1、第五章 汽轮机的凝汽设备,哈尔滨工程大学核科学与技术学院,一、凝汽设备的作用 凝汽设备的原则性热力系统 凝汽设备的组成： 1、凝汽器：将汽轮机的排汽凝结成水，并建立真空； 2、抽气器：维持凝汽器的真空； 3、凝结水泵：将凝汽器中凝结水抽出，经低压加热器送往 除氧器； 4、循环水泵：供凝汽器冷却用水。 5、连接管道和附件,第一节 凝汽设备的作用及工作过程,凝汽设备的原则性热力系统,凝汽器内真空形成的原理： 凝汽器中蒸汽凝结空间是汽液两相共存的，压力（45kPa）等于蒸汽凝结温度（30）所对应的饱和压力。由于凝汽器有足够的冷却面积，且冷却水的温度足够低，所以凝汽器内可形成高度的真空。 凝汽设备的作
2、用： 1、在汽轮机排汽口建立并维持高度真空； 2、保证蒸汽凝结并供应洁净的凝结水作为给水。 3、凝结水和补给水去除氧器前的先期除氧设备； 4、接受机组启停和正常运行中的疏水和甩负荷过程中旁 路排汽，以回收热量和减少循环工质损失。,二、凝汽器的结构类型 （一）表面式凝汽器的结构及工作过程 汽侧空间：蒸汽空间，壳程； 水侧空间：冷却水空间，管程； 空气冷却区：冷却空气和少量的蒸汽,（二）表面式凝汽器的分类,（二）表面式凝汽器的分类 根据冷却介质不同，表面式凝汽器又分为空气冷却式和水冷却式两种。 根据冷却水流程不同，凝汽器可分为单流程、双流程、多流程凝汽器。 根据空气抽出口位置不同，即凝汽器中汽流流
3、动形式不同，现代凝汽器分为汽流向心式和汽流向侧式两大类。,汽流向心式,汽流向侧式,多区域汽流向心式,（1）汽流向侧式:排汽口到抽气口的流程较短，汽阻较小，能保证较高的真空；蒸汽中部设有蒸汽通道，使部分蒸汽畅通无阻到达热井加热凝结水，使凝结水温度接近排汽温度。 （2）汽流向心式:蒸汽由管束四周向中心流动，汽阻小，蒸汽可以从两侧流向热井以加热凝水，但由于下部管束不易与蒸汽接触，使各部分管子的热负荷不均匀。 （3）多区域汽流向心式:独立区域有两个到十几个，平行布置于矩形外壳，每个区域中部都有空冷区，可以加大进汽边界，缩短蒸汽流程以减小汽阻。,三、机组运行时对凝汽设备的要求 1传热性能要好 传热端差t
4、：凝汽器中蒸汽的饱和温度ts和冷却水离开凝汽器的出口温度tw2之差。 减少传热端差t的措施：选择有较高传热系数的冷却水管；及时抽走积聚在冷却水管表面的空气；定期清洗凝汽器冷却水管，防止冷却水管结垢。 2减小过冷度 凝结水的温度比凝汽器喉部压力下的饱和温度低，其温差称为过冷度，一般为0.51。 过冷度增大的影响： （1）冷却水额外带走的热量多； （2）凝结水含氧量多，对设备和管道的腐蚀大；,采用回热式凝汽器（设有专门的蒸汽通道，使部分蒸汽直接到达热井加热凝结水），可以减小过冷度 3减小汽阻和水阻 汽阻：凝汽器入口处压力与抽气口处压力的差值，汽阻越大，凝汽器入口压力越高，经济性越低。 水阻：冷却水
5、在流经凝汽器时所受的阻力，水阻越大，循环水泵耗功越大。,一、凝汽器压力pc的确定,第二节 凝汽器的压力与传热,（一）冷却水的进口温度tw1 在其他条件不变时，tw1低则ts也低，凝汽器压力低，真空高。 tw1的大小取决于当地的气候和供水方式（海水、冷水塔）。,（二）冷却水温升t 降低冷却水温升t可以降低ts； t可以由凝汽器热平衡方程式求得；,Dc、Dw 进入凝汽器的蒸汽量与冷却水量 hc、hc 蒸汽和凝结水焓 hw1、hw2 冷却水流入、流出凝汽器的焓, 凝汽器的冷却倍率,（三）传热端差t,蒸汽凝结时传给冷却水的热量,对数平均传热温差,影响传热端差的因素： 、冷却水管外表总面积AC 增大AC
6、可以降低传热端差，但使凝汽器造价提高，因此AC要根据技术经济比较确定。 2、冷却水量Dw 凝汽器运行时，Dw减小时，t又会增加，故很难确定Dw与t的关系。 3、冷却水温t Dw不变时，随着蒸汽负荷的增加，t与t均增加，凝汽器真空下降，反之上升。 4、总体传热系数K K增大，传热加强，t减小，真空升高。,（1）汽气混合物对冷却水管外壁的热阻Rsa Rsa是变化的。随着空气量的增加，Rsa增加，使总体传热系数减小，真空下降。 （2）管壁本身的热阻Rc 一般冷却水管管壁很薄，Rc很小。但当表面结垢时，会使管壁的热阻急剧增加，使得总体传热系数减少。 （3）冷却水对冷却水管内壁的热阻Rw 与热阻与冷却水
