凝汽器與真空系統(tǒng)

凝汽器與真空系統(tǒng)專題講座之一1當前第1頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一2主要內容凝汽器真空的一些概念影響凝汽器真空的因素真空嚴密性與真空查漏凝汽器臟污與清洗循環(huán)水量和循環(huán)水溫真空泵工作狀態(tài)對機組真空的影響影響真空泵效率的因素真空泵的汽蝕和汽蝕保護兩種真空泵的比較當前第2頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一3凝汽器真空建立的原理啟動時，凝汽器真空的建立依賴于真空泵將凝汽器中的空氣抽出。機組沖轉后，加入凝汽器的汽輪機排汽受到循環(huán)水的冷卻而凝結成水，其體積大大地縮小，原來由蒸汽充滿的容器空間就形成了高度真空。當前第3頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一4凝汽器真空的維持靠循環(huán)水不間斷地將排汽的熱量帶走，使得蒸汽的凝結過程不間斷地進行?？空婵毡没蚋鞣N抽氣器將不凝結的氣體不間斷地地排出，使這些氣體不至于在凝汽器中積累而造成真空的破壞。當前第4頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一5循環(huán)水溫升和凝汽器端差ts＝tw1＋Δt＋δt式中：ts——與凝汽器壓力Pc相對應的飽和蒸汽溫度，℃；tw1——循環(huán)水進口溫度，℃；Δt——循環(huán)水溫升，℃；δt——凝汽器端差。

k——凝汽器的傳熱系數(shù)；Ac——凝汽器的換熱面積；

Dw——循環(huán)水流量。當前第5頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一6凝汽器有關參數(shù)變化的特性循環(huán)水進口溫度tw1主要受運行方式和環(huán)境影響

循環(huán)水溫升Δt與蒸汽流量和循環(huán)水流量有關；

凝汽器端差δt與循環(huán)水流量、循環(huán)水流速、循環(huán)水進口溫度、蒸汽流量、凝汽器銅管（或鈦管）表面清潔程度、真空系統(tǒng)嚴密程度等因素有關。

當前第6頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一7凝汽器的最佳真空

凝汽器的最佳真空有最佳設計真空和最佳運行真空兩種概念。

凝汽器的最佳設計真空是指在新設計一個發(fā)電廠時，整個發(fā)電廠冷卻系統(tǒng)中所選擇的設備容量、參數(shù)、設備相互匹配以及年運行費用為最少時所確定的凝汽器壓力。凝汽器的最佳運行真空是指在一個已投運的熱力系統(tǒng)中，設備的型式、容量、參數(shù)及設備間的匹配關系都確定的條件下，使熱力系統(tǒng)運行時的熱耗為最小的凝汽器壓力。

當前第7頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一8極限真空極限真空是指汽輪機的背壓降低到某一數(shù)值后，蒸汽的膨脹有部分是在末級動葉柵后進行的，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到極限時的背壓，稱為極限背壓，它對應的真空稱為極限真空。

當前第8頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一9最佳真空的確定一般來講，在其它條件無法改變的情況下，提供凝汽器的真空只有通過增加循環(huán)水流量來達到。假使從某一運行工況開始，增加循環(huán)水量，提高凝汽器真空，使汽輪機的功率增加ΔPT，同時循環(huán)水泵的耗功增加ΔPP，功率差ΔP，只有ΔP>0時，在經(jīng)濟上才是合算的。由于ΔP隨凝汽器的真空值不同而有所變化，我們總可以找到ΔP為最大時的一個運行工況。ΔPmax所對應的真空即是最佳真空（見圖）。

當前第9頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一10極限真空與最佳真空的關系圖

當前第10頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一11我廠機組凝汽器和真空系統(tǒng)的組成2＃機的汽輪機向下排汽，凝汽器在汽輪機運轉層下面，抽真空設備為錐體式水環(huán)真空泵，循環(huán)水采用閉式循環(huán)，機力冷卻塔冷卻。（設備包括兩臺主循環(huán)水泵和四臺風機）5＃機的汽輪機軸向排汽，凝汽器與汽輪機同布置在零米層，抽真空設備為平面式水環(huán)真空泵并配置進口大氣噴射器，循環(huán)水采用海水，是開式循環(huán)。當前第11頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一122＃機循環(huán)水系統(tǒng)的運行方式循環(huán)水系統(tǒng)的運行方式兩臺主循環(huán)水泵＋四臺風機＋兩臺輔泵兩臺主循環(huán)水泵＋四臺風機一臺主循環(huán)水泵＋四臺風機＋兩臺輔泵一臺主循環(huán)水泵＋三臺風機＋兩臺輔泵一臺主循環(huán)水泵＋三臺風機一臺主循環(huán)水泵＋兩臺輔泵＋兩臺風機一臺主循環(huán)水泵＋兩臺風機當前第12頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一132＃機經(jīng)濟真空的確定序號氣溫條件運行方式114～15℃一臺主循環(huán)水泵＋三臺風機216～21℃一臺主循環(huán)水泵＋三臺風機＋兩臺輔泵321～25一臺主循環(huán)水泵＋四臺風機＋兩臺輔泵4>25℃兩臺主循環(huán)水泵＋四臺風機當前第13頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一14真空嚴密性試驗真空系統(tǒng)是否嚴密應由真空嚴密性試驗來確定。試驗的條件是機組在額定負荷80％以上。方法：關閉真空泵進口閥門，待閥門完全關閉后，記錄機組真空下降速度。若真空下降速度小于267Pa/min，則真空系統(tǒng)嚴密性屬優(yōu)良；若真空下降速度小于400Pa/min，則真空系統(tǒng)嚴密性合格；若真空下降速度大于665Pa/min，則真空系統(tǒng)泄漏嚴重。當前第14頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一15影響機組真空泵嚴密性的因素凝結水泵以及低加疏水泵軸向密封不嚴；汽輪機端部軸封工作不正常；汽輪機排汽缸和凝汽器喉部連接法蘭或焊縫處漏氣；汽輪機低壓缸結合面以及表計接頭等不嚴密；真空系統(tǒng)閥門不嚴密；真空系統(tǒng)的設備、管道破損或者焊縫存在問題。

