凝汽器真空度對汽輪機效率的影響分析

1、創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日凝汽系統(tǒng)及凝汽器真空影響因素之馬矢奏春創(chuàng)作創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日摘要凝汽設備是汽輪機組的重要輔機之一，是朗肯循環(huán)中的重要一節(jié).對整個電廠的建設和平安、經(jīng)濟運行都有著決定性的影響.從循環(huán)效率看，凝汽器真空的好壞，即汽輪機組最終參數(shù)的高低，對循環(huán)效率所發(fā)生的影響是和機組初參數(shù)的影響同等重要的.雖然提高凝汽器真空可以使汽輪機的理想給降增年夜，電功率增加，但不是真空越高越好.影響凝汽器真空的原因是多方面的，主要有：汽輪機排氣量、循環(huán)水流量、循環(huán)水入口溫度等關鍵詞：朗肯循環(huán)；汽輪機；凝汽器；真空創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日2凝汽器性能

2、計算及真空度影響因素分析提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑提高平均吸熱溫度的直接方法是提高初壓和初溫.在相同的初溫和背壓下，提高初壓可使熱效率增年夜，但提高初壓也發(fā)生了一些新的問題，如設備的強度問題.在相同的初壓及背壓下，提高新汽的溫度也可使熱效率增年夜，但溫度的提高受到金屬資料耐熱性的限制.降低排汽溫度在相同的初壓、初溫下降低排汽溫度也能使效率提高，這是由于循環(huán)溫差加年夜的緣故.但其溫度下降受到環(huán)境溫度的限制.2.2凝汽系統(tǒng)的工作原理圖6.1是汽輪機凝汽系統(tǒng)示意圖，系統(tǒng)由凝汽器5、抽氣設備1、循環(huán)水泵4、凝結水泵6以及相連的管道、閥門等組成.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日

3、1-抽氣設備；2-汽輪機；3-發(fā)機電；4-循環(huán)水泵；5-凝汽器；6-凝結水泵凝汽設備的作用主要有以下四點9:(1)凝結作用凝汽器通過冷卻水與乏汽的熱交換，帶走乏汽的汽化潛熱而使其凝結成水，凝結水經(jīng)回熱加熱而作為鍋爐給水重復使用.(2)建立并維持一定的真空這是降低機組終參數(shù)、提高電廠循環(huán)效率所必需的.(3)除氧作用現(xiàn)代凝汽器，特別是不單設除氧器的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)的裝置中的凝汽器和沸水堆核機電組的凝汽器，都要求有除氧的作用，以適應機組的防腐要求.(4)蓄水作用凝汽器的蓄水作用既是匯集和貯存凝結水、熱力系統(tǒng)中的各種疏水、排汽和化學補給水的需要，也是緩沖運行中機組流量急劇變動、增加系統(tǒng)調節(jié)穩(wěn)定性的需求

4、，同時還是確保凝結水泵需要的吸水壓頭的需要.為了到達上述作用，僅有凝汽器是不夠的.要保證凝汽器的正常工作，必需隨時維持三個平衡：1熱量平衡，汽輪機排汽放出的熱量即是循環(huán)水帶走的熱量，故在凝汽系統(tǒng)中設置循環(huán)水泵.2：質量平衡，汽輪機排汽流量即是抽出的凝結水流量，所以在凝汽系統(tǒng)中必'需設置凝結水泵.吩氣平衡，在凝汽器和汽輪機高壓部份漏入的空氣量即是抽出的空氣量，因此必需設置抽氣設備14.凝汽器內(nèi)的真空是通過蒸汽凝結過程形成的.當汽輪機末級排汽進入凝汽器后，受到循環(huán)水的冷卻而凝結成凝結水，放出汽化潛熱.由于蒸汽凝結成水的過程中，體積驟然下降(在0.0049MPa的壓力下，水的體積約為干蒸汽體

5、積的1/28000倍)，這樣就在凝汽器容積內(nèi)形成了高度真空.其壓力為凝汽器內(nèi)溫度對應的蒸汽飽和壓力，溫度越低，真空越高.為了堅持所形成的真空，通過抽氣設備把漏入凝汽器內(nèi)的不凝結氣體抽出，以免其在凝汽器內(nèi)逐漸積累，惡化凝汽器真空15.在電廠中，需要監(jiān)測凝汽器的性能指標包括真空度、端差、循環(huán)水溫升、凝結水過冷度及水側冷凝管壁運行清潔系數(shù)等16.凝汽器中蒸汽和循環(huán)水溫度變動情況見圖6.2.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日圖6.2凝汽器中蒸汽和循環(huán)水溫度沿冷卻面的分布凝汽器的真空度是指年夜地年夜氣壓與凝汽器內(nèi)壓力之差，即：x|(6.1)式中：回為真空度,Kpa；回為年夜氣壓

