4汽轮机的凝汽设备20131010.

1第四章汽轮机的凝汽系统及设备第一节凝汽系统的工作原理第二节凝气系统第三节凝汽器第四节抽气器2现代火电厂绝大部分是用凝汽式汽轮机发电。因此，都具备凝汽系统及设备。凝汽设备工作好坏，对火电厂的经济性影响很大。一.凝汽设备的工作原理1.为什要采用凝气系统？根据汽轮发电机组的热效率进行分析其中，---整机理想焓降；---蒸汽初焓；(-)---为每kg蒸汽在锅炉中的吸热量。——排汽焓；——给水焓。'00'0fwcfwttthhhhhhHQHtH0h'fwhch'fwh0h第一节凝汽系统的工作原理3一次中间再热机组蒸汽动力循环给水过热蒸汽排汽凝结水凝结换热第一节凝汽系统的工作原理再热蒸汽饱和蒸汽再热器4要降低排汽焓值，就得降低排汽压力。一般来说，排汽压力每降低2kpa，循环热效率就可以提高约3.5%。所以，降低排汽压力对提高火电厂循环热效率是一个非常有效的措施。tH0p0tcp'cp1tH'00'0fwcfwttthhhhhhHQH分析上式：要提高效率，则提高理想焓降，即提高新蒸汽的初焓，降低排汽焓（压力）。降低排汽压力的最有效的办法是：使排汽在密封容器中、在温度较低的条件下受到冷却而凝结成水，体积突然缩小而形成真空。同时再用抽气器或者真空泵将漏入空气不断地抽出，保持真空。凝结水经汇集以后，又重新送入锅炉作为给水，反复循环使用。第一节凝汽设备的工作原理和任务55第一节凝汽设备的工作原理和任务汽轮机排汽压力变化对机组热经济性的影响以东方汽轮机厂N300-16.67/537/537机组为例Pc=101kPaηt=37.12%Pc=5.0kPaηt=45.55%如机组设计排汽压力为5kPa，若由于运行不善排汽压力升高1kPa，则机组热耗将增加1%。如设计煤耗为330g/kW·h，排汽压力升高1kPa,使煤耗增加3.3g/kW·h，按年平均运行小时按6000小时计，每年多耗煤：6000×30×104×3.3/106=5940t标煤（450元/吨，267万元）62.凝气主要任务：(1）在汽轮机的末级排汽口建立并维持高度真空，即降低排汽焓值，提高理想焓降，使蒸汽中较多的热能转变为机械能。提高循环热效率！(2）将蒸汽凝结成水，并将凝结水回收到锅炉作为给水。(3）起到真空除氧的作用，利用热力除氧原理除去凝结水中的溶解气体，从而提高凝结水的品质，防止热力系统低压回路管道、阀门等腐蚀。第一节凝汽系统的工作原理一.凝汽设备的工作原理热水井真空除氧装置：大功率汽轮机凝汽器的热水井中均设有除氧装置。蒸汽直接与凝结水接触，将凝结水加热到与该处压力相对应的饱和温度，凝结水中溶解的气体大为减少。773.排汽压力的最佳值：降低排汽焓值，提高理想焓降，可以提高效率。但不是排汽压力越低越好。这是因为：(1)当降低排汽压力，则比容v增加，汽轮机排汽部分的尺寸增大，成本上升。而且制造困难，材料也受到限制。(2)当降低排汽压力，则比容v增加，凝汽器的冷却面积增大，冷却水量增大，厂用电增大。因此，对排汽压力和其他几个方面要作技术经济对比而定。一般，最佳排汽压力为pc=0.00294~0.00686MPa(0.03~0.07ata)，通常取0.005MPa第一节凝汽设备的工作原理和任务8二.凝汽系统及主要设备：1.凝汽设备原则性系统图其主要设备有凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵等。（1）汽轮机；（2）发电机；（3）凝汽器：使排汽在凝汽器3中不断地凝结成水，建立高度真空；将凝结时放出的热量排出、将生成的凝结水汇集送走；（4）循环水泵：为凝汽器提供冷却水；（5）凝结水泵：不断地把蒸汽凝结时生成的凝结水从凝汽器底部热井中抽出，并送往给给水回热加热系统；（6）抽气器：抽出漏入凝汽器内的空气，以维持高度真空。第一节凝汽设备的工作原理END119凝汽器凝结水泵循环水泵汽轮机抽汽器冷却塔发电机凝汽设备的工作过程10水冷凝气系统以水为冷却介质，按供水方式的不同，分为：（1）开式系统开式系统采用的是直流供水方式。