當前第15頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一16真空系統(tǒng)查漏的方法鹵素檢漏法氦質譜檢漏法超聲檢漏法螢光法汽側灌水試驗燭光法薄膜法

當前第16頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一17查漏實例1996年5＃機疏水管法蘭漏氣5＃機后軸封中分面漏氣當前第17頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一18凝汽器臟污與清洗

平板濾網(wǎng)和旋轉濾網(wǎng)二次濾網(wǎng)膠球清洗凝汽器管束清洗（機械清洗和化學清洗）循環(huán)水加藥當前第18頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一19循環(huán)水量不足判斷標準——Δt循環(huán)水泵工作不正常。循環(huán)水泵進口濾網(wǎng)堵塞。二次濾網(wǎng)堵塞。管道、排污閥等泄漏。海水潮位或（河流、水池等水位）的下降。當前第19頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一20循環(huán)水進口溫度對于開式循環(huán)，水溫與季節(jié)、地域有關。對于閉式循環(huán)，冷卻塔工作性能的好壞有關，其根本就是與當?shù)貧庀髼l件有著密切的關系。當前第20頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一21冷卻塔的工作原理接觸散熱——在冷卻塔中，當水與不同溫度的空氣接觸時，在它們之間就有熱量傳遞，我們將水的這種傳熱方式，稱為接觸散熱。其傳熱量的大小與水和空氣的溫度差有關，溫差越大，冷卻效果就越好。大氣溫度越低，冷卻塔的冷卻能力越高。蒸發(fā)散熱——在冷卻塔中，水與空氣接觸傳熱的同時，還存在著蒸發(fā)散熱的作用，水向空氣蒸發(fā)而使水溫降低。水的蒸發(fā)與空氣相對濕度、大氣壓力及風力的大小等因素有關。相對濕度小、大氣壓力低或風速大，蒸發(fā)作用強。當前第21頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一22水環(huán)式真空泵的工作原理

葉輪和泵軸的軸線與泵殼體的中心線偏離，兩端由端側蓋封住，側蓋端面上開有吸氣口和排氣口，分別與泵的進出口相通。當泵內充有適量工作液體時，由于葉輪的旋轉，液體向四周甩出，在泵體內壁與葉輪之間形成一個旋轉的液環(huán)。液體內表面與葉輪轂表面及側蓋端面之間形成月牙形的工作腔室，葉輪葉片又將氣腔分隔成若干互不連通容積不等的封閉水室。在葉輪的前半轉（吸入側），水室容積逐漸增大，氣體經(jīng)吸氣口吸入水室；在葉輪的后半轉（排氣側），水室容積逐漸減小，氣體被壓縮，壓力升高后經(jīng)排氣口排出。當前第22頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一23水環(huán)式真空泵原理圖1當前第23頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一24水環(huán)式真空泵原理圖2當前第24頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一25影響真空泵效率的主要因素—水溫由于水環(huán)式真空泵是考水環(huán)與葉輪之間形成的月牙形的工作腔室來抽吸空氣和水蒸汽，腔室壓力一旦等于于水環(huán)水的飽和壓力，水就會汽化，因此腔室的壓力最低不能低于水環(huán)水的飽和壓力，系統(tǒng)的真空就會受到此飽和壓力的限制，若水環(huán)水的溫度升高，飽和壓力也升高，系統(tǒng)的真空就會降低。

