汽轮机设备第三章剖析

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1、The Department Of power engineering The Department Of power engineering 一、凝汽设备的工作原理及作用 以水为冷却介质的凝汽设备，由 凝汽设备 降低排汽压力 和排汽温度 提高循环热效率 如课本P210例： 大气压 循环热效率 真空 循环热效率 凝汽器真空提高1%机组各经济指标约提高1% 以国产引进型 300MW机组平均 供电煤耗345g标煤 /kwh为例 如真空提高1KPa 真空提高1%供电煤耗降低1% 真空提高0.2kPa 供电煤耗降低0.7g 标煤 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

2、门和附件等组成 第一节 凝汽设备的工作原理和结构 The Department Of power engineering 1.工作原理-汽轮机的排汽进入凝汽器， 循环水泵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。 汽轮机 凝汽器 凝结水泵 循环水泵 抽汽器 第一节 凝汽设备的工作原理和结构 The Department Of power engineering 2.作用 1.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。 2.

3、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。 3.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.原理 在汽、水共存的密闭容器中，其压力决定于汽、水热力平衡温度 ，即该温度对应的汽、水饱和压力。当温度一定时，压力升高使 饱和温度上升，部分蒸汽释放汽化潜热凝结为水，导致压力下降。 压力下降又使部分水吸收汽化潜热蒸发，导致压力回升。使这 一封闭系统处于动态平衡状态。因此，要降低容器内的压力， 只需降低容器内的温度。 第一节 凝汽设备的工作原理和结构 The Departmen

4、t Of power engineering 对于汽轮机尾部的凝汽器这样的开口系统，如果进入其内的蒸汽量与 排出的凝结水量保持平衡，使汽、水空间的分界面维持稳定，那么，可将 它当作准封闭系统。在这个准封闭空间内，压力同样决定于汽、水热力平 衡温度。 4. 系统组成 凝汽器 一种换热器，将蒸汽冷却成水 混合式 表面式 冷却介质与蒸汽 混合 基本不采用 冷却介质与蒸汽由 换热面隔开 主要采用 按冷却介质分 空冷 水冷 北方严重缺水地区 山西 内蒙 富煤缺水 冷却系统本身节水97以上，全厂性节水约65。 真空值优于空冷、一次投资较小， 耗水量 大 应用最广泛 第一节 凝汽设备的工作原理和结构 The

5、 Department Of power engineering 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 双流程 按空气抽出口的位置分： 汽流向侧式 汽流向心式 多区域汽流向心式 第一节 凝汽设备的工作原理和结构 The Department Of power engineering 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。 汽阻 凝汽器入口压力pc与空气抽出口压力pc之差 。汽阻越大，pc越高 水阻 凝汽器给冷却水的阻力 由冷却水管内沿程阻力、水室中的沿程阻 力、冷却水由循环水管进出水室与水室进出管

6、子的局部阻力组成 相关概念： 主凝结区 空气冷却区 排汽首先流过主凝结区，主要换热面 占总换热面积的5%-10%，冷却抽气口抽 出的汽气混合物，减小容积流量，减轻抽 气器负荷，减少工质损失。 第一节 凝汽设备的工作原理和结构 The Department Of power engineering 第二节 凝汽器的压力与真空除氧 一、 凝汽器内压力 的确定 ， 凝汽器汽侧空间 多组分介质共存 蒸汽 不凝结气体 原蒸汽中夹带（很少）真空系统不严 密漏入系统的空气 道尔顿定律：汽侧空间的总压力 是组成气体分压力之和 利用混合气体以下关系式 求得 The Department Of power eng

7、ineering 假定： 蒸汽凝结99%，干度x=0.01 蒸汽凝结99.9%，干度x=0.001 蒸汽凝结99.99%，干度x=0.0001 ps ps pa ps 空冷区主凝结区 主凝结区，总压pc蒸汽压力ps， ps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。 空冷区，空气所含比重逐渐变大 ， ps才明显小于pc，ts下降，汽 气混合物才被冷却 pc 第二节 凝汽器的压力与真空除氧 The Department Of power engineering 主凝结区空冷区 t 水 2 蒸汽 1 ts tw1 tw2

8、ts t 冷却水温升 蒸汽和水的温度沿冷却表面的分布 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。 主凝结区的凝结温度 主凝结区：pcps=f(ts) 影响凝汽器内压力的三个因素： a. 冷却水进口温度 季节与气候（主要因素） 夏季冬季夏季真空 冬季真空 南方真空 北方真空某一压力后 扩压管出口排水阻塞 抽气口压力 （比较合理） The Department Of power engineering 空腔13的容积，吸气过程； 空腔46的容积，排气过程。 三、 水环式真空泵 外壳 偏心 叶轮 工作水 同心水环 1 2 3 6 5 4 假如叶轮不偏装

9、同心水环 吸气口 排气口 The Department Of power engineering 水环式真空泵与射流式抽气器的性能比较 抽气器性能通常由启动性能和持续运行性能来决定 启动性能 水环泵在机组启动前建立真空的时间远少于射流式抽气器，启动 性能好 运行性能的关键指标。水环泵的运行经济性明显优于射流式抽 气器 持续运行性能 在额定工况下的抽吸能力、单位耗功等指标是评价抽气器持续 The Department Of power engineering 第六节 凝汽器的运行和维护 凝汽器压力随蒸汽负荷 、冷却水量 、冷却水进口温 等变化的规律称为 凝汽器的变工况。 一、主要因素改变对凝汽器