6、力,Kpa；間為凝汽器壓力,Kpa.凝汽器端差是指汽輪機背壓下飽和溫度與凝汽器出口循環(huán)水溫度的差值即：(6.2)式中：回為端差，C；百為凝汽器壓力對應的飽和溫度，C；回為凝汽器出口處循環(huán)水溫度，C.凝汽器循環(huán)水溫升是指循環(huán)水流經(jīng)凝汽器后溫度的升高值,即：L(6.3)式中：回為端差，C；回為凝汽器進口處循環(huán)水溫度，C.凝汽器凝結水過冷度是指凝汽器壓力對應的飽和溫度與凝汽器熱井水溫度的差值,即：匚三I(6.4)式中：回為凝結水過冷度，C；同為凝汽器熱井水溫度，C.凝汽器水側冷凝管壁運行清潔系數(shù)是指凝汽器實際總平均傳熱系數(shù)與理想總平均傳熱系數(shù)之比，即：x,(6.5)創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作

7、時間：二零二一年六月三十日式中：亙?yōu)樗畟壤淠鼙谶\行清潔系數(shù)；回為凝汽器實際總平均傳熱系數(shù),依照熱平衡原理方法計算(3.2.3節(jié)介紹),w/(m2.k);回為凝汽器理想總平均傳熱系數(shù)，依照別爾曼公式方法計算(2.2.3節(jié)介紹),w/(m2.k).方法一：熱平衡原理Ix|(6.7)式中：回為凝汽器總平均傳熱系數(shù)，w/(m2.k);回為循環(huán)水定壓比熱，取為4.187kj/(kg.C);H為循環(huán)水流量，kg/s；A為凝汽器總傳熱面積，m2.方法二：全蘇熱工研究所根據(jù)實驗和理論分析獲得的別爾曼公式13(已修正)式中：B-考慮冷卻概況設計清潔狀況和冷卻管資料及壁厚的修正系數(shù);叵上循環(huán)水在冷凝管內(nèi)的流速，

8、m/s；x一系數(shù)，那時|兇!一=.-1(6.12)|(6.13)回一系數(shù),一I;(6.14)團為蒸汽負荷率，g/(m2.s)；Z一循環(huán)水流程數(shù)；回一冷凝管內(nèi)徑,mm；創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日回、回、回、叵一考慮循環(huán)水流速、循環(huán)水溫度、循環(huán)水流程數(shù)和蒸汽負荷率等影響的修正系數(shù)；叵、回、但一考慮冷凝管安插、漏入空氣量和水側冷凝管壁運行清潔度等影響的修正系數(shù)12.山|(6.15)區(qū)|時ri(6.16)其中，臼為實際排汽量；同為凝汽器設計排汽量;(6.17)回為臨界排氣量,_冷卻概況設計清潔狀況和冷卻管資料及壁厚的修正系數(shù)|團按下式計算:1T(6.18)式中回一冷卻

9、概況設計清潔系數(shù)，與冷卻方式和水質有關，直流供水和清潔水時習取0.800.85;循環(huán)供水和化學處置(氯化、二氧化碳)的水時，3取0.750.80;污臟水和可能形成礦物沉淀的水，同|取0.650.75.兇一冷卻管資料及壁厚修正系數(shù)，對壁厚lmm的黃銅管為1.0,B5管為0.95,B30管為0.92,不銹鋼管為0.85.冷凝管安插修正系數(shù)|叵簡直定13:對實際運行的凝汽器，當凝汽器水側管壁足夠清潔(年夜修清掃后或新投運機組)以及汽輪機真空系統(tǒng)嚴密性正常時，可認為水側冷凝管壁運行清潔及汽側空氣量修正系數(shù)為1,即創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日H=凹=1亦即二者對凝汽器總體