供水来自江、河、湖、海等天然水源，排水仍排回其中。（2）闭式系统闭式系统采用的是循环供水方式。供水来自冷却水塔或冷却水池等人工水源，排水仍回到冷却水塔（水池）循环使用。一.水冷凝汽系统第二节凝汽系统凝气系统按冷却介质的不同分为水冷凝汽系统和空冷凝气系统。直流供水系统比较简单，投资少，运行费用低。我国南方的电厂一般都建在沿江、沿河、沿海岸或者沿大的水库。而北方的电厂，由于水源不足，多采用循环供水方式。凝汽器凝结水泵循环水泵汽轮机抽气器冷却塔凝汽器凝结水泵循环水泵汽轮机抽气器11空冷凝气系统以空气为冷却介质，分为：直接空冷凝汽系统和间接空冷凝汽系统（1）直接空冷凝汽系统汽轮机的排汽送到空冷凝汽器的翅片管束中直接凝结成水。冷空气通过风机的输送，在翅片管束外侧流动，利用强制通风将管内流动的汽轮机排汽冷却，凝结。凝结水由凝结水泵送至回热系统,作为锅炉给水重复使用。缺点：①由于空气传热系数小、则要求冷却面积大。因此，空气直接冷却式凝汽器体积庞大，要远离汽轮机安装在厂房外面或厂房顶部，因此其汽轮机的排汽管道很长，容易泄露。②采用强制通风，增加厂用电及环境噪声。二.空冷凝汽系统第二节凝汽系统翅片管束风机优点：①不需要冷却水，适合于严重缺水区域使用；②传热温差大，可获得较低的排汽压力12（2）间接空气冷却系统二.空气冷却式凝汽系统优点:凝汽器体积小，设备投资省。主要设备：混合式凝汽器、凝结水泵、循环水泵、空气冷却器等。汽轮机来的排汽进入混合式凝汽器后，与从空气冷却器来的冷却水混合凝结为凝结水，凝汽器出来的混合水流，一小部分（约3%）作为锅炉的给水，其余大部份经循环水泵打入空气冷却器，构成一个封闭型间接空冷凝汽系统。第二节凝汽系统缺点:系统复杂、设备多，布置也比较困难。冷却水3%排汽和冷却水混合凝结为凝结水空气冷却器混合式凝汽器13第三节凝汽器凝汽器有混合式和表面式凝汽器两大类。一.混合式凝汽器混合式凝汽器是使排汽与冷却水直接混合接触而使蒸汽凝结。冷却水从安装在混合式凝汽器上部周围的喷嘴喷出，排汽由上部进汽口进入，与冷却水混合而得到凝结，凝结水与冷却水一起用水泵抽走。不凝结的空气，用抽气器或者真空泵不断地抽出。特点:这种凝汽器结构简单，冷却效果好，制造成本低。缺点:凝结水与不清洁的冷却水混合后，不能作为锅炉给水。因此：现代汽轮机组很少直接采用混合式凝汽器。排汽冷却水不凝结的空气混合凝结凝结水14二.表面式凝汽器在表面式凝汽器内，冷却工质与蒸汽由冷却表面隔开。表面式凝汽器能保持凝结水的洁净，因此现代汽轮机组普遍采用表面式凝汽器。根据冷却工质不同，表面式凝汽器又分为空气冷却和水冷却两种。由于水的传热系数比空气大，能保证凝汽器内维持高度真空和获得洁净的凝结水。因此，国内外火电厂主要采用水冷却凝汽器。第三节凝汽器管束内是冷却水管束外是排汽151.表面式凝汽器的结构凝汽器的外壳通常钢板做成圆柱形、椭圆形或者方箱形。外壳两端连接着形成水室的端盖2和3，外壳内的两端又装有管板4，管板4上装有很多冷却管。凝汽器内部空间被冷却管分隔成两部分：蒸汽空间（汽侧）和冷却水空间（水侧）。第三节凝汽器二.表面式凝汽器端盖端盖管板管板冷却管162.表面式凝汽器的流程冷却水从进口11进入水室15，通过冷却管流到另一端水室16，转向后，又经冷却管进入水室17，最后由出水口12排出。这种称为双流程凝汽器。还有单流程、三流程、四流程。第三节凝汽器二.表面式凝汽器冷却管进口出口冷却水173.凝结水汽轮机的排汽进入凝汽器，在汽侧与冷却管接触而凝结成水。凝结水汇集到热井7中，由凝结水泵抽走并送到低压加热器。第三节凝汽器二.表面式凝汽器184.漏入空气的抽出漏入凝汽器的空气，通过抽气口8由抽气器抽出。为了减少抽气器的负荷和回收热量，使混有蒸汽的空气在经过一次冷却，使蒸汽凝结。在凝汽器内专门设置有空气冷却区9。第三节凝汽器二.表面式凝汽器空气19第三节凝汽器国产200MW汽轮机配用三壳体表面式N--11220--1型凝汽器。