凝汽器基礎知識

一、概述1、凝汽器說明凝汽器使驅(qū)動汽輪機做功后排出的蒸汽變成凝結(jié)水的熱交換設備。蒸汽在汽輪機內(nèi)完成一個膨脹過程后，在凝結(jié)過程中，排汽體積急劇縮小，原來被蒸汽充滿的空間形成了高度真空。凝結(jié)水則通過凝結(jié)水泵經(jīng)給水加熱器、給水泵等輸送進鍋爐，從而保證整個熱力循環(huán)的連續(xù)進行。2、凝汽器的主要作用在汽輪機排汽口造成較高真空，使蒸汽在汽輪機中膨脹到最低壓力，增大蒸汽在汽輪機中的可用焓降，提高循環(huán)熱效率。同時，將汽輪機的低壓缸排出的蒸汽凝結(jié)成水，重新送回鍋爐進行循環(huán)。匯集各種疏水，減少汽水損失。3、表面式凝汽器的工作原理凝汽器中裝有大量的銅管或鈦管、不銹鋼管，并通以循環(huán)冷卻水。當汽輪機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，在汽輪機排汽口下凝汽器內(nèi)部造成較高的真空。凝汽器是火力發(fā)電廠的大型換熱設備。凝汽器運行時，冷卻水從前水室的下半部分進來，通過冷卻水管(換熱管)進入后水室，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。低溫蒸汽則由進汽口進來，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。二、凝汽器的結(jié)構(gòu)凝汽器是由喉部、殼體（包括熱井、水室）及底部的滑動、固定支座等組成的全焊結(jié)構(gòu)。系單殼體、雙流程、表面式凝汽器。1、喉部凝汽器喉部的四周由20mm厚的鋼板焊成，內(nèi)部桁架支撐使整個喉部剛性較好。喉部上布置有組合式低壓加熱器、給水泵汽輪機的排汽接管、汽輪機旁路系統(tǒng)的減溫減壓器等。汽輪機的第五、六、七、八段抽汽管道從喉部頂部引入，第五、六段抽汽管通過喉部殼壁引出，第七、八段抽汽管接入組合式低壓加熱器。抽汽管的保溫設計，應用氣體隔熱原理，采用不銹鋼保溫罩，從而避免了采用一般保溫材料作保溫層時，由于保溫材料的剝落而影響凝結(jié)水水質(zhì)。2、殼體和水室殼體由20mm厚的鋼板拼焊而成，內(nèi)有支撐桿等加強件，具有良好的剛性。在殼體內(nèi)組成四組管束（管束為三角形排列）。冷卻水經(jīng)前進水室進入中間兩組管束，經(jīng)后水室回轉(zhuǎn)，然后分別從兩側(cè)的兩組管束流經(jīng)兩側(cè)的前出水室流出冷凝器。冷卻水在管束（包括后水室）內(nèi)，作水平轉(zhuǎn)向運動，使冷卻水進入冷卻管的水流速度均勻，熱負荷分布均勻。在每組管束下部均設有空冷區(qū)，其空氣抽出管由氣側(cè)空間引出，空冷區(qū)冷卻管總數(shù)為1564根，采用Φ22X0.7/TP304不銹鋼管，主凝結(jié)區(qū)頂部外圍兩排冷卻水管采用Φ22X0.7/TP304不銹鋼管，共1040根。主凝結(jié)區(qū)(除管板劃線圖上的頂部外圍包絡線附近兩排管子外)均采用Φ22X0.5/TP304的不銹鋼管，共23448根。冷卻管的兩端采用脹焊方式固定在端管板上，端管板與殼體采用焊接形式構(gòu)成一整體，中間管板通過支撐桿與殼體側(cè)板相焊，管板底部則借助于垂直支撐桿與殼體底板焊接。在殼體內(nèi)還設置了一些集水板和擋汽板，靠近兩端管板處，還設置有取樣水槽，以便檢測冷卻管與管板之間的密封性。殼體下部為熱井，本凝汽器采用熱井與殼體合并的形式，凝結(jié)水出口設置在熱井底部，凝結(jié)水管出口處設置了消渦裝置。前后水室均為由鋼板卷制成的弧形結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、流動性能好、阻力小、振動小，利于水流進入冷卻管等優(yōu)點。前水室分為四個獨立腔室，中間兩個水室為進水室，旁邊兩個水室為出水室，后水室為兩個獨立腔室，前水室與管板采用法蘭連接的固定形式，后水室與管板采用焊接連接的形式，便于更換冷卻管。在喉部、殼體下部、水室上均設有人孔，以便對凝汽器進行檢修、維護。水室上還開有疏水孔、放氣孔等。