汽輪機設(shè)備及運行第五章

汽輪機設(shè)備及運行第五章第1頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第五章汽輪機的凝汽設(shè)備第一節(jié)凝汽設(shè)備的任務(wù)及組成第二節(jié)表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)及分類第三節(jié)凝汽器的熱力特性第四節(jié)抽氣器第五節(jié)凝汽器的運行與監(jiān)督第六節(jié)凝汽器的清洗第2頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)凝汽設(shè)備的任務(wù)及組成

§5.1

凝汽設(shè)備的任務(wù)及組成

凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪機裝置的重要組成部分之一，它的工作情況直接影響到整個裝置的熱經(jīng)濟性和運行可靠性。

凝汽設(shè)備在汽輪機裝置的熱力循環(huán)中起著冷源作用。降低汽輪機排汽的壓力和溫度，就可以減小冷源損失，提高循環(huán)熱效率。一、凝汽設(shè)備的任務(wù)熱力循環(huán)熱效率曲線第3頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.1

凝汽設(shè)備的任務(wù)及組成

在凝汽器中，不斷循環(huán)的冷卻水創(chuàng)造凝汽器中的低溫環(huán)境，使排汽釋放汽化潛熱而發(fā)生凝結(jié)。凝汽器中蒸汽凝結(jié)的空間是汽液兩相共存的，汽側(cè)壓力等于蒸汽凝結(jié)溫度所對應(yīng)的飽和壓力。蒸汽凝結(jié)溫度由冷卻條件決定。只要冷卻水溫不高，蒸汽凝結(jié)溫度也不高，一般為30℃左右，所對應(yīng)的飽和壓力約為4-5kPa,該壓力大大低于大氣壓力，從而在凝汽器中形成高度真空。

凝汽設(shè)備的最主要的作用有兩方面：一是在汽輪機排汽口建立并維持一定的真空；二是保證蒸汽凝結(jié)并回收凝結(jié)水作為鍋爐給水。。此外，凝汽設(shè)備還是凝結(jié)水和補給水去除氧器之前的先期除氧設(shè)備；接受機組啟停和運行中的疏水和甩負荷過程中旁路排汽，以回收熱量和減少循環(huán)工質(zhì)損失。第4頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.1

凝汽設(shè)備的任務(wù)及組成二、凝汽設(shè)備的組成

以水為冷卻介質(zhì)的凝汽設(shè)備，一般由凝汽器、凝結(jié)水泵、抽氣器、循環(huán)水泵以及它們之間的連接管道和附件組成。最簡單的凝汽設(shè)備示意圖如圖示。最簡單的凝汽設(shè)備示意圖1.凝汽器：凝結(jié)乏汽，建立真空，收集凝結(jié)水并進行除氧。2.循環(huán)水泵：提供連續(xù)足量的循環(huán)冷卻水，帶走蒸汽的熱量。3.凝結(jié)水泵：向鍋爐輸送潔凈的給水。4.抽氣器：排出不凝結(jié)氣體，維持凝汽器真空。第5頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月三、凝汽設(shè)備的要求

凝汽設(shè)備滿足的要求：1.具有較高的傳熱系數(shù)；2.有良好的嚴密性；3.盡可能的降低凝結(jié)水的過冷度。4.凝汽器的汽阻、水阻要小。5.力求抽氣功耗最小；6.凝結(jié)水的溶氧量要??；7.便于安裝、檢修、清洗維護。

§5.1

凝汽設(shè)備的任務(wù)及組成第6頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型

凝汽器可分為表面式和混合式兩大類。根據(jù)冷卻介質(zhì)不同，表面式凝汽器又分為空氣冷卻式和水冷卻式兩種。其中，水冷卻式凝汽器應(yīng)用得較廣泛，因此，水冷卻表面式凝汽器常簡稱為表面式凝汽器?？绽涫侥髦辉谌彼貐^(qū)使用?？諝饫鋮s凝汽器是以空氣作為冷卻介質(zhì)，把蒸汽凝結(jié)成水。發(fā)電廠采用翅片管式的空冷散熱器，直接或間接用環(huán)境空氣來冷凝汽輪機排汽的冷卻系統(tǒng)，稱為空冷系統(tǒng)。采用空冷系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機組簡稱為空冷機組。與同容量濕冷機組相比，空冷機組冷卻系統(tǒng)本身可節(jié)水97%以上，全廠性節(jié)水約65%。所以，空冷機組是“富煤缺水”地區(qū)或干旱地區(qū)建設(shè)火力發(fā)電廠的最佳選擇。第7頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第8頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第9頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第10頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第11頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第12頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第13頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

