凝汽器與真空系統(tǒng)（課堂PPT）

1、1凝汽器與真空系統(tǒng)凝汽器與真空系統(tǒng)凝汽器凝汽器2凝汽器是屬于凝汽式汽輪機(jī)的輔機(jī)范疇的，它是凝汽式機(jī)組凝汽器是屬于凝汽式汽輪機(jī)的輔機(jī)范疇的，它是凝汽式機(jī)組的一個重要組成部分，因?yàn)樗ぷ餍阅艿暮脡闹苯佑绊懼麄€機(jī)的一個重要組成部分，因?yàn)樗ぷ餍阅艿暮脡闹苯佑绊懼麄€機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性和安全性，所以，掌握凝汽器的工作原理及特性是組的熱經(jīng)濟(jì)性和安全性，所以，掌握凝汽器的工作原理及特性是十分必要的。十分必要的。 組成：凝汽器、抽氣設(shè)備、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵及其連接管道。作用：凝汽器：將汽輪機(jī)排汽凝結(jié)成凝結(jié)水并在汽輪機(jī)排汽口建立高度真空。抽氣設(shè)備：啟動時建立真空，運(yùn)行時維持真空。凝結(jié)水泵：將凝汽器中的凝結(jié)水升壓

2、后送入除氧器。循環(huán)水泵：將循環(huán)水升壓后送入凝汽器并維持循環(huán)水的流動。3 如圖所示為凝汽設(shè)備的原則性如圖所示為凝汽設(shè)備的原則性系統(tǒng)圖。循環(huán)水泵系統(tǒng)圖。循環(huán)水泵4 4使冷卻水不斷地使冷卻水不斷地流經(jīng)凝汽器流經(jīng)凝汽器3 3。進(jìn)入凝汽器的蒸汽被。進(jìn)入凝汽器的蒸汽被冷源冷卻后，凝結(jié)成水。凝結(jié)水被冷源冷卻后，凝結(jié)成水。凝結(jié)水被凝結(jié)水泵凝結(jié)水泵5 5抽出，經(jīng)過加熱器和除氧抽出，經(jīng)過加熱器和除氧器等進(jìn)入鍋爐循環(huán)使用。由于凝汽器等進(jìn)入鍋爐循環(huán)使用。由于凝汽器在工作時內(nèi)部具有高度真空，所器在工作時內(nèi)部具有高度真空，所以空氣會從不嚴(yán)密處漏入。為了防以空氣會從不嚴(yán)密處漏入。為了防止空氣在凝汽器內(nèi)積存，就要不斷止空氣在

3、凝汽器內(nèi)積存，就要不斷地將空氣抽出，所以，還設(shè)有抽氣地將空氣抽出，所以，還設(shè)有抽氣器器6 6。 凝汽設(shè)備的任務(wù)是：凝汽設(shè)備的任務(wù)是：（1 1）在汽輪機(jī)的排汽口建立并）在汽輪機(jī)的排汽口建立并 維持規(guī)定的真空度；維持規(guī)定的真空度；（2 2）將汽輪機(jī)的排汽凝結(jié)成潔）將汽輪機(jī)的排汽凝結(jié)成潔 凈的凝結(jié)水，并回收工質(zhì)。凈的凝結(jié)水，并回收工質(zhì)。4凝汽器按照排汽凝結(jié)方式的不同可分為凝汽器按照排汽凝結(jié)方式的不同可分為混合式混合式和和表面式表面式兩大類兩大類混合式凝汽器：混合式凝汽器： 有結(jié)構(gòu)簡單、冷卻效果好等優(yōu)點(diǎn)?？墒撬鼘鋮s水質(zhì)要求高，有結(jié)構(gòu)簡單、冷卻效果好等優(yōu)點(diǎn)?？墒撬鼘鋮s水質(zhì)要求高，否則凝結(jié)水就不能再作

