华电保定汽轮机原理ppt4

第四章汽轮机的凝汽设备本文档由知识社提供第一节凝汽设备的工作原理、任务和类型第二节凝汽器的真空与传热第三节凝汽器的管束布置与真空除氧第四节抽气器第五节凝汽器的变工况第六节多压式凝汽器第四章汽轮机的凝汽设备第一节凝汽设备的工作原理、任务和类型一、凝汽设备的工作原理与任务以水为冷却介质的凝汽设备，由凝汽器、抽气器、循环水泵和凝结水泵以及他们之间的连接管道、阀门和附件等组成，如图，最简单的凝汽设备示意图：1.工作原理----汽轮机的排汽进入凝汽器1，循环水泵2不断的把冷却水打入凝汽器，吸收蒸汽凝结放出的热量，蒸汽被冷却并凝结为水。凝结水被凝结水泵3抽走。由于凝汽器内压力很低，比较容易漏入空气，空气将阻碍传热，因此不断的用抽气器4不断的将空气抽走。2.作用冷端放热、回收工质:在朗肯循环中，起到冷端放热、将排汽凝成水。建立、维持真空:在汽轮机的尾部建立并维持尽可能高的真空，增大机组的理想焓降，提高蒸汽热力循环效率。热力除氧、改善凝水品质:借助热力物理分解方法除去凝结水的氧气，提高凝水品质、防止加热器、锅炉设备的氧腐蚀。3.基本概念凝汽器凝汽器是一种换热器，将蒸汽冷却成水。有表面式和混合式两种。表面式冷却介质与蒸汽由换热面隔开，混合式与冷却介质与蒸汽混合。冷却介质可用水或空气。目前,凝汽设备主要用表面式。在北方严重缺水地区，采用空气冷却，但大多数采用水冷。表面式凝汽器分为进口冲击区、主凝区和空气冷却区。冷却水的流程为进口水室、冷凝管、转向水室、出口水室。第一节凝汽设备的工作原理、任务和类型循环水系统循环水系统是由循环水泵、水源、管道(或冷却塔)等组成，由循环水泵泵送冷却水，来输运蒸汽释放的汽化潜热。根据循环水源的不同，分为开式循环和闭式循环两种:开式循环对以江、河、湖、海为水源的循环水系统，循环水泵抽取冷却水，在凝汽器中吸收蒸汽释放的汽化潜热后，排放到江、河、湖、海中。这样的系统称为开式循环。闭式循环冷却水循环使用的系统为闭式循环。在凝汽器中吸收蒸汽释放的汽化潜热后，冷却水的温度升高，对它进行冷却后方可循环使。冷却可用冷却塔或大型水池。凝结水泵及时抽吸凝结水输送到低压加热器，维持凝汽器热井水位稳定。抽气器抽吸蒸汽凝结过程中释放出的不凝结气体和真空系统不严密漏入系统的空气，保证良好的凝结换热条件。不凝结气体的积聚不仅凝汽器内的总压力升高，而且在凝结换热表面阻止蒸汽与冷却面接触，导致换热恶化，凝汽器的真空下降。抽气器有射流式(射汽抽气器和射水抽气器)和真空泵(水环式、列勃兰式)。第一节凝汽设备的工作原理、任务和类型4.任务：①在汽轮机的排汽管内建立并维持高度真空②供应洁净的凝结水作为锅炉给水二、凝汽器的类型按冷却介质分：水冷表面式凝汽器和空气凝汽器；按压力分：单压凝汽器，多压凝汽器；按冷却介质流程分：单流程和双流程。三、凝汽器真空的测量测量凝汽器真空的最简单的办法是用水银真空计。如图：是折合到标准温度0℃下的数值。00BH与BH与00133.3cpBH第一节凝汽设备的工作原理、任务和类型1.简述汽轮机凝汽设备的工作原理。2.凝汽器的真空是如何形成的?3.影响凝汽器真空的因素有哪些？第一节凝汽设备的工作原理、任务和类型（思考）第二节凝汽器的真空与传热一、凝汽器内压力的确定cp蒸汽凝结过程中释放出不凝结气体(如化学药剂分解产生或原蒸汽中夹带)，真空系统不严密漏入系统的空气，即凝汽器汽侧空间是多组分介质共存。将它们分为蒸汽和不凝结气体两大组分。由道尔顿定律知，汽侧空间的总压力是组成气体分压力之和。cp利用混合气体的温度、容积相等及气体状态方程，求得由于不凝结气体总量相对蒸汽量很小，因此，可以认为总压与蒸汽压力相等。凝汽器中的压力主要决定于蒸汽分压力，而蒸汽分压力又决定于汽、水共存的热平衡温度，即对应压力下水、蒸汽的饱和温度。凝汽器内的温度决定于蒸汽凝结和冷却水加热的换热过程。