1、第三節(jié) 汽輪機的凝汽設(shè)備,第三節(jié),汽輪機的凝汽設(shè)備,一、凝汽設(shè)備的工作原理與任務(wù),凝汽設(shè)備,降低排汽壓力和排汽溫度,提高循環(huán)熱效率,以國產(chǎn)引進型300MW機組平均供電煤耗345g標(biāo)煤/kwh為例,真空提高0.2kPa,供電煤耗降低0.7g標(biāo)煤 1.工作原理-,2.作用,（1）冷端放熱、回收工質(zhì),在朗肯循環(huán)中，起到冷端放熱、將排汽凝成水。,（2）建立、維持真空,在汽輪機的尾部建立并維持盡可能高的真空，增大 機組的理想焓降，提高蒸汽熱力循環(huán)效率。,（3）熱力除氧、改善凝水品質(zhì),借助熱力物理分解方法除去凝結(jié)水的氧氣，提高凝水品質(zhì)、防止加熱器、鍋爐設(shè)備的氧腐蝕。,3.凝汽器分類,凝汽器：,一種換熱器，

2、將蒸汽冷卻成水,混合式,表面式,冷卻介質(zhì)與蒸汽混合 基本不采用,冷卻介質(zhì)與蒸汽由換熱面隔開 主要采用,按冷卻介質(zhì)分,空冷,水冷,北方嚴(yán)重缺水地區(qū) 山西 內(nèi)蒙 富煤缺水冷卻系統(tǒng)本身節(jié)水97 以上，全廠性節(jié)水約65。,真空值優(yōu)于空冷、一次投資較小， 耗水量大 應(yīng)用最廣泛,按壓力分：,按冷卻介質(zhì)流程分：,單流程,按空氣抽出口的位置分：,1- 管束隔板,2-冷卻管束,3-抽氣口,4-擋板,5-空氣冷卻區(qū),6-熱井,向心式管束布置的凝汽器在組裝中,汽阻,凝汽器入口壓力pc與空氣抽出口壓力pc之差，汽阻越大，pc越高,水阻,凝汽器給冷卻水的阻力 由冷卻水管內(nèi)沿程阻力、水室中的沿程阻力、冷卻水由循環(huán)水管進出

3、水室與水室進出管子的局部阻力組成,排汽首先流過主凝結(jié)區(qū)，主要換熱面,占總換熱面積的5%-10%，冷卻抽氣口抽出的汽氣混合物，減小容積流量，減輕抽氣器負(fù)荷，減少工質(zhì)損失,4、相關(guān)概念,1- 管束隔板,2-冷卻管束,3-抽氣口,4-擋板,5-空氣冷卻區(qū),6-熱井,冷卻水溫升,蒸汽和水的溫度沿冷卻表面的分布,冷卻水的進、出口溫差,傳熱端差,凝汽器進口壓力下的蒸汽飽和溫度與冷卻水出口溫度 的差。,主凝結(jié)區(qū)的凝結(jié)溫度,冷卻水進出口溫度,主凝結(jié)區(qū)：,二、 凝汽器內(nèi)壓力 的確定,影響凝汽器內(nèi)壓力的三個因素：, 冷卻水進口溫度,季節(jié)與氣候（主要因素）,晾水塔的冷卻效果（淋水盤脫落、冷卻塔幾米內(nèi)無建筑物）, 冷

4、卻水溫升,蒸汽的放熱被冷卻水吸收傳輸出來。 熱量平衡方程式為：,（開式供水）熱水回流,由熱平衡方程求得：,m=50120,是汽化潛熱，考慮濕度后，在21402220KJ/Kg左右，取平均值，則,運行時：尋求最佳真空,最佳(或經(jīng)濟)真空循環(huán)水量增大，凝汽器真空上升，使機組出力增加 ，但同時輸送冷卻水的循環(huán)水泵的功率也增加 ，則當(dāng) 最大時所對應(yīng)的真空為凝汽器最佳真空。,繪得上圖的前提條件為：只有一臺循環(huán)水泵運行，且冷卻水量可連續(xù)調(diào)節(jié) 而實際并非如此，故應(yīng)通過實驗才能定出不同負(fù)荷下的最佳真空。, 凝汽器傳熱端差,傳熱方程 凝汽器的傳熱過程是管外凝結(jié)放熱、管壁導(dǎo)熱、管內(nèi)污垢導(dǎo)熱和冷卻水的對流傳熱。,對