本凝汽器配置有一套水位計，運行時，可對凝汽器熱井水位進行顯示監(jiān)測。3、連接和支承方式凝汽器與汽輪機排汽口采用不銹鋼膨脹節(jié)撓性連接，凝汽器下部為鋼性支承，運行時凝汽器上、下方向的熱膨脹由喉部上面的波形膨脹節(jié)來補償，在其底部設有一個固定支座、四個滑動支座?？紤]到凝汽器運行時隨負荷及工況變化產(chǎn)生的自身的膨脹，四角處的支承采用滑動支承，滑動面采用PTFE板，在凝汽器底部中間處支承采用固定支承，將凝汽器固定在基礎上，其位置與汽輪機低壓缸死點一致。4、由于管束的布置得合理，凝結(jié)水下落時不斷沖擊下排管束的外表面，使管子外表面的層流層不斷受到破壞，始終不能增厚，從而改善傳熱效果。在凝汽器中，有一部分蒸汽直接從管束底部向上進入管束，這部分蒸汽不斷地對自上而下流動的凝結(jié)水產(chǎn)生較劇烈的擾動，加熱凝結(jié)水。這樣，一方面可使凝結(jié)水脫氧，另一方面還可以減小凝結(jié)水的過冷度。5、凝結(jié)水母管上還接有若干支管，分別向下列用戶提供水源:（1）真空破壞門注水和軸封冷卻器注水。（2）汽動、電動給水泵和汽動給水泵的前置泵軸封冷卻水。（3）定冷水箱補水。（4）小汽輪機電動排汽蝶閥的密封水。（5）閉式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)高位水箱補水。（6）閥門密封水。（7）爐水泵低壓注水。（8）各類減溫水等。三、凝汽器的運行指標1、凝汽器真空度從真空表所讀得的數(shù)值稱真空度。真空度數(shù)值是表示出系統(tǒng)壓強實際數(shù)值低于大氣壓強的數(shù)值，即:真空度=大氣壓強-絕對壓強

凝汽器中真空的形成主要原因：（1）在啟動過程中，凝汽器真空是由真空泵將汽輪機和凝汽器內(nèi)大量空氣抽出而形成的。（2）在正常運行中，凝汽器真空的形成是由于汽輪機排汽在凝汽器內(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。凝結(jié)器的真空形成和維持必須具備三個條件:（1）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）真空泵必須把漏入的空氣和排汽中的其它氣體抽走。真空下降的原因和處理：因為真空系統(tǒng)龐大，影響真空的因素較多，所以真空緩慢下降時，尋找原因比較困難，重點可以檢查以下各項，并進行處理。（1）循環(huán)水量不足：循環(huán)水量不足表現(xiàn)在同一負荷下，凝汽器循環(huán)水進出口溫差增大，其原因可能是凝汽器進入雜物而堵塞。對于裝有膠球清洗裝置的機組，應加強清洗。對于凝汽器出口管有虹吸井的機組，應檢查虹吸是否被破壞，其現(xiàn)象是：凝汽器出口側(cè)真空到零，同時凝汽器入口壓力增加。出現(xiàn)上述情況時，應啟動水室真空泵，恢復出口處的真空，必要時可增加進入凝汽器的循環(huán)水量。凝汽器進出口溫差增加，還可能是由于循環(huán)水出口管積存空氣或者是銅管結(jié)垢嚴重。此時應開啟出口管放空氣閥，排除空氣或投入膠球清洗裝置進行清洗，必要時在停機后用高壓水進行沖洗。（2）凝汽器水位升高：導致凝汽器水位升高可能是凝結(jié)水泵入口汽化或者凝汽器銅管破裂漏入循環(huán)水等。凝結(jié)水泵入口汽化可以通過凝結(jié)水泵電流的減小來判斷，當確認是由于此原因造成凝汽器水位升高時，應檢査水泵入口側(cè)蘭盤根是否不嚴，漏入空氣。凝汽器銅管破裂可通過檢驗凝結(jié)水硬度加以判斷。（3）真空泵工作水溫升高：工作水溫升高，降低了真空泵的效率。當發(fā)現(xiàn)水溫升高時，應開啟深井水補水冷卻，降低工作水溫度。（4）真空系統(tǒng)漏入空氣：真空系統(tǒng)是否漏入空氣，可通過嚴密性試驗來檢査。此外，空氣漏入真空系統(tǒng)，還表現(xiàn)為凝結(jié)水過冷度增加，并且凝汽器端差增大。凝汽器真空下降的危害：（1）使排汽壓力升高,可用焓降減小，不經(jīng)濟，同時機組出力有所降低。（2）排汽溫度升高,可能使凝汽器銅管松弛，破壞嚴密性。