4、為鍋爐的給水。因?yàn)橛羞@個缺點(diǎn)，所以現(xiàn)否則凝結(jié)水就不能再作為鍋爐的給水。因?yàn)橛羞@個缺點(diǎn)，所以現(xiàn)在一般不采用它。在一般不采用它。 表面式凝汽器：表面式凝汽器： 冷卻工質(zhì)與蒸汽被冷卻表面隔開而互不接觸。根據(jù)冷卻工質(zhì)冷卻工質(zhì)與蒸汽被冷卻表面隔開而互不接觸。根據(jù)冷卻工質(zhì)的不同又分為的不同又分為水冷卻式水冷卻式和和空氣冷卻式空氣冷卻式兩種，由于用水作冷卻工質(zhì)兩種，由于用水作冷卻工質(zhì)時，凝汽器的傳熱系數(shù)高，所需要的冷卻面積小，因此在凝汽式時，凝汽器的傳熱系數(shù)高，所需要的冷卻面積小，因此在凝汽式電廠中，一般都采用這種型式的。只有在嚴(yán)重缺水的地區(qū)及列車電廠中，一般都采用這種型式的。只有在嚴(yán)重缺水的地區(qū)及列車電站

5、上才采用空氣冷卻式凝汽器。電站上才采用空氣冷卻式凝汽器。5 凝汽器中裝有大量的銅管，并通以循環(huán)冷卻水。當(dāng)汽輪機(jī)的排汽與凝汽器銅管外表面接觸時，因受到銅管內(nèi)水流的冷卻，放出汽化潛熱變成凝結(jié)水，所放潛熱通過銅管管壁不斷的傳給循環(huán)冷卻水并被帶走。這樣排汽就通過凝汽器不斷的被凝結(jié)下來。排汽被冷卻時，其比容急劇縮小，因此，在汽輪機(jī)排汽口下凝汽器內(nèi)部造成較高的真空。 凝汽器運(yùn)行時，冷卻水從前水室的下半部分進(jìn)來，通過冷卻水管（換熱管）進(jìn)入后水室，向上折轉(zhuǎn)，再經(jīng)上半部分冷卻水管流向前水室，最后排出。低溫蒸汽則由進(jìn)汽口進(jìn)來，經(jīng)過冷卻水管之間的縫隙往下流動，向管壁放熱后凝結(jié)為水。6 在啟動過程中凝汽器真空是由主、

6、輔抽汽器將汽輪機(jī)和凝汽器內(nèi)大量空氣抽出而形成的。 在正常運(yùn)行中，凝汽器真空的形成是由于汽輪機(jī)排汽在凝汽器內(nèi)驟然凝結(jié)成水時其比容急劇縮小而形成的。如蒸汽在絕對壓力4kpa時蒸汽的體積比水的體積大3萬倍，當(dāng)排汽凝結(jié)成水后，體積就大為縮小，使凝汽器內(nèi)形成高度真空。凝汽器中真空的形成主要原因凝汽器中真空的形成主要原因?71.凝汽器銅管必須通過一定的冷卻水量；2.凝結(jié)水泵必須不斷地把凝結(jié)水抽走，避免水位升高，影響蒸汽的凝結(jié)；3.抽汽器必須把漏入的空氣和排汽中的其它氣體抽走。凝結(jié)器的真空形成和維持必須具備凝結(jié)器的真空形成和維持必須具備三個條件三個條件?8 極限真空是指汽輪機(jī)的背壓降低到某一數(shù)值后，蒸汽的膨

7、脹有部分是在末級動葉柵后進(jìn)行的，這些蒸汽已不具備做功能力。我們將蒸汽在末級動葉斜切部分膨脹達(dá)到極限時的背壓，稱為極限背壓，它對應(yīng)的真空稱為極限真空。 什么是極限真空?91.凝汽器的最佳真空有最佳設(shè)計真空和最佳運(yùn)行真空兩種概念。 2.凝汽器的最佳設(shè)計真空是指在新設(shè)計一個發(fā)電廠時，整個發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)中所選擇的設(shè)備容量、參數(shù)、設(shè)備相互匹配以及年運(yùn)行費(fèi)用為最少時所確定的凝汽器壓力。3.凝汽器的最佳運(yùn)行真空是指在一個已投運(yùn)的熱力系統(tǒng)中，設(shè)備的型式、容量、參數(shù)及設(shè)備間的匹配關(guān)系都確定的條件下，使熱力系統(tǒng)運(yùn)行時的熱耗為最小的凝汽器壓力。 凝汽器的最佳真空 10 凝汽器偏離設(shè)計工況的工況，稱為凝汽器偏離設(shè)計工