10、傳熱系數(shù)無影響.取現(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)，依照熱平衡原理的方法計算所得凝汽器實際總平均傳熱系數(shù)依照別爾曼公式計算出凝汽器實際總平均傳熱系數(shù)叵則|(6.19)目的年夜小反映了管束安插的好壞,即回越年夜,說明管束安插越合理，反之亦然14.此系數(shù)可用來評價凝汽器管束安插的傳熱效果.凝汽器真空是汽輪機組經(jīng)濟運行的主要指標.提高汽輪機經(jīng)濟性的方法很多，比如改造設備、改造運行方式、調整配汽機構、減小節(jié)流損失以及提高凝汽器的真空等.相對而言提高凝汽器真空較其它方法更為易行.在運行中只要對汽輪機系統(tǒng)有針對性地開展工作，就可以使凝汽器真空有較年夜地提高.提高凝汽器真空可以增加循環(huán)熱效率，使機組熱耗率降低，煤耗減少，因此

11、凝汽器真空被做為重要的監(jiān)丈量.影響凝汽器真空的相關參數(shù)很多，如凝汽器循環(huán)水入口溫度、汽輪機排汽量、循環(huán)水量、真空系統(tǒng)嚴密性等20.相關參數(shù)對凝汽器真空影響的理論分析是基于偏微分原理，即下述四個原始公式所式，公式中包括以上四個未知數(shù)，針對每個公式，對上述四個未知數(shù)逐一進行偏微分求解，最終求解出排汽壓力對以上四個因素的偏導.對某一變量偏導時，其他三個變量堅持不變，即單因素分析.理論分析所需原始公式如下：一|20)金+1)飛.22)*(6123)注：在凝汽式汽輪機通常的排汽壓力變動范圍內(nèi)，A變動很小，約為2180kj/kg.(1)、循環(huán)水入口溫度對凝汽器真空度影響的理論分析循環(huán)水入口溫度直接影響凝汽

12、器的真空.現(xiàn)場實驗和理論計算均標明，循環(huán)水入口溫度越低，凝汽器真空越高.而循環(huán)水入口溫度由環(huán)境氣溫和供水方式?jīng)Q定.對直流供水系統(tǒng)而言，主要與氣候有關，如夏季比夏季水溫低，真空較高；對循創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日環(huán)供水系統(tǒng)而言，循環(huán)水入口溫度不單與氣溫有關，而且與冷卻設備的性能和運行狀態(tài)有關21.計算循環(huán)水入口溫度對凝汽器真空的影響時，假定其它參數(shù)堅持不變，且真空系統(tǒng)嚴密性正常，即空氣修正系數(shù)Ca=l;凝汽器水側管壁足夠清潔，及水側管壁運行清潔系數(shù)Cf=1.循環(huán)水溫度修正系數(shù)回寸循環(huán)水入口溫度|目的偏導：(64)循環(huán)水流程修正系數(shù)目對循環(huán)水入口溫度間的偏導：1(

13、6.25)循環(huán)水流速修正系數(shù)回對循環(huán)水入口溫度間的偏導：k尊6)其中，那時|叵|,區(qū)|(6.27)那時叵，司(6.28)凝汽器總平均傳熱系數(shù)K對循環(huán)水入口溫度凝汽器傳熱端差6對循環(huán)水入口溫度勺的偏導:(6.30)凝汽器排汽壓力對應下飽和溫度國寸循環(huán)水入口溫度臼的偏導：031)凝汽器排汽壓力回對循環(huán)水入口溫度I的偏導：_(6.32)|表6.4中的數(shù)據(jù)是在其他條件不變時:獨自質變循環(huán)水入口溫度，利用上訴數(shù)學模型計算獲得的.如圖6.4和6.5所示，凝汽器排汽壓力隨著循環(huán)水入口溫度的增加而升高，當循環(huán)水入口溫度較高時，凝汽器排汽壓力隨著循環(huán)水入口溫度增加而升高的幅度加年夜.(2)、汽輪機排汽量對凝汽器真空度影響的理論分析創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日由循環(huán)水溫開關系式知，當循環(huán)水量不變時，循環(huán)水溫升和凝汽器蒸汽負荷成正比.由別爾曼公式和傳熱端差的關系式可以看出：當凝汽器蒸汽負荷變動時,總體傳熱系數(shù)隨之改變，所以傳熱端差與蒸汽負荷的變動關系比力復雜.計算汽輪機排汽量對凝汽器真空的影響時，假定其它參數(shù)堅持不變，且真空系統(tǒng)嚴密性正常，即空氣修正系數(shù)Ca=l;凝汽器水側管壁足夠清潔，及水側管壁運行清潔系數(shù)Cf=