10、压力的影响 主凝结区： 不变 1 变工况下 的变化规律 改变 一 凝汽器的变工况 The Department Of power engineering 2. 变工况下 的变化规律 (4.5.2 ) 不变 运行凝汽器 Ac不变 若K也不变 比蒸汽负荷 理论结果 第六节 凝汽器的运行和维护 The Department Of power engineering 实验结果 较大， 较高负荷时 较小， 较低负荷时 基本 不变 较小，曲线在上部 越小，转折越早 第六节 凝汽器的运行和维护 The Department Of power engineering 3. 变工况下 的确定 凝汽器的特性曲线如

11、图所示，它是根据不同的Dc、 tw1和Dw，由t和 随Dc的变化规律，求得相应的t 和 ，最终求得凝汽器压力pc及绘制而成。 一定 由不同的 曲线图 改变 曲线图 新的 第六节 凝汽器的运行和维护 The Department Of power engineering 第六节 凝汽器的运行和维护 二、凝汽设备的运行 凝汽设备的运行监视 凝汽设备运行时，主要对以下参数进行监视： 凝汽器的真空 凝汽器进口蒸汽温度 凝汽器出口凝结水温度 冷却水进出口温度 循环水泵的耗功 冷却水在凝汽器进、出口的压力 凝结水在热井中的水位和水质 凝汽器真空下降的原因 1 真空急剧下降 ，。 (1)循环水中断 厂用电中

12、断，吸水口水位过低或被堵，循环水泵电动机跳 闸、水泵逆止阀损坏或循环水管爆破都能导致循环水中断。 (2)轴封供汽中断 汽封压力调整器失灵、供汽汽源中断或汽封系统进水等、 都可能使轴封供汽中断。 过冷度 凝结水泵的汽蚀运行可降低 水温 硬度 导电率 含氧量 The Department Of power engineering 第六节 凝汽器的运行和维护 (3)抽气器故障，射汽式抽气器喷嘴堵塞或冷却器满水，射水式抽气器 的射水泵故障或射水系统破裂，都将使抽气器工作异常。这时要尽快 切换备用抽气设备，具有辅助抽气器的机组，必要时可投入辅助抽气 器工作，以维持凝汽器真空。 (4)机械真空泵因某种原因

13、失电或跳闸 ，而备用泵未开出，水环式真 空泵断水而空气门未关。 (5)凝汽器满水，凝汽器铜管泄漏、凝结水泵故障或运行人员维护不当 ，都可以造成凝汽器满水而导致真空下降。 (6)真空系统大量漏气，由于真空系统管道或阀门零件破裂损坏， 引起大量空气漏入凝汽器，这时尽快找出泄漏处，设法采取应急检 修措施堵漏，否则应停机检修。 (7) 真空破坏门误开 (8)低压缸安全门薄膜破损或小机排汽缸安全门薄膜破损 (9)高低压旁路误开 The Department Of power engineering 第六节 凝汽器的运行和维护 真空缓慢下降原因 (1)真空系统不严密 漏空气通常表现为汽轮机同一负荷下的真空

14、值比正常 时低，并稳定在某一真空值，随着负荷的升高凝汽器真空反而提高(升负荷时 机组真空系统范围缩小)。 (2)凝汽器水位高 凝汽器水位升高，往往是因为凝结水泵运行不正常或水 泵有故障，使水泵负荷下降所致。若检查出凝结水硬度变高或加热器水位升高， 可以判断为凝汽器或加热器铜管破裂导致凝汽器水位升高，另外因凝结水再 循环水门泄漏或备用泵逆止门不严密，也能造成凝汽器水升位高。 (3)循环水量不足 相同负荷下若凝汽器循环水温升增大，说明凝汽器循环水量 不足，应检查循环水泵工作有无异常，检查循环水泵出口压力、凝汽器水室入口 水压和循环水进口水位，检查进口滤网有无堵塞。 （4）抽气器工作不正常或效率降低

15、，这种情况可以看出凝结器端差增大，主 要检查抽气器的气压或水压是否正常，射气抽气器还可检疏水系统和冷却水量 是否正常，射水抽气器的水池水位、水温是否正常，抽气器真空系统严密性如 何。 (5)凝汽器铜管结垢或闭式循环冷却设备异常 凝汽器铜管结垢引起真空降低， 端差一定增大。水塔淋水装置、配水槽道等工作异常，都将引起循环水进水 温度升高，凝汽器真空降低。 The Department Of power engineering 第六节 凝汽器的运行和维护 三、凝汽器的维护 1、凝汽器的脏污与清洗 2、凝汽器严密性的检查与维护 (1)空气严密性 (2)水侧严密性 卤素或氦气检漏法 超声波检漏法 荧光法

16、 塑料薄膜法 灌水法 烛光法 泡沫剂法 真空严密性试验 The Department Of power engineering 有两个以上排汽口的大容量机组的凝汽器可以制成多 压凝汽器。下图为双压凝汽器的示意图。冷却水由左 侧进入，右侧排出。凝汽器汽侧用密封的分割板隔成 两部分，进水侧的冷却水温较低，汽侧压力 也低； 出水侧冷却水温较高，汽 侧压力 也较高，这就构 成了双压凝汽器。依此类 推，可以制成三压式、四 压式，在美国最多有六压 式。 l 原理：温差传热产生不可逆损失。由凝汽器的换热 过程知，换热温差差异较大。要减少不可逆损失，必 须减小传热温差。理想的过程如等温差，即凝结温度 一、多压凝汽器 第五节多压式凝汽器 The Department Of power engineering 随换热过程而变，亦即凝汽器压力是连续变化的。这 就是采用多压凝汽器的基本原理。 l 优点： 一、在一定条件下，多压凝汽器的平均折合压力 比单压式的低，平均凝汽温度降低，亦即降低平均凝 汽器真空。 二、利用高压凝汽器的高温凝结水加热低压凝汽器 的低温