8、況的工況，稱為凝汽器的變工凝汽器的變工況況。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時，凝汽量要發(fā)生相應(yīng)的變化；。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時，凝汽量要發(fā)生相應(yīng)的變化；冷卻水進(jìn)口溫度會隨氣候不同而改變，冷卻水量也隨冷卻水進(jìn)口溫度會隨氣候不同而改變，冷卻水量也隨循環(huán)水泵的運(yùn)行方式而變化，這些變化都使凝汽器處循環(huán)水泵的運(yùn)行方式而變化，這些變化都使凝汽器處在變工況下工作，凝汽器內(nèi)的壓力也同時發(fā)生變化。在變工況下工作，凝汽器內(nèi)的壓力也同時發(fā)生變化。凝汽器壓力隨凝汽量、冷卻水量和冷卻水進(jìn)口溫度變凝汽器壓力隨凝汽量、冷卻水量和冷卻水進(jìn)口溫度變化而變化的規(guī)律稱為凝汽器的熱力特性化而變化的規(guī)律稱為凝汽器的熱力特性，或稱為它的，或稱為它的變工況特性

9、。下面分析一下這二個變量之間的關(guān)系。變工況特性。下面分析一下這二個變量之間的關(guān)系。 凝汽器的變工況111循環(huán)水溫升循環(huán)水溫升 t 循環(huán)水溫升循環(huán)水溫升tt主要取決于冷卻倍率。當(dāng)冷卻水量主要取決于冷卻倍率。當(dāng)冷卻水量DwDw不變時有：不變時有：t = 520 (Dt = 520 (DC C / D/ DW W) = aDc) = aDc 由此可見：由此可見：此時此時t與與Dc成正比關(guān)系。在運(yùn)行中，循環(huán)水溫升是判斷循環(huán)水系成正比關(guān)系。在運(yùn)行中，循環(huán)水溫升是判斷循環(huán)水系統(tǒng)工作情況的重要指標(biāo)。如果在運(yùn)行中蒸汽負(fù)荷統(tǒng)工作情況的重要指標(biāo)。如果在運(yùn)行中蒸汽負(fù)荷DcDc沒有變化，而沒有變化，而循環(huán)水溫升循環(huán)水

10、溫升tt卻發(fā)生變化，說明循環(huán)水系統(tǒng)的工作情況有變化，卻發(fā)生變化，說明循環(huán)水系統(tǒng)的工作情況有變化，運(yùn)行人員應(yīng)作相應(yīng)的檢查或調(diào)整。反之，當(dāng)冷卻水量運(yùn)行人員應(yīng)作相應(yīng)的檢查或調(diào)整。反之，當(dāng)冷卻水量DwDw及其他條及其他條件不變時，可根據(jù)件不變時，可根據(jù)tt變化情況來判斷凝汽器負(fù)荷變化情況來判斷凝汽器負(fù)荷DcDc或機(jī)組負(fù)荷的或機(jī)組負(fù)荷的變化情況。變化情況。 122傳熱端差傳熱端差 t 凝汽器的端差反映了凝汽器內(nèi)部的傳熱好壞。若端差小則傳熱效果好同凝汽器的端差反映了凝汽器內(nèi)部的傳熱好壞。若端差小則傳熱效果好同時真空也會較高。時真空也會較高。當(dāng)冷卻水量和冷卻水進(jìn)口溫度一定時：當(dāng)冷卻水量和冷卻水進(jìn)口溫度一定時

11、：凝汽器真空隨機(jī)組負(fù)荷減小而升高；凝汽器真空隨機(jī)組負(fù)荷減小而升高；當(dāng)冷卻水量和機(jī)組負(fù)荷一定時：當(dāng)冷卻水量和機(jī)組負(fù)荷一定時：凝汽器的真空將隨冷卻水進(jìn)口溫度的降低而凝汽器的真空將隨冷卻水進(jìn)口溫度的降低而升高。升高。因此，在其他條件相同的情況下，凝汽器的真空，冬天要比夏天高些。因此，在其他條件相同的情況下，凝汽器的真空，冬天要比夏天高些。 最后應(yīng)該明確，對每一個工況，凝汽器都有一個對應(yīng)的最有利真空。以最后應(yīng)該明確，對每一個工況，凝汽器都有一個對應(yīng)的最有利真空。以此為基準(zhǔn)，真空再提高，將使機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性降低。真空過度降低，即所謂此為基準(zhǔn)，真空再提高，將使機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性降低。真空過度降低，即所謂真空惡化

