汽轮机原理06分析课件

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1、1,现代火电厂都用凝汽式汽轮机发电。因此，都具备凝汽设备。凝汽设备工作好坏，对火电厂的经济性影响很大。 第一节 凝汽设备的工作原理和任务 一，凝汽设备的工作原理 1，工作原理： 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。,第五章 汽轮机的凝汽设备,2,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）。本章只是讨论降低排汽焓值的问题。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2 kpa，循环热效率就可以

2、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。 而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（如在0.0049Mpa下，蒸汽比水的容积大28000倍）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。在凝结中生成的凝结水，经汇集以后，又重新送入锅炉作为给水，反复循环使用。这就是凝汽设备的工作原理。,3,2，主要任务： (1）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。 (2）将蒸汽凝结成水，并将凝结水回收到锅炉作为给水。 3，排汽压力的最佳值：降

3、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 = 0.002940.00686Mpa(0.030.07ata)，通常取0.005Mpa。,4,二，凝汽系统及主要设备： 1、最简单的凝汽设备原则性系统图（图51）。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）

4、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。,图51,5,（1），间接空气冷却系统：空气冷却式凝汽系统如图所示。其主要设备有：混合式凝汽器、凝结水泵、循环水泵、空气冷却塔、空气冷却器等。其中，空气冷却塔是一个巨大的建筑物，呈双曲旋转形，空气冷却器布置在空气冷却塔下部周围墙体上。利用高低压力差，将冷风通过空气冷却器吸入塔内，形成自然对流。由

5、于流过空气冷却器的空气的自然对流，将循环水中的热量带走。循环水的温度在空气冷却器中得到降低之后，送入混合式凝汽器中去凝结汽轮机的排汽。 这种空气冷却式凝 汽系统，设备、建 筑费用高，但可以 节约大量的水。 我 国山西大同第二发 电厂有两台200MW 汽轮发电机组用了 此系统 。,2、空 气 冷 却 式 凝 汽 系 统,6,（2）直接空气冷却系统： 用空气作为冷却工质的凝汽器用于空气直接冷却式凝汽系统，如图 。汽轮机的排汽送到热交换器管束内直接凝结成水。热交换器管束外侧则利用强制通风带走蒸汽凝结时放出的汽化潜热。由于空气传热系数小、则要求冷却面积大。因此，这种空气直接冷却式凝汽器体积庞大，无法和

6、普通凝汽器一样安装在汽轮机的下部，而是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。这种空气直接冷却式凝汽系统，在世界上已有（德国）电厂采用，但我国目前还没有电厂采用。,7,4，运行对凝汽设备的要求： （1）凝汽器冷却管应具有较好的传热系数，保证良好的传热效果。自然冷却水泥沙、污染，要清洗； （2）凝结水温度不应低于排汽压力对应的饱和温度，以免增加过冷度。这和供水方式、季节、地理位置有关； （3）蒸汽在凝汽器内的阻力要小，以降低排汽口压力和减少凝结水过冷度。,8,第二节 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

7、式凝汽器(图 52 )是使排汽在冷却水中直接冷却而凝结成水。在混合式凝汽器内，从汽轮机中排出的乏 汽直接与冷却水混合而得到凝结。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。这种凝汽器结 构简单，冷却效果好，制造成本低。,9,二 ， 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。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 。 用水作为冷却工质的凝汽器简称为 表 面式凝汽器。由于水的

8、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这种凝汽器。,10,1，表面式凝汽器的结构 如 图 5 - 3 所 示，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 ） 。,2，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 。 3，

9、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。 4，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。,11,5，减少汽侧阻力 为 了 使 汽 气 混 合 物 向 抽 气 口 流 动 ，则抽气口的压力应比凝汽器的压力更低一些。 压 力 差 就 是 凝 汽 器 的 汽 阻 。 汽 阻 大 ， 会 使 凝 汽 器 入 口 压 力 升 高、 凝结水的过冷 度 和 含 氧 量 增 大 。 因 此 ， 应 设

