第24课时单元电厂热力设备及运行第11章凝汽设备与冷却

第三节凝汽设备的运行凝汽器的压力凝汽器排汽温度的确定凝汽器压力的确定凝汽器真空的确定凝汽器的特性曲线凝汽器的极限真空凝汽器的最佳真空凝汽设备运行监视调节与保护一、凝汽器的压力凝汽器空间：汽侧空间+水侧空间。凝汽器汽侧空间气体组成：•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。凝汽器压力：汽侧空间压力。凝汽器压力计算：根据道尔顿定律，汽侧空间的总压力=各组分分压力之和，即Pc=Ps+Pa（11-1）Pc-凝汽器总压力。Ps-蒸汽分压力。Pa-空气分压力。二、凝汽器排汽温度的确定主凝区空冷区图11-20凝汽器内蒸汽凝结温度及冷却水温度沿冷却表面的变化曲线1.主凝结区与空气冷却区主凝结区：凝汽器排汽首先流过主凝结区，是主要换热面，简称主凝区。空气冷却区：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，简称空冷区。2.排汽温度tsts=tw2+δt=tw1+Δt+δt（11-2）ts-蒸汽凝结温度，℃。Δt-冷却水温升，℃。tw1-冷却水的进口温度，℃。tw2-冷却水的出口温度，℃。δt-凝汽器端差，℃。2.排汽温度ts影响因素：•冷却水入口温度：冷却水入口温度越高，排汽温度越高。•冷却水温升：冷却水温升越高，排汽温度越高。•凝汽器端差：凝汽器端差越高，排汽温度越高。3.冷却水的进口温度tw1冷却水进口温度的大小取决于当地的气候和供水方式。•其他条件不变时，冬季气温低，则冷却水进口温度也低，排汽温度低。•夏季气温高，冷却水进口温度高，排汽温度高。•循环供水时，决定于冷水塔或喷水池的冷却效果。4.冷却水温升Δt。冷却水进口温度，；冷却水出口温度，。冷却水温升，。冷却水定压比热，。冷却水进口焓，；冷却水出口焓，。冷却水流量，。凝结水焓，；排汽焓，。排汽流量，排汽湿度；CtCtCtCkgkjckgkjhkgkjhhkgDkgkjhkgkjhhkgDXttttcDhhDhhDXwwp12121212)/(//////)411()311()()(4.冷却水温升Δt。却倍率。一般取凝汽器的循环倍率或冷。冷却水定压比热。取平均值为，潜热为在凝汽器内放出的汽化蒸汽每湿度大约为汽一般汽轮机排汽为湿蒸得由120~50)711()611(520/52087.142177)./(187.4kj/kg21772220kj/kg~2140)(1%),6~%4()511()()311(mDDmmDDDDtCkgkjchhXkgcDhhDXtcwcwwcpcccpwcccc4.冷却水温升Δt影响因素：•汽轮机排汽量（汽轮机负荷）：负荷越高，凝汽器循环倍率越小，冷却水温升越高，排汽温度越高。•冷却水量：冷却水量越小，凝汽器循环倍率越小，冷却水温升越高，排汽温度越高。5.凝汽器端差δt定义：在凝汽器中汽轮机排汽压力下的饱和温度（排汽温度）ts与冷却水出口温度tw2之差称为凝汽器的端差，用符号δt表示。即：影响因素：•冷却面积：冷却面积越小，凝汽器端差越大，排汽温度越高。•冷却水量：冷却水量越小，凝汽器端差越大，排汽温度越高。•传热系数：传热系数越小，凝汽器端差越大，排汽温度越高。)811()1(52012WPcWPcDCkAWCDCkAwSeDDetttt5.凝汽器端差δt范围：设计时，一般取δt=3～10℃。•对于单流程凝汽器，取δt=7～9℃。•对于多流程凝汽器，取δt=4.5～6.5℃。三、凝汽器压力的确定)1011()(ssctfPP主凝结区的凝结温度：ts=tw1+Δt+δt(11-9)主凝结区的压力：在凝汽器结构一定的情况下，主凝结区的压力：)1111(),,()(1wcwsscDDtftfPP三、凝汽器压力的确定影响因素：（影响tw1的因素)•冬季气温低，则冷却水进口温度也低，排汽温度低，凝汽器压力低。