110.622csasppDxDcsappp冷却水温升:冷却水的进、出口温差。传热端差:凝汽器进口压力下的蒸汽饱和温度与冷却水出口温度的差。过冷度:凝结水温度低于凝汽器入口蒸汽温度的多少。影响凝汽器内压力的三个因素：由传热过程得主凝结区的凝结温度为：a.冷却水进口温度与环境条件紧密相关，其次受冷却设备特性影响。第二节凝汽器的真空与传热tt1swtttt1wt进口温度越高，凝汽器的真空则越低。夏季环境温度高，冷却水温度高，真空则低。不良的冷却塔，冷却水得不到充分冷却，必然使凝汽器真空下降。b.冷却水温升由热平衡方程求得：只有2140～2220KJ/Kg左右，取平均值，则循环倍率m：，冷却水量与被凝结蒸汽量之比。wcmDD循环水的温升决定于循环倍率，循环倍率越大，温升则越小，凝'cchh(4.2.3)第二节凝汽器的真空与传热t'''10004.1874.187ccccccpwcwchhhhhhtcDDDDm热量输运方程蒸汽的放热被冷却水吸收传输出来。热量平衡为'21211000()1000()1000()ccc21775204.187tmmc.凝汽器传热端差t汽器的真空就越高。即在循环水量一定时，机组负荷越大，循环水温升就越高，凝汽器真空则越低。反之，机组负荷一定时，循环水量越多，温升越小，凝汽器真空就越高。但循环倍率增大是以增多循环水泵功耗为代价，有个最佳值。开式循环，一般为120左右；闭式循环，一般为60左右。第二节凝汽器的真空与传热传热方程凝汽器的传热过程是管外凝结放热、管壁导热、管内污垢导热和冷却水的对流传热。采用集总参数模型'()ccccmQDhhAKt对数平均温差1212()()ln[()/()]ln[()/]swswmswswtttttttttttttmt由此求得1cpwAKcDtteR----凝汽器总热阻----蒸汽空气混合物向冷却水管外放热的热阻----蒸汽空气混合物向冷却水管外放热的放热系数----管壁本身热阻，是管壁厚度，是管壁导热系数----管内壁到冷却水的放热热阻----水侧放热系数四、凝汽器的传热将冷却水管的圆筒形管壁传热近似看成平壁传热，则传热系数为：式中：saRsacRwRw(4.2.10)11111sacwsawKRRRR第二节凝汽器的真空与传热管外凝结影响管外凝结的主要因素是不凝结气体、管束排列和管表面特性。不凝结气体在管表面附近聚积，形成气膜，相当于增加了气膜导热层，凝结放热系数减小。管外表面不凝结气体聚积，在总压一定时，使蒸汽分压力下降，导致凝结水过冷。管束排列不合理，上层凝水滴落在下层管束上产生冲击，水滴飞飞溅破坏流场分布，增大汽流流动阻力，致使凝结水的温度低于凝汽器入口处压力所对应的蒸汽饱和温度，即造成凝结水过冷加剧。管壁导热管壁导热热阻增大，使总体传热系数减小，引起端差增大。管材采用导热性能优良的铜，对耐腐蚀有较高要求时可选用钛管或不锈钢管。管外结垢管外结垢使导热热阻增大，总体传热系数减小，端差增大。管外垢主要是物理垢(如矿物垢，污垢)和生物垢。运行中采用胶球清洗和添加抗生物药剂。管外对流换热尽管影响对流换热的因素很多，但对结构确定的传热管，主要因素是流速和冷却水温度。增大流速可以增大对流传热，但增大流速是以增大循环水泵功耗为代价。另外，可以采用强化传热措施，着力加强扰动，破坏或减薄附面层。第二节凝汽器的真空与传热对传热系数修正HEI公式：未修正传热系数，与流速的平方根及管径有关。：冷却水温度修正系数。：冷却管材料修正系数。：清洁系数。在HEI表面式凝汽器标准中，分别给出了这些修正系数的图、表。此式表明，影响凝汽器的传热特性的主要因素是流速、冷却管的直径、冷却管材料特性和传热面的清洁程度。