12、，將引起一系列不良后果。如使機(jī)組的理想焓降相應(yīng)減小，在認(rèn)為真空惡化，將引起一系列不良后果。如使機(jī)組的理想焓降相應(yīng)減小，在認(rèn)為此時機(jī)組的損失基本不變的前提下，機(jī)組的效率要降低；低壓缸因蒸汽溫度此時機(jī)組的損失基本不變的前提下，機(jī)組的效率要降低；低壓缸因蒸汽溫度升高而變形，使機(jī)組內(nèi)動靜之間的間隙變化，間隙消失會引起機(jī)組振動；有升高而變形，使機(jī)組內(nèi)動靜之間的間隙變化，間隙消失會引起機(jī)組振動；有的機(jī)組，低壓轉(zhuǎn)子的軸承座落在低壓缸上（亦稱軸承不落地，國產(chǎn)的機(jī)組，低壓轉(zhuǎn)子的軸承座落在低壓缸上（亦稱軸承不落地，國產(chǎn)50MW50MW、100MW100MW、200MW200MW汽輪機(jī)就是這種結(jié)構(gòu)），當(dāng)?shù)蛪焊着蛎洉r

13、，原來分配在軸系各汽輪機(jī)就是這種結(jié)構(gòu)），當(dāng)?shù)蛪焊着蛎洉r，原來分配在軸系各軸承上的負(fù)荷要發(fā)生變化，這也能引起機(jī)組振動；機(jī)組背壓變化，軸向推力軸承上的負(fù)荷要發(fā)生變化，這也能引起機(jī)組振動；機(jī)組背壓變化，軸向推力也隨著變化，變化幅度大了，也影響機(jī)組的安全運(yùn)行；由于銅管和凝汽器殼也隨著變化，變化幅度大了，也影響機(jī)組的安全運(yùn)行；由于銅管和凝汽器殼體的線脹系數(shù)不一樣，真空的頻繁變化，會使銅管端部在管板中的脹緊程度體的線脹系數(shù)不一樣，真空的頻繁變化，會使銅管端部在管板中的脹緊程度遭到破壞；真空惡化時，空氣分壓力增大，使凝結(jié)水中的含氧量增加等等。遭到破壞；真空惡化時，空氣分壓力增大，使凝結(jié)水中的含氧量增加等等。

14、因此，一旦真空惡化時，機(jī)組被迫減負(fù)荷或停機(jī)。因此，一旦真空惡化時，機(jī)組被迫減負(fù)荷或停機(jī)。13凝汽器端差凝汽器端差凝汽器壓力下的飽和溫度與凝汽器冷卻水出口溫度之差。對一定的凝汽器，端差的大小與凝汽器冷卻水入口溫度、凝汽器單位面積蒸汽負(fù)荷、凝汽器銅管的表面潔凈度，凝汽器內(nèi)的漏入空氣量以及冷卻水在管內(nèi)的流速有關(guān)。一個清潔的凝汽器，在一定的循環(huán)水溫度和循環(huán)水量及單位蒸汽負(fù)荷下就有一定的端差值指標(biāo)，一般端差值指標(biāo)是當(dāng)循環(huán)水量增加，冷卻水出口溫度愈低，端差愈大，反之亦然；單位蒸汽負(fù)荷愈大，端差愈大，反之亦然。實(shí)際運(yùn)行中，若端差值比端差指標(biāo)值高得太多，則表明凝汽器冷卻表面銅管污臟，致使導(dǎo)熱條件惡化。14凝汽

15、器過冷度產(chǎn)生的原因凝汽器過冷度產(chǎn)生的原因由于冷卻水管管子外表面蒸汽分壓力低于管束之間的蒸汽平均分壓力，使蒸汽的凝結(jié)溫度低于管束之間混合汽流的溫度，從而產(chǎn)生過冷。 由于凝結(jié)器內(nèi)存在汽阻，蒸汽從排汽口向下部流動時遇到阻力，造成下部蒸汽壓力低于上部壓力，下部凝結(jié)水溫度較上部低，從而產(chǎn)生過冷。蒸汽被冷卻成液滴時，在凝結(jié)器冷卻水管間流動，受管內(nèi)循環(huán)水冷卻，因液滴的溫度比冷卻水管管壁溫度高，凝結(jié)水降溫從而低于其飽和溫度，產(chǎn)生過冷。 由于凝結(jié)器汽側(cè)積有空氣，空氣分壓力增大，蒸汽分壓力相對降低，蒸汽仍在自己的分壓力下凝結(jié)，使凝結(jié)水溫度低于排汽溫度，產(chǎn)生過冷。 凝結(jié)器構(gòu)造上存在缺陷，冷卻水管束排列不合理，使凝結(jié)

