5凝汽器

第4章汽轮机的凝汽设备4.1凝汽系统的作用、原理与组成4.1.1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。4.1凝汽系统的作用、原理与组成4.1.2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。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。4.1凝汽系统的作用、原理与组成4.1.3系统组成汽轮机的凝汽系统是由凝汽器、循环水泵、凝结水泵、抽气器等组成。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、电站汽轮机的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。热　　井疏水扩容器旁路排汽轴封加热器疏水补水循环冷却水凝结水泵至除氧器低压加热器至抽气器故障汽源4.1凝汽系统的作用、原理与组成4.1凝汽系统的作用、原理与组成凝汽器结构图凝汽器结构图进口冲击区、主凝区和空气冷却区。单流程和双流程。单压凝汽器，多压凝汽器4.1凝汽系统的作用、原理与组成表面式凝汽器分为：进口冲击区、主凝区和空气冷却区。冷却水分为：单流程和双流程。冷却水的流程为：进口水室、冷凝管、转向水室、出口水室。单压凝汽器，多压凝汽器4.1凝汽系统的作用、原理与组成循环水系统循环水系统是由循环水泵、水源、管道等组成，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。4.1凝汽系统的作用、原理与组成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。无塔冷却新技术无塔冷却新技术无塔冷却新技术4.1凝汽系统的作用、原理与组成凝结水泵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)4.2凝汽器的压力及其影响因素4.2.1凝汽器内压力的组成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。这里，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。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。cpcsappp110.622csasppDxD4.2凝汽器的压力及其影响因素4.2.2传热过程与凝汽器压力的确定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，即对应温度下水、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。4.2凝汽器的压力及其影响因素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。由传热过程得过冷度进口处压力下的饱和温度与热井中凝水温度的差。tt1swtttt4.2凝汽器的压力及其影响因素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循环倍率m：冷却循环水的流量与蒸汽量的比。循环倍率越大，则温升越小，凝汽器的真空及热力循环效率就越高。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。开式循环高些，闭式循环低些。'21211000()1000()1000()ccc'ccpwchhtcDDDcDmw4.2凝汽器的压力及其影响因素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。采用集总参数模型对数平均温差由此求得：'()ccccmQDhhAKt1212()()ln[()/()]ln[()/]swswmswswtttttttttttttmt1cpwAKcDtte4.2凝汽器的压力及其影响因素传热系数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。1WmcKKwm1Kc4.2凝汽器的压力及其影响因素别尔曼(前苏联)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(Pg118式4-7)14650wtzdKtwzd4.2凝汽器的压力及其影响因素4.2.3影响凝汽器真空的因素由前已知，凝汽器的压力：即决定于循环冷却水的进口温度、循环水的温升和传热端差。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。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。1()()cswpftfttt1wt4.2凝汽器的压力及其影响因素循环水温升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。传热端差传热端差与传热系数有关，而传热系数是管外凝结放热、管壁及污垢导热和冷却水对流传热有关。tt4.2凝汽器的压力及其影响因素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。4.2凝汽器的压力及其影响因素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管内结垢管内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。管内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。4.3凝汽器的运行特性4.3.1凝汽器的运行性能指标真空凝汽器传热管区域上部的绝对压力pc增加1kPa汽耗增加1.5%～2.5%；冷却水温升进、出凝汽器的循环冷却水的温度变化端差凝汽器传热管区域上部压力所对应的蒸汽饱和温度与冷却水出口温度的差。过冷度凝汽器传热持之以恒区域上部压力所对应的蒸汽饱和温度与热井中凝结水温度的差。（1%，煤耗增加0.13%）凝结水含氧量凝结水中含氧量(过冷度大含氧量增加)。汽阻凝汽器喉部与抽气口间的压差水阻循环冷却水在凝汽器内循环水通道所受的阻力。4.3凝汽器的运行特性4.3.2凝汽器的变工况运行特性建立和维持真空是凝汽器的重要任务。真空高低对机组运行经济性影响较大。凝汽器的运行特性是研究真空与机组负荷(即排入凝汽器的蒸汽量）、循环水水量、循环水进口温度的关系。冷却水温升特性水的汽化潜热，在凝汽器正常的温度范围内，约2140～2220KJ/kg,这样，循环冷却水的温升在循环水量一定时，冷却水的温升与机组负荷成线性正比关系。'52021774.187/cccpwcwcwhhDtcDDDDDPg119(4-8)、(4-9)式4.3凝汽器的运行特性传热端差特性端差是与冷却水温升、传热系数、传热面积、循环水量等多因素有关。在循环水量、传热面积和传热系数一定时，端差与温升成线性正比关系，亦即与负荷成线性正比关系。在机组负荷下降时，端差随之线性下降。但当负荷下降到一定程度后，蒸汽在凝汽器周界附近冷却，主凝区缩小、空气冷却区扩大，减缓端差下降。此外，真空提高后，空气漏入量增多，传热系数减小，也使端差下降趋势减缓。因此，在机组负荷降到某值后，端差不再下降而趋于定值。1cpwAKcDtte4.3凝汽器的运行特性4.3凝汽器的运行特性凝汽器运行特性曲线的计算(Pg120)凝汽器的运行特性是真空和循环水量、循环水进口温度、机组负荷三变量的函数。计算时分层循环计算：分别选定最小循环水量：最小循环水进口温度：最大机组负荷：确定对应的计算步长：在确定循环水量、循环水进口温度下，求对应机组负荷下的冷却水温升、传热系数、端差和，从而求得凝汽器真空。在低负荷下，应由其它修正曲线加以修正(Pg122图4-7)。minwD1minwtmaxcD1,,wwcDtDstcp4.3凝汽器的运行特性4.3凝汽器的运行特性4.3凝汽器的运行特性4.3.3运行特性分析凝汽器的真空直接影响机组运行经济性。凝结水过冷和含氧增高又与凝汽器的运行特性相关。最佳真空、极限真空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。当循环水泵的功耗增大量与机组有效出力增多量相等时，对应的真空即为最佳(或经济)真空。极限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。4.3凝汽器的运行特性Dcop4.3凝汽器的运行特性汽阻由于抽气设备容量的限制，在凝汽器真空系统漏入空气量增多时，汽阻就会增大，从而使凝汽器的真空下降。汽阻的增大，抽气能力下降，引起凝结水过冷度增大、凝水的含氧量提高。因此，在漏入空气量增多时，应相应地增大抽气设备的出力，保持凝汽器的正常真空，并使凝水的过冷度及含氧量控制在合理的范围内。水阻水阻是要水泵循环水泵的压头。增大水阻，循环水泵的功耗就要加大，厂用电增多。在水泵压头一定时，水阻增大将使凝汽器冷却管中的水速减小，导致传热系数减小、冷却水的温升提高，凝汽器的真空下降。水阻增大的原因主要是冷却水通道及冷却管壁的结垢。同样地，在循环水泵性能退化时，同样功耗下压头减小，也使凝汽器真空下降。4.3凝汽器的运行特性@凝结水过冷危害：增大低加吸热量和凝水含氧量。主要诱因：1)冷却管外水膜水膜的导热温差，使贴近管壁的凝水温度低于对应压力下的饱和温度，即产生过冷。2)设计中管子排列不当上排管凝水下滴时与下排管再次接触，加大过冷度。3）凝汽器内蒸汽通道不畅一般设有蒸汽直达凝汽器底部的通道，对凝水进行回热加热，使过冷度1℃，管子布置不当或过密导致凝结水过冷。4.3凝汽器