7、流速有关。,提高真空后所增加的汽轮机功率与为提高真空使循环水泵多消耗的厂用电之差达到最大时的真空值称为最佳真空。 凝汽器的极限真空就是指使汽轮机做功达到最大值的排汽压力所对应的真空。,二、凝汽器的极限真空和最佳真空,曲线1 机组电功率增量PT 曲线2 循环水泵所耗功率增量PP,三、凝汽器内空气的影响 1空气使凝汽器真空下降 2空气使凝结水过冷度增加 引起运行中凝结水过冷的正常原因有： （1）管子外表面蒸汽分压力低于管束之间混合汽流的压力； （2）管子外表面的水膜受冷却使得水膜平均温度低于水膜外表面的蒸汽凝结温度； （3）汽阻使管束内层压力降低，也使凝结水温度降低。 引起凝结水过冷的不正常原因有
8、： （1）冷却水管排列不合理，使汽阻增大； （2）系统严密性不好或抽气器工作不正常，使空气分压力增大。,（3）凝结水水位过高，淹没部分管束，使凝结水进一步冷却。 3空气使机组运行的经济性下降 空气漏入凝汽器，使排汽温度、压力升高；引起汽轮机低压缸变形，造成机组振动。 4空气使凝结水含氧量增加 空气分压增大，增加空气 在水中的溶解度。 四、真空除氧 真空除氧的目的：减少凝结 水中的含氧量。 凝汽器内真空除氧装置：,水封淋水式凝结水真空除氧装置,凝结水,蒸汽,五、凝汽器的真空严密性 （一）凝汽器严密性对机组运行的影响 （二）真空系统严密性的检查 试验方法：记录下试验前的真空值，使机组保持80%额定
9、负荷，当关闭抽气门后的35min内，真空下降速度267400Pa/min为合格，但总的真空下降不得超过规定值。 查找凝汽器漏气地点的主要方法有： （1）在运行中检查真空系统严密性的仪器是氦气检漏仪 。 （2）通过测量凝结水的含氧量，也可确定泄漏点是在热井水 面以上的汽空间还是在热井水面以下的水空间。 （3）在停机时，对真空系统的整体或部分进行充水作水压试 验。,第三节 抽气设备,抽气设备的任务： （1）机组启动时，需要把一些汽、水管路系统和设备中所聚集的空气抽出，以便加快启动速度。 （2）正常运行时，必须用它及时地抽出凝汽器中的不凝结气体，维持凝汽器规定的真空； （3）及时地抽出加热器中的不凝
10、结气体，保证加热器具有较高的换热效率； （4）把汽轮机低压段轴封的蒸汽、空气及时地抽到轴封冷却器中，以确保轴封的正常工作等。,抽气设备按工作原理可分为射流式和容积式两大类。 一、射流式抽气器 1射汽抽气器 用于高、中压母管制额定参数启动的机组，但过载能力小。,2射水抽气器 射水抽气器结构简单，工作可靠，启动运行方便。 通常需要专设工作水泵（称为射水泵），工作水量大，被抽出的混合气体中蒸汽含量大，不能回收，工质损失较多。 用于高参数、大容量单元机组。,二、容积式抽气器 容积式抽气器分为水环式真空泵和机械离心式真空泵两种。 1水环式真空泵 功耗低，运行维护方便，工作可靠，启动性能好，利用环保，应用
11、广泛。,排汽管,2机械离心式真空泵,凝汽器真空下降的原因,急剧下降 循环水中断 （1）循环水中断的故障可以从循环泵的工作情况判断出。若循环泵电机电流和水泵出口压力到零，即可确认为循环泵跳闸，此时应立即启动备用循环泵。 （2）循环水泵出口压力、电机电流摆动，通常是循计水泵吸入口水位过低，网滤堵塞等所致此时应尽快采取措施，提高水位或清除杂物。 （3）如果循环水泵出口压力、电机电流大幅度降低，则可能是循环水泵本身故障引起。 （4）如果循环泵在运行中出口误关，或备用泵出口门误开，造成循环水倒流，也会造成真空急剧下降。,抽汽器工作失常 凝汽器满水 轴封供气中断,缓慢下降 循环水量不足 其原因可能是凝汽器进入杂物而堵塞。 凝汽器水位升高 原因可能是凝结水泵入口汽化或者凝汽器铜管破裂漏入循环水等。 射水抽气器工作水温升高 工作水温升高，使抽气室压力升高，降低了抽气器的效率。当发现水温升高时，应开启工业水补水，降低工作水温度。 真空系统漏入空气,