冷却面积为3*3740=11220，冷却管数为3*5667=17001根。国产300MW汽轮机的凝汽器为N--17650型单壳体、对分、双流程表面式凝汽器。冷却面积为17650，冷却管数为9758*2根。202122（一）凝结特点假设只有水蒸汽存在，并且凝汽器内各处的压力都相等，则蒸汽应在与压力相对应的饱和温度下凝结。实际上并非如此，因为：1.排汽从凝汽器进口向空气抽出口流动，由于阻力存在，则凝汽器内各处压力都不相同；2.整个系统不可能完全密封，有空气漏入。则凝汽器内各处空气分压也不相同，凝结时的饱和温度也不相同。3、蒸汽在凝器内的凝结过程可分为珠状凝结和膜状凝结两种。第三节凝汽器三、凝汽内蒸汽的凝结过程23（二）影响凝汽器内蒸汽凝结过程的因素1.凝汽器内冷却水管的布置排列方式；常见的三种排列方式如下。第三节凝汽器三、凝汽内蒸汽的凝结过程三角形排列换热效果好，布置紧凑但汽阻大正方形排列布置稀疏，汽阻小但换热效果差辐向排列介于两者之间蒸汽在凝汽器汽侧流动时的阻力称为汽阻。由于汽阻的存在，使凝汽器喉部的蒸汽压力高于空气抽出口的压力。汽阻大时，会导致凝汽器喉部真空降低。此外，汽阻的存在还会引起凝结水的过冷却和抽气器功耗的增大。24（二）影响凝汽器内蒸汽凝结过程的因素1、凝汽器内冷却水管的布置排列方式；2、凝汽器内蒸汽的流动速度；当蒸汽流动速度增高时，蒸汽的凝结传热系数增大。3、凝汽器内的空气含量。第三节凝汽器三、凝汽内蒸汽的凝结过程25（三）进入凝汽器的空气量和空气分压1.空气量（1）空气来源：新蒸汽带入；汽轮机装置密封不严；负荷降低时真空前移，扩大漏汽范围；（2）设计漏汽量估计（经验公式）：要准确确定空气漏入量是有困难的，通常用下面的经验公式进估计：其中，------漏入空气量(kg/h)；------凝汽器的设计进汽量(t/h)；----严密系数，一般取=5。上式也可以用于检查凝汽设备的严密程度。这时，为抽汽口测得的被抽出的空气量。K1为评定的严密等级系数：K1=1为优，K1=2为良好，K1=3为中等。)1100(1caDkDaDcD1K1K第三节凝汽器262.蒸汽与空气分压由于空气的漏入，凝汽器内的总压力为蒸汽分压和空气分压之和：=+其中，其中，x为蒸汽干度。实际上，在凝汽器中的大部分区域，蒸汽占绝大多数，空气含量很小。在正常情况下，，这样，凝汽器内不凝结的气体份额很小，当有99%蒸汽凝结，即x=0.01，这样，由上式可得ps=0.99382pc。蒸汽分压占主导地位，凝汽器的压力决定于蒸汽温度。空气对蒸汽凝结的影响，只是在沿流程的末尾区段（空气冷却区）才明显。cpspapcacsxDDpp622.01caccaaxDDpxDDp622.01622.00001.0/caDDxppcs1000062.01cp第三节凝汽器27（四）空气漏入对凝汽器工作的影响由于空气的漏入，对凝汽器的工作是有影响的：1.空气的漏入会使传热效果变差，传热端差增大。结果会使排汽压力升高，降低了机组的经济性；2.空气的漏入，增加了凝结水中空气的溶解度，对汽轮机装置和管道系统金属产生腐蚀，影响机组的安全性；3.空气的漏入，会使空气分压增大，使凝结水的过冷度增加，影响了机组的经济性。第三节凝汽器由于阻力和空气的存在，蒸汽分压降低，使凝结水温度低于凝汽器进口处的蒸汽温度，造成凝结水过冷。凝结水的过冷度:排气压力下的饱和水温度与凝结水实际温度的差值。28（五）总体传热系数的确定第三节凝汽器29（五）总体传热系数的确定第三节凝汽器全苏热工研究院公式30四.凝汽器内压力的确定当蒸汽处于饱和状态时，其压力与温度是一一对应的。所以，凝汽器内压力取决于蒸汽凝结温度。为了求得凝汽器内压力，就得先求出排汽温度。排汽温度的高低取决于冷却水的进口温度、冷却水的温升和传热端差。凝汽器内压力pc可根据相应的饱和温度求得，而排汽温度可表示为：ts=tw1+△t+δttw1---冷却水的进口温度；△t---冷却水的温升