當前第25頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一26影響真空泵水溫的因素凝汽器中不凝結氣體和少量水蒸汽被真空泵抽出，凝汽器的壓力總要高于真空泵吸氣腔室的壓力，不凝結氣體和少量水蒸汽的溫度高于水環(huán)水的溫度，會將熱量帶給水環(huán)水，使之溫度升高。當前第26頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一27真空泵的運行方式開式循環(huán)－－水環(huán)水直接由自來水或工業(yè)冷卻水系統(tǒng)供給，并直接排掉，由不凝結氣體和少量水蒸汽帶來熱量也隨水環(huán)水排走。閉式循環(huán)－－由不凝結氣體和少量水蒸汽帶來熱量通過熱交換器的外循環(huán)水帶走。當前第27頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一28真空泵兩種運行方式的特點開式循環(huán)中，水溫相對較低，但會造成水資源浪費，水環(huán)水流量易受受管網(wǎng)壓力影響，工作效率相對不穩(wěn)定。閉式循環(huán)中，水溫相對高些，流量穩(wěn)定，也不會造成水資源的浪費；但會增加真空泵成套設備耗功。當前第28頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一29板式換熱器和管式換熱器性能比較采用閉式循環(huán)的真空泵成套設備都需要配置換熱器——板式換熱器或管式換熱器。管式換熱器中冷卻水為層流，冷卻水和被冷卻水流動成90度，不形成對流。板式換熱器中冷卻水和被冷卻水均為湍流，流動成180度，形成對流。板式換熱器換熱效率高，因而所需傳熱端差小，能有效降低水環(huán)水溫度，間接提高真空泵效率。板式換熱器因其結構特點，只適用與溫度、壓力不高的場所，特別適用與電廠的真空系統(tǒng)。當前第29頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一30管式換熱器的外形圖當前第30頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一31板式換熱器的外形圖當前第31頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一32安裝和維護比較板式換熱器體積和重量較小，運輸與安裝都相當容易。板式換熱器結構簡單，拆卸和清洗非常方便。板式換熱器因運行溫度和壓力低，不容易產(chǎn)生泄漏，一旦出現(xiàn)滲漏或泄漏，又很容易被發(fā)現(xiàn)。當前第32頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一33真空泵的汽蝕現(xiàn)象水泵產(chǎn)生汽蝕是由于水汽化后產(chǎn)生汽泡，汽泡集聚在低壓區(qū)形成空穴，空穴被流動的水帶到高壓區(qū)，致使蒸汽突然凝聚、收縮，汽泡破裂而產(chǎn)生撞擊。若汽泡附著在葉輪表面，并不斷產(chǎn)生水的汽化和蒸汽的凝聚，就會對泵產(chǎn)生汽蝕。水環(huán)真空泵的特點決定了這種泵容易產(chǎn)生汽蝕。

當前第33頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一34汽蝕保護1采用兩級泵。每一級的壓縮比分別為6/1、5/1，因此壓縮熱降低，水環(huán)水溫升小，水不容易汽化。同時兩級泵將壓縮比降低后，由于壓差小，汽泡不容易破裂，即使破裂，其能量也小得多。真空泵的冷卻水通過噴嘴形成霧狀水珠，冷卻從凝汽器來的絕大部分水蒸氣，并迅速凝聚結成水，大大提高泵的效率，同時有效降低進氣溫度，間接地防止汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生。當前第34頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一35汽蝕保護2將很小一部分排出口正壓氣體引入真空泵的吸入腔，并在葉輪表面形成一層薄薄的氣體保護膜，用以防止汽蝕。真空泵進口安裝有大氣噴射器，適當提高泵的吸入腔壓力，防止泵汽蝕。當前第35頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一36大氣噴射器當前第36頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一37兩種型式真空泵平面式真空泵和錐體式真空泵，這兩種真空泵是目前真空泵的兩個主要流派，多數(shù)火電廠都使用這兩種真空泵。平面式真空泵是第一代水環(huán)真空泵，錐體式真空泵是在平面泵基礎上發(fā)展起來的第二代水環(huán)真空泵，在結構和性能上，錐體泵明顯比平面泵有優(yōu)勢。

當前第37頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一38錐體式真空泵的改進之處進氣口和排氣口的改進單級泵改為兩級泵泵入口管上加冷凝噴嘴偏心位置的改進當前第38頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一39進氣口和排氣口的改進

當前第39頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一40泵入口管上加冷凝噴嘴當前第40頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一41偏心位置的改進1當前第41頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一42偏心位置的改進2當前第42頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一43錐體真空泵在性能上的優(yōu)勢1效率高——錐體泵進氣面積大，開口深入葉輪艙，通道最通暢，進氣阻力小，大大提高泵的抽氣能力。其次，在泵入口管上加冷凝噴水來冷凝可凝氣體，吸入泵的氣體體積會大大減少，進一步提高了泵的抽氣能力。另外，采用兩級泵后，壓縮比降低，也降低了壓縮熱，且壓縮熱分兩次傳遞給水環(huán)水，水環(huán)水的溫升比單級泵小。由于水環(huán)水溫度低，冷卻效果好，因而效率高。

當前第43頁\共有49頁\編于星期日\19點專題講座之一44錐體真空泵在性能上的優(yōu)勢2能有效防止汽蝕

——錐體泵采用兩級泵后，由于壓縮熱