷卻水管在凝汽器板上的基本排列方法有幾種，各是什么？2.凝汽器為什么都要設(shè)置真空除氧裝置？§4.3凝汽器的管束布置和真空除氧§4.4抽氣器作用：抽取凝汽器汽側(cè)空間的不凝結(jié)氣體，以保持汽側(cè)良好的傳熱狀態(tài)和凝汽器真空。機組啟動時，在汽輪機內(nèi)部建立真空，加快汽缸及轉(zhuǎn)子加熱。類型：主要采用射流式抽氣器和機械真空泵兩種型式。其中，射流式有射汽抽氣器和射水抽氣器；機械真空泵有水環(huán)式和水葉片式?！?.4.1射汽抽氣器以蒸汽為動力。具有一定壓力和溫度的蒸汽在噴嘴中降壓增速，出口達到超音速，在混合室中吸附凝汽器中的不凝結(jié)氣體，并發(fā)生動量交換，然后在擴壓管中降速增壓排出。由于抽氣器的絕熱壓縮效率反比于壓比，故射汽抽氣器通常采用多級?！?.4.2射水抽氣器以壓力水為動力。壓力水在噴嘴中降壓增速，形成水射流，在混合室中牽連不凝結(jié)氣體運動。水射流達到一定行程后發(fā)生破碎，與不凝結(jié)氣體產(chǎn)生碰撞與強烈的動量交換，壓縮升壓，然后利用水柱對其進一步壓縮。為提高射水抽氣器的效率，要求噴嘴距離水面高度應(yīng)大于水射流破碎長度，這就是長喉管射水抽氣器的工作原理。§4.4.3水環(huán)式真空泵置于水室中的偏心葉輪，旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生與水室同心的水環(huán)，利用葉片與水環(huán)間空間容積隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周由小變大和由大變小的變化，完成吸氣、壓縮。水環(huán)真空泵的效率約為高效射水抽氣器的2倍。故新建機組主要采用水環(huán)真空泵?！?.4抽氣器1.抽氣器有什么作用？2.長喉部射水抽氣器有什么特點？§4.4抽氣器（作業(yè)與思考）§4.5凝汽器的變工況蒸汽負荷、冷卻水量、冷卻水進口溫度、等都是引起凝汽器壓力變化的主要因素，這些因素改變時，凝汽器壓力隨著變化，凝汽器的工況離開了設(shè)計參數(shù)，稱為凝汽器的變工況。§4.5.1主要因素改變對凝汽器壓力的影響變工況下的變化規(guī)律變工況下的變化規(guī)律可用下式表示：當(dāng)不變時，a是常數(shù)。也就是說正比于。改變后，a也變了，算出新的a，確定和新的比例關(guān)系。（4.5.1）變工況下的變化規(guī)律當(dāng)不變時，a為常數(shù)，由式（4.2.6）與式（4.5.1）得：(4.5.2)§4.5凝汽器的變工況凝汽器已制造好，Ac不變。若K也不變，則成正比，也就是與dc成正比，如圖輻射線所示：變工況下的確定在冷卻水量一定時，根據(jù)不同的和，求出和，由算出，求得對應(yīng)的飽和壓力，在主凝結(jié)區(qū)認為誤差很小，就可確定。§4.5凝汽器的變工況§4.5.2凝汽器特性曲線的計算與繪制凝汽器的特性曲線如圖所示，它是根據(jù)不同的Dc、tw1和Dw，由Δt和Δt隨Dc的變化規(guī)律，求得相應(yīng)的Δt和

，最終求得凝汽器壓力pc及繪制而成，具體計算步驟如下：1)任意選定冷卻水進口溫度tw1值及某個蒸汽負荷Dc；2)在冷卻水量Dc不變的條件下，由式Δt=αDc求得Δt§4.5凝汽器的變工況3)求出對應(yīng)于Dw下的冷卻水流速cw，即,其中，一道水流程中的管子數(shù)nz=n/z，n為凝汽器內(nèi)管子總數(shù)，z為水流程數(shù)；4)求出總體傳熱系數(shù)K＝14650φφwφ1φtφd；5)由式ts=tw1+Δt+求得凝汽器內(nèi)蒸汽凝結(jié)溫度ts，進而可得相對應(yīng)的飽和壓力ps；即為凝汽器內(nèi)的壓力pc；6)在冷卻水量Dw不變的條件下，在同一個冷卻水進口溫度tw1下，由不同的蒸汽負荷Dc，根據(jù)上列步驟，就可求得相應(yīng)的不同的凝汽器壓力pc，得到圖中某一根曲線；7)在不改變冷卻水量Dw的條件下，按另一個tw1，對應(yīng)于不同的Dc，求出相應(yīng)的pc依此類推，即可得到如圖所示在某個冷卻水量Dw下，在不同的冷卻水進口溫度tw1下，一組蒸汽負荷與凝汽器內(nèi)壓力pc之間的關(guān)系。8)在不同的冷卻水量Dw下，重復(fù)上列步驟就可得到多幅pc＝f(Dw、tw1、Dc)關(guān)系曲線?！?.5凝汽器的變工況1.變工況下是如何確定的？§4.5凝汽器的變工況（作業(yè)與思考）§4.6多壓式凝汽器有兩個以上排汽口的大容量機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。冷卻水由左側(cè)進入，右側(cè)排出。凝汽器汽側(cè)用密封的分割板隔成兩部分，進水側(cè)的冷卻水溫較低，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，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，在美國最多有六壓式。

原理：溫差傳熱產(chǎn)生不可逆損失。由凝汽器的換熱過程知，換熱溫差差異較大。要減少不可逆損失，必須減小傳熱溫差。理想的過程如等溫差，即凝結(jié)溫度§4.6.1多壓凝汽器隨換熱過程而變，亦即凝汽器壓力是連續(xù)變化的。這就是采用多壓凝汽器的基本原理。

優(yōu)點：一是降低平均凝汽溫度，亦即降低平均凝汽器真空。二是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，減少低壓加熱器吸熱量。

缺點：系統(tǒng)復(fù)雜，增大水阻?！?.6多壓式凝汽器§4.6.2凝汽器的維護凝汽器冷卻水管常常會受到污染，包括汽側(cè)污染和水側(cè)污染。汽側(cè)污染主要是亞硫酸鹽和石碳酸鹽附著在冷卻水管外表面所致，一般可用80～90~C的熱水沖洗掉。

較為嚴重的是水側(cè)污染，不論是開式供水還是閉式供水，冷卻水所帶人的泥沙、污穢的物質(zhì)和加熱過程中分解出的鹽分等均會不同程度地沉積在冷卻水管的內(nèi)表面上。其中的有機物質(zhì)附著在管子內(nèi)表面形成微生物附面層。由于附著物的傳熱性能很差，將導(dǎo)致凝汽器真空降低，影響汽輪機的出力和運行經(jīng)濟性。此外，它還會加速冷卻水管的腐蝕，甚至造成穿孔，使冷卻水漏人凝結(jié)水中，惡化凝結(jié)水水質(zhì)，影響機組安全運行，因此在火電廠中廣泛采用凝汽器膠球自動清洗裝置?！?.6多壓式凝汽器1.多壓凝汽器工作的基本原理是什么？2.多壓式凝汽器有什么優(yōu)缺點？3.討論是否可以把現(xiàn)有單壓凝汽器改造成多壓