10、 法 减 小 汽 阻 。 抽 气 口 的 位 置 不 同 ， 凝 汽 器 中 汽 流 流 动 方 向 就 不 一 样 ， 凝 汽 器 的 结 构 型 式 也 不 相 同 。 常 见 的 有 如 图 3 - 85 所 示 的 四 种 ， 即 汽 流 向 下 式 、汽 流 向 上 式 、汽 流 向 心 式 、汽 流 向 侧 式 四 种 。 这 些 多 用 于 中 小 型 汽 轮 机 组 。,12,由 于 汽 轮 机 单 机 功 率 的 增 大 ， 凝 汽 器 的 冷 却 面 积 也 在 增 加 ， 冷 却 管 数 目 增 多 。 大 机 组 用 多 区 域 汽 流 向 心 式 的 凝 汽 器 。

11、这 种 凝 汽 器 的 管 束 分 成 若 干 区 域 ， 平 行 布 置 在 箱 体 内 。 每 个 管 束 区 都 有 自 己 的 空 气 冷 却 区 ， 蒸 汽 从 四 周 进 入 各 区 域 。 各 个 空 气 冷 却 器 的 汽 气 混 合 物 被 引 入 到 联 通 目 管 ， 由 抽 气 器 抽 出 。这 种 凝 汽 器 的 蒸 汽 通 流 面 积 大 ， 汽 阻 小 ， 凝 结 水 能 够 得 到 充 分 回 热 。 国 产 200 MW 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

12、 管 数 为 3*5667=17001 根 。 国 产 300 MW 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 。,13,第三节 蒸汽在凝汽器内的凝结过程,一，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

13、 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 的 压 力 可 根 据 相 应 的 饱 和 温 度 求 得 ， 而 排 汽 温 度 可 表 示 为 ： = + + （ 5-1 ） 其 中 ， - 冷 却 水 的 进 口 温 度 ； - 冷 却 水 的 温 升 ； -传 热 端 差 。 只要求得了温度 之 值 ， 就可以从水蒸汽表中查得相对应的压力 。,14,（一）冷却水的进口温度 冷 却 水 的 进 口 温 度 取 决 于 电 厂 所 在 的 地 理 位 置 、 季 节 和 供 水 方 式 。 电 厂 供 水 方 式 有

14、直 流 供 水 方 式 和 循 环 供 水 方 式 两 种。 在 直 流 供 水 系 统 中 ， 电 厂 从 河 流 上 游 取 水 ， 冷 却 水 流 经 汽 轮 机 凝 汽 器 、 冷 油 器 和 有 关 冷 却 器 之 后 ， 排 入 河 流 下 游 。 采 用 循 环 供 水 方 式 时 ， 冷 却 水 则 沿 着 联 结 凝 汽 器 等 有 关 装 置 的 回 路 循 环 流 动 ， 取 自 水 源 的 水 只 作 为 损 失 的 补 充 水 ， 故 采 用 循 环 供 水 方 式 可 以 节 约 大 量 的 水 。 直 流 供 水 系 统 比 较 简 单 ， 投 资 少 ， 运 行

15、 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 。,15,（ 二 ）冷却水的温升 1、 冷 却 水 的 温 升 可 根 据 凝 汽 器 的 热 平 衡 方 程 式 求 出 ： (5- 6 ) 从 而 ， ( 5- 7 ) 上 二 式 中 ， - 进 入 凝 汽 器 的 凝 汽 量 （ kg / h ) ； - 进 入 凝 汽 器 的 冷 却 水 量 （ kg / h ) ； - 排 汽 焓 值 和 凝 结 水 焓 值 （ kJ / kg )； - 冷 却 水 进 出 口 焓 值 (kJ / kg ) 。,16,2、冷 却 倍 率 m = / 称 为 冷 却 倍 率 （ 或 循 环 倍 率 ） ， 它 表 示 凝 结 单 位 蒸 汽 汽 量 所 需 要 的 冷 却 水 量 。 m 值 越 大 ， 则 冷 却 水 的 温 升 越 小 ， 凝 汽 器 内 压 力 越 低 ， 会 使 整 机 理 想 焓 降 增 加 ， 从 而 可 以 提 高 电 厂 热 效 率 。 但 是 ，