别尔曼(前苏)公式：清洁系数：流速与管径修正系数：冷却水进口温度修正系数：冷却水流程修正系数：负荷修正系数******11WmcKKwm1Kc14650wtzdKtwzd第二节凝汽器的真空与传热二、凝汽器的最佳真空最佳(或经济)真空循环水量增大，凝汽器真空上升，机组理想焓降提高。循环水量增大的代价是增大循环水泵功耗。当机组有效出力增多量与循环水泵的功耗增大量差值最大时，对应的真空即为最佳(或经济)真空。极限真空当由于背压降低而增加的有效焓降等于余速损失的增量时，所对应的真空（循环水进口温度所对应的蒸汽饱和压力为极限真空）。最大有效真空末级动叶达到极限膨胀时所对应的真空为最大有效真空。第二节凝汽器的真空与传热循环水量增大，凝汽器真空上升，机组理想焓降提高。但无论是从设计或运行角度来盾，都不是真空度越高越好。循环水量增大的代价是增大循环水泵功耗。当机组因真空提高而有效出力增量与循环水泵的功耗增量之差最大时，对应的真空即为最佳(或经济)真空。若只有一台循环水泵运行，且冷却水量可连续调节，则最佳真空为最大时的真空。而实际并非如此，故应通过实验才能定出不同负荷下的最佳真空。netelpPPP第二节凝汽器的真空与传热第二节凝汽器的真空与传热三、空气的危害1.凝汽器的空气来源：由新蒸汽带入汽轮机由设备不严密处漏入2.危害：ssssaaaavaaavsssasacpυ=RT,pυ=RT。蒸汽和空气的容积流量分别为q=Dυ=q=Dυ。则：p/p=0.622D/(xD),再由道尔顿定理得：110.62210.622110.622csacaccaacppDxDDpxDpDxD1)凝汽器中蒸汽和空气的分压力a.由于空气膜的存在，阻碍了蒸汽向冷却水管的凝结放热，使，真空↓。b.在冷却水管外表面附近，由于空气的聚集，使得蒸汽分压力降低，从而使明显低于，使蒸汽的凝结温度，增大了凝结水的过冷度。过冷度:凝水温度低于凝汽器入口蒸汽温度的现象。c.增加了低压管道的腐蚀。cttp、、spcpscstt在空气抽气口处，由于，故空气抽出口抽出的蒸汽流量为：/0.622/()asacppDxDcD0.622ccasaDxDDpp当x=0.0001时即xDc=Da时，ps才明显小于pc，ts才下降，蒸汽空气混合物才被冷却。第二节凝汽器的真空与传热2)空气对凝汽器真空的影响在主流区，影响换热的主要因素是空气阻碍蒸汽向凝汽器的冷却水管外侧放热。如图，即使空气含量只有1/1000左右，放热系数也将降低近10%，若含1/100则下降40%多。而在冷却水管附近，空气的含量明显增加，其分压力增加，水蒸气分压力降低，蒸汽只有通过空气层才能靠近管壁与冷却水管进行换热。故空气层增加了换热阻力。、真空下降。第二节凝汽器的真空与传热cttp、、第二节凝汽器的真空与传热3)空气对过冷度的影响引起过冷水的正常原因的原因：管子外表面蒸汽分压力低于管束之间平均分压，使蒸汽凝结ts0温度低于管束之间的混合汽流温度。管子外表面的水膜受管内冷却水冷却，因而,使水膜的平均温度(tsi+ts0)/2低于水膜外表面的蒸汽凝结温度ts0。汽阻使管束内层压力降低，也使凝结温度ts降低。产生过冷水的不正常原因：冷却水管束排列不合理；漏入空气过多或抽气器工作不正常发，使空气分压增大；凝结水位过高，淹没冷却水管，使凝结水被进一步冷却。现在大型凝汽器，采用回热式凝汽器，收到很好的效果，可以达到即使无专门加热除氧结构，自身也可以作到无过冷。若真空下降且过冷度增大，则为抽气器失常或漏入空气增多；若真空下降，但无过冷度，则冷却水量减小。---可作判据。1.什么是凝汽器的最佳真空？2.空气对凝汽设备及系统有什么危害？第二节凝汽器的真空与传热（作业与思考）第三节凝汽器的管束布置和真空除氧一、凝汽器的管束布置冷却水管在凝汽器板上的基本排列方法有三种：三角形排列法；正方形排列法；辐向排列法。凝汽器管束布置是从减小汽阻，减小过冷度，均匀各部分传热面积上的热负荷（即总体传热系数较高）的