•夏季气温高，冷却水进口温度高，排汽温度高，凝汽器压力高。•循环供水时，决定于冷水塔或喷水池的冷却效果。三、凝汽器压力的确定影响因素：（影响Δt的因素）•汽轮机排汽量（汽轮机负荷）：负荷越高，凝汽器循环倍率越小，冷却水温升越高，排汽温度越高，凝汽器压力越高。•冷却水量：冷却水量越小，凝汽器循环倍率越小，冷却水温升越高，排汽温度越高，凝汽器压力越高。三、凝汽器压力的确定影响因素：（影响δt的因素）•冷却面积：冷却面积越小，凝汽器端差越大，排汽温度越高。•冷却水量：冷却水量越小，凝汽器端差越大，排汽温度越高。•传热系数：传热系数越小，凝汽器端差越大，排汽温度越高。四、凝汽器真空的确定凝汽器真空：当地大气压与凝汽器内绝对压力的差值。用符号Pv表示。Pv=P0-Pc(11-12)Pv-凝汽器真空，Pa。P0-当地大气压力，Pa。Pc-凝汽器内绝对压力，Pa。在凝汽器结构一定的情况下，有)1311(),,()(1wcwcvDDtfPfP四、凝汽器真空的确定影响因素：（影响tw1的因素)•冬季气温低，则冷却水进口温度也低，排汽温度低，凝汽器压力低，凝汽器真空高。•夏季气温高，冷却水进口温度高，排汽温度高，凝汽器压力高，凝汽器真空低。•循环供水时，决定于冷水塔或喷水池的冷却效果。四、凝汽器真空的确定影响因素：（影响Δt的因素）•汽轮机排汽量（汽轮机负荷）：负荷越高，凝汽器循环倍率越小，冷却水温升越高，排汽温度越高，凝汽器压力越高，凝汽器真空越低。•冷却水量：冷却水量越小，凝汽器循环倍率越小，冷却水温升越高，排汽温度越高，凝汽器压力越高，凝汽器真空越低。四、凝汽器真空的确定影响因素：（影响δt的因素）•冷却面积：冷却面积越小，凝汽器端差越大，排汽温度越高，凝汽器压力越高，凝汽器真空越低。•冷却水量：冷却水量越小，凝汽器端差越大，排汽温度越高，凝汽器压力越高，凝汽器真空越低。•传热系数：传热系数越小，凝汽器端差越大，排汽温度越高，凝汽器压力越高，凝汽器真空越低。五、凝汽器的热力特性曲线凝汽器热力特性：凝汽器真空（排汽压力）与与排汽量、冷却水量及冷却水入口温度之间的相互关系。凝汽器的热力特性曲线：在冷却面积一定，冷却水量也一定时，对应于每一个冷却水进水温度，可求出凝汽器真空（排汽压力）与凝汽量之间的关系，将此关系绘成曲线，即为凝汽器的热力特性曲线。)1411(),()(1cwcvDtfPfP图11-21凝汽器的热力特性曲线五、凝汽器的热力特性曲线在凝汽器的热力特性曲线中，在排汽量一定的情况下，冷却水温度越高，凝汽器排汽压力越高，凝汽器真空越低。在冷却水温度一定的情况下，凝汽器排汽量越大，凝汽器排汽压力越高，凝汽器真空越低。六、凝汽器的极限真空凝汽器的进汽量是由外界负荷决定的，而冷却水温升是有依靠调节冷却水量来控制的。冷却水量主要由循环水泵的容量和运行台数决定。冷却水量增加，凝汽器温升减小，排汽压力降低,凝汽器真空增加，则汽轮机发出功率增加。对于一台结构已定的汽轮机，蒸汽在末级存在极限膨胀压力。若排汽压力低于该值，则蒸汽的部分膨胀只能发生在动叶之后，产生膨胀不足损失，汽轮机功率不再增加，反而还因凝结水温降低、最末级回热抽汽量增加而使机组功率减小。凝汽器的极限真空：使汽轮机作功达到最大值的排汽压力所对应的真空。凝汽器在极限真空状态下运行，需要大大增加循环水量，循环水泵功耗增加，经济上不合算。七、凝汽器的最佳真空凝汽器的进汽量是由外界负荷决定的，而冷却水温升是有依靠调节冷却水量来控制的。冷却水量主要由循环水泵的容量和运行台数决定。冷却水量增加，凝汽器温升减小，排汽压力降低,凝汽器真空增加，则汽轮机发出功率增加；但同时增大循环水量，会增加循环水泵的耗功，减小机组的输出功率。如果增大循环水量，凝汽器真空提高，使机组多发的电，比循环水泵多耗的电多，则增大循环水量是有益的；否则是不利的。