汽輪機排汽管道

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第14頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

排汽管道的布置

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第15頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

水冷表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)簡圖如圖。

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第16頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月一、表面式凝汽器的分類

汽流向心式汽流方向冷卻水流程單流程水室形式單一制對分制

汽流向側(cè)式雙流程多流程汽側(cè)壓力單壓多壓

汽流向上式

汽流向下式

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第17頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月管束隔板冷卻管束抽氣口擋板空氣冷卻區(qū)熱井水室隔板人孔

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型二、凝汽器的構(gòu)造第18頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型

1.凝汽器的外殼材料：生鐵鑄造或鋼板焊接外形：圓形（中小機組）或方箱形（大機組）第19頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第20頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第21頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.水室和端蓋材料：生鐵或鋼板

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第22頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.管板和隔板材料：黃銅和不銹鋼

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第23頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第24頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第25頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.凝汽器管材料：銅管、不銹鋼管或鈦管

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第26頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型凝汽器管的排列方式斜放正方形排列方式三角形排列方式輻向排列方式第27頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型“卵狀”管束布置形式管束布置形式第28頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型“教堂窗式”管束布置形式管束布置形式第29頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型“帶狀”管束布置形式管束布置形式第30頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型“將軍帽”狀管束布置形式管束布置形式第31頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

5.凝汽器與汽輪機排汽口的連接

§5.2表面式凝汽器的結(jié)構(gòu)和類型第32頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)凝汽器的熱力特性

§5.3凝汽器的熱力特性

由表面式凝汽器的工作原理可知，在理想情況下，凝汽器的壓力應(yīng)等于冷卻水溫所對應(yīng)的飽和蒸汽壓力。實際情況下，凝汽器的壓力總是高于這一理想壓力。一、凝汽器內(nèi)壓力的確定凝汽器汽側(cè)空間多組分介質(zhì)共存蒸汽不凝結(jié)氣體原蒸汽中夾帶（很少），真空系統(tǒng)不嚴密漏入系統(tǒng)的空氣道爾頓定律：汽側(cè)空間的總壓力是組成氣體分壓力之和第33頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月利用混合氣體關(guān)系式求得假定：凝結(jié)99%，干度x=0.01凝結(jié)99.9%，干度x=0.001凝結(jié)99.99%，干度x=0.0001

§5.3凝汽器的熱力特性第34頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月pspspaps空冷區(qū)主凝結(jié)區(qū)主凝結(jié)區(qū)，總壓pc≈蒸汽壓力ps，ps決定于汽、水共存的熱平衡溫度，即對應(yīng)壓力下水蒸汽的飽和溫度。凝汽器內(nèi)的溫度決定于蒸汽凝結(jié)和冷卻水加熱的換熱過程?？绽鋮^(qū)，空氣所含比重逐漸變大，ps才明顯小于pc，ts下降，汽氣混合物才被冷卻。pc

§5.3凝汽器的熱力特性通常，凝汽器的壓力是指凝汽器喉部的壓力（主凝結(jié)區(qū)），所以，凝汽器的壓力可以通過計算凝汽器中蒸汽的凝結(jié)溫度來確定凝汽器的壓力。第35頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月主凝結(jié)區(qū)空冷區(qū)t水2蒸汽1tstw1tw2ts’’△t冷卻水溫升冷卻水的進、出口溫差。傳熱端差凝汽器進口壓力下的蒸汽飽和溫度與冷卻水出口溫度的差。主凝結(jié)區(qū)的凝結(jié)溫度：主凝結(jié)區(qū)：

§5.3凝汽器的熱力特性凝汽器中蒸汽與冷卻水溫度沿冷卻面積的分布示意圖第36頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月影響凝汽器內(nèi)壓力的三個因素：冷卻水進口溫度

季節(jié)與氣候（主要因素）夏季冬季>夏季真空冬季真空<南方北方>南方真空北方真空<同樣條件供水方式由熱平衡方程求得：2.冷卻水溫升冷卻水的溫升可根據(jù)凝汽器的換熱方程求得。蒸汽的放熱量等于冷卻水的吸收量。熱平衡方程為：