5、數(shù)平均溫差,影響 的主要因素,設(shè)計時,運行時,冷卻面積Ac,雜物堵塞，人為堵塞(銅管泄漏后), 凝汽器傳熱端差,傳熱系數(shù)K 凝汽器嚴(yán)密性變差， 抽氣器工作性能 惡化；管內(nèi)結(jié)垢膠球清洗；最佳水速：1.52.0m /s,三、空氣的危害,凝汽器的空氣來源：,危害：,管表面附近聚積形成氣膜阻礙了蒸汽的凝結(jié)放熱,凝結(jié)水過冷度增大,過冷現(xiàn)象:凝水溫度低于凝汽器入口蒸汽溫度的現(xiàn)象。,所低的度數(shù)稱為過冷度,危害,引起過冷的正常原因（表面式凝汽器工作機理決定）：,管子外表面蒸汽分壓力低于管束間平均分壓， 使蒸汽凝結(jié)ts0溫度低于管束間混合汽流溫度。,汽阻使管束內(nèi)層壓力降 低，也使凝結(jié)溫度ts降低,管子外表面的水

6、膜直接受管內(nèi)冷卻水冷卻， 水膜的導(dǎo)熱溫差使水膜的平均溫度(tsi+ts0)/2 低于水膜外表面的蒸汽凝結(jié)溫度ts0。,產(chǎn)生過冷水的不正常原因,冷卻水管束排列不合理；,漏入空氣過多或抽氣器工作不正常，使空氣分壓增大；,凝結(jié)水位過高，淹沒冷卻水管，使凝結(jié)水被進一步冷卻。,排列不合理，上層凝水滴落在下層管束上產(chǎn)生沖擊，水滴飛濺破壞流場分布，增大汽阻，過冷度增大,減小過冷度方法：,管束布置留有相當(dāng)大的蒸汽通道，使一部分蒸汽能直 通凝汽器底部。在凝結(jié)水落入熱井之前，與蒸汽進行 充分接觸，這種效應(yīng)稱為蒸汽回?zé)嶙饔谩?采用回?zé)崾侥骺蓽p小 過冷度,過冷度是否變化作為初步分析真空下降原因判據(jù),真空下降伴隨過

7、冷度增大,真空下降，但無 過冷度增大,對凝汽器的要求： 1、有較高的傳熱系數(shù)和合理的管束布置； 2、凝汽器本體及真空系要有高度的嚴(yán)密性； 3、凝結(jié)水過冷度及汽阻要小；大型機組凝汽器的過冷度一般為0.51C。 4、水阻要?。荒魉璧拇笮≈苯佑绊懙窖h(huán)水泵的耗電量，大型機組一般為4m水柱左右。 5、凝結(jié)水的含氧量要??；（一般高壓機組要求凝結(jié)水的含氧量小于0.03毫克/升） 6、便于清洗冷卻水管；,四、凝汽器的結(jié)構(gòu),1、接頸（喉部）：具有一定的擴散角。是各種蒸汽和水的便利匯集點。如布置有旁路減溫水，低壓加熱器。 2、外殼： 圓筒形外殼和方形外殼。 鑄鐵鑄造：接縫少、不易漏如空氣；但是鑄鐵承受較大

8、的溫度變化時容易產(chǎn)生裂紋。 鋼板焊接（1015mm厚的鋼板）：結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、耗金屬量少、可分組運輸、施工方便。 3、端蓋：用生鐵鑄造或用鋼板焊接而成,四、凝汽器的結(jié)構(gòu),4、管板和中間隔板 中間隔板：為了避免管子的振動和減小管子的撓度，沿管子的長度方向設(shè)有中間隔板作為支撐板。 中間隔板的管孔中心比管子中心線略高，其目的是：使管子和隔板緊密接觸，改善管子的振動，補償管子受熱的彎曲應(yīng)力；同時提高傳熱效果。 5、冷卻水管 H68黃銅管：含銅68%、含鋅32%，抗腐蝕性能較差。 HSn70-1海軍黃銅（含錫1%） 在黃銅中加入（0.080.5）%的砷可以防止脫鋅，故近來開始使用含砷的黃銅管。 不銹

9、鋼管、鈦合金管。,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,凝汽器管束布置的要求,凝汽器評價指標(biāo),卵形管束布置的凝汽器在組裝中,6、凝汽器與汽輪機排汽口的連接 （1）凝汽器裝在自己的基礎(chǔ)上，以套管式水封或膨脹補償器與排汽管相連。 （2）凝汽器與汽輪機排汽口之間采用固定的法蘭聯(lián)接或焊接，凝汽器座于彈簧支座上。 7、向空排汽門 在與凝汽器喉部相連的專用排汽管道上或排汽缸上裝有向空排汽門。,五、真空除氧,凝結(jié)水含氧量大,加設(shè)鼓泡除氧啟動、低負(fù)荷其他非正常工況投入,加熱蒸汽鼓泡通入熱井，混合加熱凝結(jié)水至飽和溫度,放出不凝結(jié)氣體,一般真空除氧裝置,六 抽氣器,抽氣器的作用：,抽氣器的類型：,