凝汽器的最佳真空：在提高真空过程中，当汽轮机功率的增加和循环水泵耗功增加之差为最大时的真空。七、凝汽器的最佳真空图11-22凝汽器最佳真空的确定ΔPT:汽轮发电机组功率的增加值；ΔPP:水泵功率的增加值八、凝汽设备运行监视调节与保护监视参数：•凝汽器的喉部的压力Pc•抽气器的混合室压力•冷却水入口温度tw1•冷却水出口温度tw2•凝结水温度tc•热井水位八、凝汽设备运行监视调节与保护调节与保护•热井水位调节•凝结水泵的保护•循环水泵的保护•排汽温度过高喷水保护第四节干式冷却系统空冷系统的特点及类型直接空冷系统海勒式间接空冷系统哈蒙式间接空冷系统应用实例一、空冷系统的特点及类型空气冷却凝汽器：以空气作为冷却介质，把蒸汽凝结成水。简称空冷器。空冷系统：直接或间接使用环境空气来冷凝汽轮机排汽的冷却系统。空冷机组：采用空冷系统的汽轮发电机组。空冷系统的优点：节水（65%）。空冷系统的缺点：一次性投资高、煤耗高。空冷系统的适用范围：最适宜用在富煤缺水地区建设。空冷系统的类型：•直接接空冷系统•混合式间接空冷系统（海勒式）•表面式间接空冷系统（哈蒙式）二、直接空冷系统工作原理：•汽轮机的排汽送到表面式空冷凝汽器的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。图11-23直接空冷系统示意图定义:直接使用环境空气来冷凝汽轮机排汽的冷却系统。二、直接空冷系统图11-24直接空冷发电厂外景图二、直接空冷系统图11-25直接空冷系统外景图1二、直接空冷系统图11-26直接空冷系统外景图2二、直接空冷系统图11-27直接空冷系统结构图二、直接空冷系统图11-28直接空冷系统散热翅片管结构图二、直接空冷系统图11-29直接空冷系统冷却风机二、直接空冷系统优点：•不需要冷却水等中间介质。•系统设备少，结构简单，系统投资较少。缺点：•粗大的排汽管道密封困难，维持真空困难。•启动时抽真空时间较长。•采用强制通风，耗电量大，噪音大。•冬季冷却元件易结冰。应用情况：•在世界各国已有较多采用，占空冷凝器系统发电机组的60％以上，目前最大机组已超过600MW。•我国目前也正在发展600MW机组，如内蒙上都、山西运城。生产厂家：•目前主要生产公司有德国GEA、美国SPX。•国内哈空调、江苏双良等。三、海勒式间接空冷系统图11-30海勒式间接空冷系统示意图1-空冷汽轮发电机组;2-凝结水泵;3-循环水泵;4-水轮发电机组;5-节流阀;6-空冷塔;7-喷射式凝汽器工作原理：•循环水通过循环水泵升压后进入面式空冷塔下部的冷却管中。•由于流过空冷塔的空气的自然对流，将循环水中的热量带走。•温度降低后的循环水进入混合式凝汽器中去凝结汽轮机的排汽。三、海勒式间接空冷系统图11-31海勒式间接空冷系统结构图三、海勒式间接空冷系统优点：•以微正压的低压水系统运行，较易掌握。•年平均背压较低，机组煤耗较低。缺点：•系统结构复杂，设备多，投资大。•化学水耗水大。•系统容易发生冰冻。应用情况：•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。四、哈蒙式间接空冷系统图11-32海勒式间接空冷系统示意图1-空冷汽轮发电机组;2-凝结水泵;3-循环水泵;4-冷却管;5-空冷塔;6-表面式凝汽器工作原理：•循环水通过循环水泵升压后进入面式空冷塔下部的冷却管中。•由于流过空冷塔的空气的自然对流，将循环水中的热量带走。•温度降低后的循环水进入表面式凝汽器中去凝结汽轮机的排汽。四、哈蒙式间接空冷系统优点：•设备少、节约厂用电。•冷却水系统与汽水系统分开，两者水质均可保证。•冷却水系统防冻性能好。缺点：•空冷塔占地大，基建投资多。•系统中要进行两次表面式换热，使全厂热效率有所降低。应用情况：•我国太原第二热电厂用了此系统。五、国内外空冷发电厂电厂国家功率MW空冷系统投运年代乌德里拉斯西班牙150直接空冷1970怀俄达