§5.3凝汽器的熱力特性冷水塔和噴水池的冷卻效果開式閉式水源-江、河、湖、海第37頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月直流（開式）供水(4.2.3)循環(huán)倍率m：冷卻水量與被凝結(jié)蒸汽量之比。m

真空初投資循環(huán)水泵電耗循環(huán)水泵容量循環(huán)水管路阻力末級葉片長度m=50~120單流程（水阻?。﹎取較大值雙流程（水阻大）循環(huán)（閉式）供水m取較小值開啟臺數(shù)是汽化潛熱，考慮濕度后，在2140～2220KJ/Kg左右，取平均值，則

§5.3凝汽器的熱力特性第38頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月一般汽輪機運行時，排汽量由外界負荷決定，不可調(diào)節(jié)，所以控制冷卻水溫升的主要手段就是改變冷卻水量。冷卻水量主要由循環(huán)水泵的容量和運行臺數(shù)決定。冷卻水量增加，Δt減小，排汽壓力降低,則汽輪機發(fā)出功率增加。但無論從設(shè)計角度還是運行角度來說，都不是真空越高越好。對于一臺結(jié)構(gòu)已定的汽輪機，蒸汽在末級存在極限膨脹壓力。若排汽壓力低于該值，則蒸汽的部分膨脹只能發(fā)生在動葉之后，產(chǎn)生膨脹不足損失，汽輪機功率不再增加，反而還因凝結(jié)水溫降低、最末級回?zé)岢槠吭黾佣箼C組功率減小。凝汽器的極限真空就是指使汽輪機作功達到最大值的排汽壓力所對應(yīng)的真空。而且，要達到凝汽器的極限真空，需要大幅度增加循環(huán)水量，導(dǎo)致循環(huán)水泵功耗增加，在經(jīng)濟上不合算。

§5.3凝汽器的熱力特性第39頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月運行中，機組要盡量保持在凝汽器的最佳真空下工作。最佳真空就是指提高真空后所增加的汽輪機功率與為提高真空使循環(huán)水泵多消耗的廠用電之差達到最大時的真空值。

實際上，運行循環(huán)水泵可能有幾臺，循環(huán)水量也不能連續(xù)調(diào)節(jié)，所以應(yīng)通過試驗確定不同負荷及不同進口水溫下的最佳真空。

§5.3凝汽器的熱力特性第40頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月3.凝汽器傳熱端差傳熱方程

凝汽器的傳熱過程是管外凝結(jié)放熱、管壁導(dǎo)熱、管內(nèi)污垢導(dǎo)熱和冷卻水的對流傳熱。采用集總參數(shù)模型對數(shù)平均溫差tw1

蒸汽1水2主凝結(jié)區(qū)空冷區(qū)ttstw2空冷區(qū)面積較小，假設(shè)ts沿整個換熱面不變：

§5.3凝汽器的熱力特性第41頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.3凝汽器的熱力特性影響的主要因素設(shè)計時運行時傳熱面積Ac，投資，需技術(shù)經(jīng)濟比較決定，不宜過小，3～10℃⑴冷卻面積Ac雜物堵塞，人為堵塞(銅管泄漏后)Ac由此求得第42頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.3凝汽器的熱力特性（2）影響汽側(cè)放熱系數(shù)的因素：管表面附近不凝結(jié)氣體聚積形成氣膜阻礙蒸汽的凝結(jié)放熱，進一步加大熱阻。（凝汽器嚴密性變差，抽氣器工作性能惡化使汽膜增厚）水膜厚度氣膜厚度凝結(jié)水膜厚度受凝結(jié)量和管束排列影響。物理垢(如礦物垢，污垢)生物垢導(dǎo)熱熱阻增大總體傳熱系數(shù)減小端差增大膠球清洗酸洗添加抗生物藥劑（3）影響管壁導(dǎo)熱系數(shù)的因素：管壁厚度材料導(dǎo)熱系數(shù)盡量采用導(dǎo)熱性能優(yōu)良的銅管內(nèi)結(jié)垢對耐腐蝕有較高要求時可選用鈦管或不銹鋼管第43頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.3凝汽器的熱力特性流速（主要因素）流速對流傳熱循環(huán)水泵功耗銅管沖刷嚴重（4）影響水側(cè)熱阻的因素：流速水阻最佳水速：1.5～2.0m/s凝汽器的熱力特性：凝汽器壓力隨、和變化而變化的規(guī)律。也稱為凝汽器的變工況特性，相應(yīng)的曲線稱為凝汽器的熱力特性曲線。二、凝汽器的熱力特性凝汽器的變工況：凝汽器偏離設(shè)計參數(shù)的運行工況。第44頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.3凝汽器的熱力特性第45頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)抽氣器抽氣器的作用抽取凝汽器汽側(cè)空間的不凝結(jié)氣體，以保持汽側(cè)良好的傳熱狀態(tài)和凝汽器真空。機組啟動時，在汽輪機內(nèi)部建立真空，加快汽缸及轉(zhuǎn)子加熱。抽氣器的類型射流式抽氣器容積泵射汽抽氣器射水抽氣器母管制小型機組大型機組水環(huán)式真空泵機械式真空泵逐步取代射水抽氣器