10、逐步取代射水抽氣器,母管制機組,單元制機組,（一） 射汽抽氣器,壓縮后的汽氣混合物,射汽抽氣器汽源,節(jié)流降壓的主蒸汽,或除氧器汽平衡管工作蒸汽,（二） 射水抽氣器,壓力水在噴嘴中降壓增速， 水射流形成高度真空抽吸 氣汽混合物，在混合室中 牽連不凝結(jié)氣體運動。水 射流達(dá)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 自重對其進一步壓縮。,不能回收工質(zhì),（三）水環(huán)式真空泵,真空泵組,水環(huán)除起液體“活塞”的作用外，還有冷卻、密封作用。 真空泵組主要有：水環(huán)式真空泵、氣水分離器、冷卻器等及其連接管道、閥門和控制部件組成。 水環(huán)真空泵工作流程圖：260頁 從凝汽

11、器來的氣體經(jīng)過氣動蝶閥后，沿泵抽氣管進入水環(huán)式真空泵，泵排出的水和氣體的混合物從泵的出口管到達(dá)氣水分離器，分離后的氣體經(jīng)氣體排放口排入大氣，分離出來的水與來自水位調(diào)節(jié)器的補充水一起進入冷卻器。 冷卻后的水分兩路：一路直接進入泵體作為工作水的補充水，使水環(huán)保持穩(wěn)定而不超溫；另一路經(jīng)節(jié)流孔版噴入真空泵抽氣管，使即將進入真空泵的氣體中所攜帶的蒸汽冷卻凝結(jié)下來，以提高真空泵的抽吸能力。 分離器高水位溢水、真空泵和冷卻器停用時的放水排入地溝。,在一定條件下，抽氣容積流量、泵軸功率、等溫效率與抽氣壓力的變化。 1、水環(huán)式泵的抽氣量隨抽氣壓力的降低而減小。 一般兩臺真空泵并列運行或在真空泵上并接一個噴射器。

12、 2、工作水溫升高，抽吸能力下降 運行中要保持冷卻器正常運行，以保持真空泵的抽吸能力。 3、泵轉(zhuǎn)速在額定值 用提高轉(zhuǎn)速的方法來提高抽吸能力不可取。 4、當(dāng)抽吸壓力變化時，真空泵所消耗的功率沒有明顯變化，水環(huán)式真空泵比較經(jīng)濟。,真空泵的運行特性,七、 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互不相通的兩部分，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。,優(yōu)點： 1、在一定條件

13、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空。如圖：236頁 2、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。圖示：236,多壓式凝汽器,缺點：系統(tǒng)復(fù)雜，增大水阻。,多壓式凝汽器更適用于汽 溫高的地區(qū)(tw1高)、缺 水地區(qū)(m小)和回流供水 (m小，t大)的機組。,（一）凝汽器運行狀況好壞的標(biāo)志 （1）能否達(dá)到最有利真空； （2）能否保證凝結(jié)水的水質(zhì)合格； （3）凝結(jié)水的過冷度能否保持最低。 （二）凝汽器運行中的主要監(jiān)視參數(shù) （1）凝汽器內(nèi)的真空； （2）凝汽器入口的排汽溫度； （3）凝結(jié)水溫度； （4）凝

14、汽器的冷卻水進、出口溫度； （5）凝汽器冷卻水的出入口壓力差； （6）凝汽器熱水井水位； （7）循環(huán)水泵的電流。,八、凝汽器運行,真空急劇惡化的原因及處理： 1、循環(huán)水中斷 現(xiàn)象：凝汽器真空急劇下降，排汽溫度顯著上升，循環(huán)水泵電流到零或只有空載電流，凝汽器的循環(huán)水進出口無壓力差。 處理方法： 1）首先啟動備用循環(huán)水泵，關(guān)閉事故水泵得出水門；若兩臺水泵都處于運行狀態(tài)同時跳閘時，及時發(fā)現(xiàn)未反轉(zhuǎn)時，可強行合閘。強行合閘無效時，應(yīng)關(guān)閉兩臺泵的出口門，啟動臨近機組的備用泵供水。,（三）真空惡化的原因及判斷方法,2）若離心式循環(huán)水泵電流降至空載數(shù)值時，表明循環(huán)水泵雖在運轉(zhuǎn)，但已斷水。應(yīng)查明原因作如下處理：