（3）排汽溫度升高,使排汽缸及軸承座受熱膨脹，引起中心變化，產(chǎn)生振動。（4）汽輪機軸向位移增加，造成推力軸承過載而磨損。（5）真空下降使排汽的容積流量減小，對末級葉片的某一部位產(chǎn)生較大的激振力，有可能損壞葉片，造成事故。凝汽器真空嚴密性差的主要原因：汽側(cè)（1）汽輪機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）汽輪機端部軸封存在問題或工作不正常。（3）汽輪機低壓缸接合面、表計接頭等不嚴密。（4）有關(guān)閥門不嚴密或水封閥水量不足。（5）凝結(jié)水泵軸向密封不嚴密。（6）低壓給水加熱器汽側(cè)空間不嚴密。（7）設備、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）在管子進口端部發(fā)生沖蝕。（3）冷卻管破損。2、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)水量及單位蒸汽負荷下就有一定的端差值指標，一般端差值指標是當循環(huán)水量增加，冷卻水出口溫度愈低，端差愈大，反之亦然;單位蒸汽負荷愈大，端差愈大，反之亦然。實際運行中，若端差值比端差指標值高得太多，則表明凝汽器冷卻表面銅管污臟，致使導熱條件惡化。凝汽器端差增大的原因：（1）凝器銅管水側(cè)或汽側(cè)結(jié)垢。（2）凝汽器汽側(cè)漏入空氣。（3）冷卻水管堵塞。（4）冷卻水量減少等。3、凝汽器過冷度液體溫度達到理論結(jié)品溫度時并不能進行結(jié)晶，而必須在它溫度以下的某一溫度(稱為實際開始結(jié)晶溫度)才開始結(jié)晶。在實際結(jié)晶過程中，實際結(jié)晶溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，這種現(xiàn)象成為過冷現(xiàn)象，兩者的溫度差值被稱為過冷度。凝汽器過冷度產(chǎn)生的原因:（1）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。（2）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。（3）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。（4）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。（5）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)水在冷卻水管外形成一層水膜，當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。（6）凝結(jié)器漏入空氣多或真空泵工作不正常，空氣不能及時被抽出，空氣分壓力增大，使過冷度增加。（7）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。（8）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。（9）凝結(jié)器銅管破裂，循環(huán)水漏入凝結(jié)水內(nèi)，使凝結(jié)水溫度降低，過冷度增加。凝結(jié)水過冷度是衡量凝結(jié)器運行經(jīng)濟性的重要指標，過冷度小，表示循環(huán)水帶走的熱量少，機組經(jīng)濟性好，反之過冷度大，循環(huán)水帶走的熱量多，機組經(jīng)濟性差。據(jù)資料介紹，過冷度每增加1℃，機組熱耗率就上升0.02%。4、凝汽器水位升高的危害（1）凝汽器水位升高，會使凝結(jié)水過冷卻。（2）影響凝汽器的經(jīng)濟運行。（3）如果水位太高，將銅管(底部)淹沒，將使整個凝汽器冷卻面積減少，嚴重時淹沒空氣管，使抽氣器抽水，凝汽器真空嚴重下降。5、凝汽器運行狀況好壞的標志（1）能否達到設計真空。（2）能否保證凝結(jié)水的品質(zhì)合格。（3）凝結(jié)水的過冷度能否保持。6、凝汽器