§5.4抽氣器第46頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月一、射汽抽氣器工作蒸汽壓縮后的汽氣混合物汽氣混合物超音速汽流高度真空》抽吸》動量交換》夾帶混合室與凝汽器抽氣口相連工作噴嘴外殼擴壓管射汽抽氣器汽源節(jié)流降壓的主蒸汽或除氧器汽平衡管工作蒸汽

§5.4抽氣器第47頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月單級，混合物排入大氣不回收工質(zhì)射汽抽氣器啟動抽氣器主抽氣器多級（2-3級），降低單級擴壓比，提高效率，回收工質(zhì)

§5.4抽氣器第48頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月二、射水抽氣器混合室擴壓管工作水室噴嘴射水泵高壓工作水（循環(huán)水）與凝汽器抽氣口相連逆止閥喉部優(yōu)點無需汽源工作可靠無需啟動抽氣器壓力水在噴嘴中降壓增速，形成高速射流，產(chǎn)生高度真空，抽吸凝汽器氣汽混合物，在混合室中攜帶不凝結(jié)氣體運動。水射流達到一定行程后發(fā)生破碎，與不凝結(jié)氣體產(chǎn)生碰撞進行強烈的動量交換，對混合氣體進行壓縮升壓，然后利用水柱自重對其進一步壓縮。不回收工質(zhì)缺點噪音大效率低

§5.4抽氣器

§5.4抽氣器

§5.4抽氣器第49頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.4抽氣器第50頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月空腔4～6的容積排氣過程?？涨?～3的容積吸氣過程；三、水環(huán)式真空泵外殼偏心葉輪工作水同心水環(huán)123654假如葉輪不偏裝水環(huán)吸氣口排氣口

§5.4抽氣器工作條件葉輪偏心必須安裝泵殼內(nèi)有足量的工作水第51頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.4抽氣器第52頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

§5.4抽氣器第53頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)凝汽器的運行與監(jiān)督

凝汽設(shè)備運行的好壞對整個機組運行的經(jīng)濟性和安全性有很大影響。凝汽設(shè)備的運行主要是保證凝汽器維持最有利真空、減小凝結(jié)水的過冷度和凝結(jié)水品質(zhì)合格。凝汽設(shè)備運行時，主要對以下參數(shù)進行監(jiān)視：(1)凝汽器的真空；(2)凝汽器進口蒸汽溫度；(3)凝汽器出口凝結(jié)水溫度；(4)冷卻水進出口溫度；(5)循環(huán)水泵的耗功；(6)冷卻水在凝汽器進、出口的壓力；(7)凝結(jié)水在熱井中的水位和水質(zhì)。

§5.5凝汽器的運行與監(jiān)督第54頁，課件共60頁，創(chuàng)作于2023年2月

一、凝汽器真空下降的原因1.真空急劇下降的原因(1)循環(huán)水中斷；(2)凝汽器水位過高，淹沒銅管和抽氣口；(3)抽氣設(shè)備故障；(4)軸封供汽中斷；(5)真空系統(tǒng)大量漏氣；2.真空緩慢下降的原因(1)真空系統(tǒng)不嚴密導(dǎo)致漏氣；(2)凝汽器水位高；(3)循環(huán)水量不足；(4)抽氣器效率下降；(5)凝汽器銅管結(jié)垢、臟污或堵塞；

§5.5