《汽轮机原理》第04章.

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。第一节凝汽系统的工作原理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。第四章汽轮机的凝汽系统及设备'00'0fwcfwttthhhhhhHQHtH0h'fwhch'fwh0h2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。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。tH0p0tcp1cp1tH32，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=0.00294~0.00686Mpa(0.03~0.07ata)，通常取0.005Mpa。cp4第二节凝汽系统一、水冷凝汽系统分开式和闭式两种。主要设备有凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵等。水冷传热系数大。（1）汽轮机；（2）发电机；（3）凝汽器：使排汽在凝汽器中不断地凝结成水，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。5（一），间接空气冷却系统：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，喷射送入混合式凝汽器与蒸汽混合，使之凝结，分流3%作为锅炉给水。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。二、空冷凝汽系统6（二）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。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在冷却水中直接冷却而凝结成水。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。这种凝汽器结构简单，冷却效果好，制造成本低。但凝结水与冷却水混合，不能作为锅炉给水。多用于间接空冷凝汽系统。8二、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。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这种凝汽器。9101，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）。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，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（面积占5~10%）。115，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。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母管，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。133.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）凝结水温度不应过多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。14三、凝汽器内蒸汽的凝结过程1、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。这样，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。152、进入凝汽器的空气量和空气分压空气量：（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：(5----10)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。为评定的严密等级系数：=1为优，=2为良好，=3为中等。)1100(1caDkDaDcD1K1K1K1K1K1K16蒸汽与空气分压：由于空气漏入凝汽器的汽侧，故凝汽器的压力pc应是混合气体的总压。根据ts求得的对应饱和压力pc只是蒸汽空气混合物中蒸汽的分压力ps。根据理想气体状态方程式，在凝汽器中，按蒸汽、空气体积和温度相等可得到：ascpppcasaaaaassscaaascscascasDxDpppTRDpTRxDDVxDVTTTVVV622.0,,,,17带入总压方程可得：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，当有99%蒸汽凝结，即x=0.01，这样，由上式可得=0.9938。即蒸汽分压接近于总压力。绝大部分蒸汽在压力的饱和温度下凝结。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。cacsxDDpp622.01caccaaxDDpxDDp622.01622.00001.0/caDDxppcs1000062.01spcpcp183、空气漏入对凝汽器工作的影响（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。19汽阻使凝汽器蒸汽入口压力升高，经济性降低；使凝结水的过冷度和含氧量增大。凝结水过冷：凝结水的理想温度应该是凝汽器工作压力下的饱和温度，当凝结水的温度低于凝汽器压力下的饱和温度时，即为凝结水过冷，所低的度数称为过冷度。后果：热经济性下降，含氧量增加。原因：冷却管外表水膜（外侧饱和温度，内侧管内冷却水温度），水滴温度为内侧，即冷却水温度；汽阻所致；空气漏入，导致空气分压提高，蒸汽分压降低，而凝结水是在对应蒸汽分压的饱和温度下冷凝。''ccppp20四、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。凝汽器内的压力可根据相应的饱和温度求得，而排汽温度可表示为：=++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。cpst1wtwtwtt1wttstcp2122231.冷却水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。越低，越低，则越低。1wt1wtcpst242、冷却水的温升冷却水的温升可根据凝汽器的热平衡方程式求出：从而，上二式中，------进入凝汽器的凝汽量（t/h)；------进入凝汽器的冷却水量（ｔ/h)；---------排汽焓值和凝结水焓值（kJ/kg)；-----冷却水进出口焓值(kJ/kg)。thkjtDhhDhhDQ)(1000)(100012'，mhhDDhhtcccwcc187.4)(187.4''cDwD'cchh、21wwhh、25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，m大则冷却水量大，冷却水泵功率大。故m值大小要通过经济技术对比后确定。一般，对于单流程凝汽器，m=80~120范围之内；对于双流程凝汽器，m=50~60范围之内。——每1kg蒸汽在凝结时所放出的潜