15、若是吸水池水位過低，應(yīng)立即關(guān)閉循環(huán)水系統(tǒng)排水門并補充水源，待水位升高后重新啟動；若是水泵吸水側(cè)漏入空氣，則應(yīng)更換盤根，消除漏氣點，同時啟動真空抽氣系統(tǒng)抽出漏入空氣。如果水池水位不低，則應(yīng)檢查入口并清理雜物，然后重新啟動。 2、凝汽器滿水（ 凝結(jié)水位升高，淹沒了抽氣器入口空氣管口，空氣不能被抽出） 原因：銅管破裂、凝結(jié)水泵故障，負(fù)荷增加時未開大主凝結(jié)水門，誤開大再循環(huán)水門、軟化水門等。 處理：啟動備用凝結(jié)水泵，根據(jù)負(fù)荷增加情況相應(yīng)開大凝結(jié)水出水門，關(guān)小再循環(huán)水門，使凝汽器水位恢復(fù)正常。,3、低壓軸封供汽中斷 4、抽汽器的汽（水）源中斷 5、真空系統(tǒng)管道嚴(yán)重漏氣。 真空緩慢下降的原因及處理： 1、

16、循環(huán)水量不足； 2、抽氣器工作失常； 3、凝汽器水位升高； 4、真空系統(tǒng)管道及閥門不嚴(yán)密漏氣； 5、凝汽器冷卻表面污臟。 真空下降的影響及處理基本原則： 1、影響：使機組的經(jīng)濟性下降；嚴(yán)重時排汽溫度升高易引起排汽缸變形，引起汽輪機動靜摩擦。,2、處理基本原則：減負(fù)荷運行并查找原因，予以消除，如真空下降至極限值時，仍無法消除作緊急停機處理。 （四） 凝結(jié)水過冷卻的監(jiān)視及其消除 凝結(jié)水過冷度也是隨熱負(fù)荷而變化的。一般在小負(fù)荷的情況下，過冷度較大。 產(chǎn)生過冷卻的原因：凝汽器內(nèi)積有空氣；凝結(jié)水位過高；凝汽器內(nèi)管子排列不佳或布置過密。 消除過冷卻常用方法：合理安排、布置凝汽器的管束，減小汽阻；利用排汽回

17、熱加熱凝結(jié)水；加強真空系統(tǒng)維護，減少漏氣量及空氣的積聚；加強運行監(jiān)督、維護、調(diào)整工作，使凝汽器水位維持在正常值。,（五） 凝結(jié)水質(zhì)的監(jiān)督與對策 凝結(jié)水質(zhì)的不良大部分是由于冷卻水漏入凝汽器的汽側(cè)所至，若發(fā)現(xiàn)水質(zhì)不合格時，則應(yīng)查出漏泄的水管，然后用木塞或紫銅塊堵死。銅管的漏泄原因通常有：銅管在管板上的接口不嚴(yán)密；銅管受機械振動、電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕等產(chǎn)生破裂。 思考題：循環(huán)水長時間中斷時，要等到凝汽器溫度低于50才能重新向凝汽器供水？ 當(dāng)循環(huán)水中斷后，排汽溫度很快升高，凝汽器的拉筋、低壓缸銅管均作橫向膨脹，此時通入循環(huán)水銅管首先受到冷卻，而低壓缸、凝汽器的拉筋卻得不到冷卻，這樣銅管收縮，而拉筋不收

18、縮，銅管會有很大的拉應(yīng)力。將會使銅管端部脹口拉松，造成銅管泄漏。,（一）凝汽設(shè)備汽側(cè)的嚴(yán)密性 1、真空嚴(yán)密性試驗（每月一次） 條件：80%負(fù)荷，抽氣器的空氣閥嚴(yán)密，保持負(fù)荷和參數(shù)穩(wěn)定。 實驗步驟：緩慢關(guān)閉凝汽器的抽空氣門直到全關(guān)。機組穩(wěn)定1分鐘 后，記錄真空值的變化，連續(xù)記錄5分鐘， 注意：試驗中真空的變化，如下降超過某一定值應(yīng)停止試驗恢復(fù)運行并查找原因。 結(jié)果分析：真空下降值小于3mmHg/min為良好；超過5 mmHg/min為嚴(yán)密性不合格；4 mmHg/min為合格。,九、凝汽設(shè)備的嚴(yán)密性的檢驗方法,2、查找漏氣點的方法：蠟燭火焰法（不適用于氫冷發(fā)電機系統(tǒng)）； 汽測灌水試驗法（最有效的方法但須在機組停運情況下進行）； 氦氣檢漏儀法。 3、凝汽器灌水試驗:汽輪機大修后真空系統(tǒng)灌水試驗，檢查嚴(yán)密性，檢查時可采用加壓法，壓力一般不超過50kpa。 （二）凝汽器水側(cè)的嚴(yán)密性 如果泄漏不嚴(yán)重，在保證水質(zhì)的情況下可運行中處理：在冷卻水里加鋸末； 如果泄漏嚴(yán)重可停半側(cè)凝汽器進行查漏處理。,（一）凝汽器冷卻水