16、水在冷卻水管外形成一層水膜，當(dāng)水膜變厚下垂成水滴時，水滴的溫度即水膜內(nèi)、外層平均溫度低于水膜外表面的飽和溫度，從而產(chǎn)生過冷卻。 凝結(jié)器漏入空氣多或抽氣器工作不正常，空氣不能及時被抽出，空氣分壓力增大，使過冷度增加。 熱水井水位高于正常范圍，凝結(jié)器部分銅管被淹沒，使被淹沒銅管中循環(huán)水帶走一部分凝結(jié)水的熱量而產(chǎn)生過冷卻。 循環(huán)水溫度過低和循環(huán)水量過大，使凝結(jié)水被過度的冷卻，過冷度增加。15凝汽器嚴(yán)密性差的主要原因凝汽器嚴(yán)密性差的主要原因汽側(cè)1、汽輪機(jī)排氣缸和凝汽器喉部連接法蘭或焊縫處漏氣。如采用套筒水封 連接方式，喉部變形使填料移動，填料壓得不緊，或封水量不足。2、汽輪機(jī)端部軸封存在問題或工作不正

17、常。3、汽輪機(jī)低壓缸接合面、表計接頭等不嚴(yán)密。4、有關(guān)閥門不嚴(yán)密或水封閥水量不足。5、凝結(jié)水泵軸向密封不嚴(yán)密。6、低壓給水加熱器汽側(cè)空間不嚴(yán)密。7、設(shè)備、管道破損或焊縫存在問題。水側(cè)1、脹管管端泄漏。采用墊裝法連接管子和管板時，填料部分密封性不好。2、在管子進(jìn)口端部發(fā)生沖蝕。3、冷卻管破損。16真空降低的原因及處理真空降低的原因及處理1.發(fā)現(xiàn)真空下降時，應(yīng)該對照排氣溫度和就地真空表，確認(rèn)真空下降。2. 真空下降時禁止投運(yùn)蒸汽旁路，并將旁路切到手動方式，切除旁路的快開保護(hù)。3. 如因凝汽器水位過高時，查明原因停止凝汽器補(bǔ)水，并開啟兩臺凝泵加強(qiáng)打水，直至水位降至正常水位以下；如果除氧器水位過高，打

18、開緊急防水閥放水。4. 如發(fā)現(xiàn)循環(huán)水溫升高，檢查冷卻塔風(fēng)機(jī)是否運(yùn)行正常，如有備用風(fēng)機(jī)，投入備用風(fēng)機(jī)運(yùn)行；檢查水壓是否正常，檢查管道是否有泄漏；循環(huán)水泵工作是否正常，必要時切換備用循泵；或?qū)ρh(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行排氣。5.如果真空泵工作不正常，檢查工作水壓力是否正常，否則切換到循環(huán)水側(cè)供水；若泵體故障，可切換至備用泵工作；若備泵也故障時，根據(jù)真空情況進(jìn)行一般故障停機(jī)。6.軸封壓力低，適當(dāng)關(guān)小均壓箱溢流閥，提高軸封壓力。7.如果密封水水系統(tǒng)水量不足引起泄漏時，開大水封水系統(tǒng)的供水閥門，維持水封水量。8.如因真空系統(tǒng)的其它部分存在漏點(diǎn)，對真空系統(tǒng)進(jìn)行查漏，消漏。9) 凝汽器真空在查找原因時仍然繼續(xù)下降時，按以下標(biāo)準(zhǔn)處理:* 真空從-0.092MPa降至-0.084MPa時，負(fù)荷下降至30MW，降燃機(jī)負(fù)荷或鍋爐根據(jù)壓力開啟向空排汽門；* 真空以-0.083MPa降至-0.075MPa，負(fù)荷