《汽轮机原理》讲稿第05章01

ts 只要求得了温度
之 值 ， 就可以从水蒸汽表中查得相对应的压力
pc
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。
（一）冷却水的进口温度 t w1
冷却水的进口温度 取决于电厂所在的地理位置、季节和供 水 方 式 。 电 厂 供 水 方 式 有 直 流 供 水 方 式 和 循 环 供 水 方 式 两 种。
在 直流供水系统中，电厂 从河流上游取水，冷却水流经汽
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第三节
蒸汽在凝汽器内的凝结过程
一，凝汽器内压力的确定
当蒸汽处于饱和状态时，其压力与温度是一一对应的。所以，
凝汽器内压力取决于蒸汽凝结温度。为了求得凝汽器内压力 ，
就 得 先 求 出 排 汽 温 度 。排 汽 温 度 的 高 低 取 决 于 冷 却 水 的 进 口 温 度 、冷 却 水 的 温 升 和 传 热 端 差 。
汽轮发电机组用了
此系统 。
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（2）直接空气冷却系统：
用空气作为冷却工质的凝汽器用于空气直接冷却式凝汽系统，如图 。 汽轮机的排汽送到热交换器管束内直接凝结成水。热交换器管束外侧则利 用强制通风带走蒸汽凝结时放出的汽化潜热。由于空气传热系数小、则要 求冷却面积大。因此，这种空气直接冷却式凝汽器体积庞大，无法和普通 凝汽器一样安装在汽轮机的下部，而是要远离汽轮机安装在厂房外面或厂 房顶部。因此，其汽轮机的排汽管道很长。这种空气直接冷却式凝汽系统， 在世界上已有（德国）电厂采用，但我国目前还没有电厂采用。
第五章 汽轮机的凝汽设备
现代火电厂都用凝汽式汽轮机发电。因此，都具备凝汽设备。凝汽设备
工作好坏，对火电厂的经济性影响很大。
第一节
1，工作原理：
凝汽设备的工作原理和任务
一，凝汽设备的工作原理
根据汽轮发电机组的热效率进行分析
H t H t h0 hc t ' Q h0 h fw h0 h 'fw 其 中 ， H t ------ 整 机 理 想 焓 降 ； h0 ------- 蒸 汽 初 焓 ；
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（ 二 ）冷却水的温升 t w 1、 冷 却 水 的 温 升 可 根 据 凝 汽 器 的 热 平 衡 方 程 式 求 出 ：
Dc (hc hc ) Dw (hw 2 hw1 ) 4.186 Dw t w
从而，
'
(5----- 6 )来自hc hc hc hc t w Dw 4.186( ) 4.186m Dc
一，混合式凝汽器
凝汽器
凝汽器有混合式和表面式凝汽器两大类。
混合式凝汽器(图 5—2 )是使排汽在冷却水中直接冷却而凝结成水。在混合 式凝汽器内，从汽轮机中排出的乏 汽直接与冷却水混合而得到凝结。冷 却水从安装在混合式凝汽器上部周 围的喷嘴喷出，排汽由上部进汽口 进入，与冷却水混合而得到凝结， 凝结水与冷却水一起用水泵抽走。 不凝结的空气，用抽气器或者真 空泵不断地抽出。这种凝汽器结 构简单，冷却效果好，制造成本低。
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二
， 表 面 式 凝 汽 器
在表面式凝汽器内，冷却工质与蒸汽由冷却表面隔开。根据冷却工质 不
同，表面式凝汽器又分为空气冷却和水冷却两种。 用水作为冷却工质的凝汽器简称为 表 面式凝汽器。由于水的传热系数比 空气大， 能保证凝汽器内维持高度真空和获得洁净的凝结水。因此，国内 外火电厂主要采用这种凝汽器。
轮机凝汽器、冷油器和有关冷却器之后，排入河流下游。 采用循环供水方式时，冷却水则沿着联结凝汽器等有关装 置的回路循环流动，取自水源的水只作为损失的补充水，故 采用循环供水方式可以节约大量的水。 直流供水系统比较简单，投资少，运行费用低。我国南方 的电厂，一般都建在沿江、沿河、沿海岸或者沿大的水库。 而北方的电厂，由于水源不足，多采用循环供水方式。
器 的 汽 气 混 合 物 被 引 入 到 联 通 目 管 ， 由 抽 气 器 抽 出 。这 种 凝 汽
器的蒸汽通流面积大，汽阻小，凝结水能够得到充分回热。
国 产 200 MW 汽 轮 机 配 用 三 壳 体 表 面 式 N-- 11220--1型 凝 汽 器 。 冷 却
面 积 为 3*3740=11220 ， 冷 却 管 数 为 3*5667=17001 根 。 国 产 300 MW 汽 轮 机 的 凝 汽 器 为 N--17650型 单 壳 体 、 对 分 、 双 流 程 表 面 式 凝 汽 器 。 冷 却 面 积 为 17650 ， 冷 却 管 数 为 9758*2 根 。
会 使 凝 汽 器 入 口 压 力 升 高、 凝结水的过冷 度 和 含 氧 量 增 大 。 因 此 ，
多用于中小型汽轮机组。
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由于汽轮机单机功率的增大，凝汽器的冷却面积也在增加，冷 却管数目增多。大机组用多区域汽流向心式的凝汽器 。 这种凝 汽器的管束分成若干区域，平行布置在箱体内。每个管束区都 有自己的空气冷却区，蒸汽从四周进入各区域。各个空气冷却
温升是有依靠调节冷却水量来控制的。冷却水量增加，可降低冷却水温升，降 低汽轮机排汽压力，增大理想焓降，提高经济性。但是水泵功率要增大。这里
有一个最佳冷却水量，即冷却水量增大，使汽轮机功率增加所得到收益大于水
泵功率增大，净收益最大。这时候的真空称为凝汽器的最有利真空。 （2）凝汽器的极限真空：若真空进一步增高，使末级叶片的斜切部分达到膨
m = 60~70 范 围 之 内 。
hc hc——每1kg蒸汽在凝结时所放出的潜热，约2200kJ/kg，变化很 '
小，这样，式（5----7）为：
hc h' c 2200 520 t w 4.186m 4.186m m
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3、凝汽器的最有利真空和极限真空： （1）凝汽器的最有利真空：凝汽器的进汽量是由外界负荷决定的，而冷却水
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二，凝汽系统及主要设备：
1、最简单的凝汽设备原则性系统图 （图5—1）。其主要设备有凝汽器、
凝结水泵、抽气器、循环水泵等。 （1）汽轮机；（2）发电机； （3）凝汽器：使排汽在凝汽器3中不断地凝结成水，建立高度真空；将凝结时放 出的热量排出、将生成的凝结水汇集送走； （4）循环水泵：为凝汽器提供冷却水；
2
p0
t0
H t
H t1 pc
p c1
2，主要任务：
(1）建立并维持高度真空，即降低排汽焓值，提高理想焓降，使蒸汽中 较多的热能转变为机械能。
(2）将蒸汽凝结成水，并将凝结水回收到锅炉作为给水。
3，排汽压力的最佳值：降低排汽焓值，提高理想焓降，可以提高效率。
但不是排汽压力越低越好。这是因为：
(1）当降低排汽压力，则比容v 增加，汽轮机排汽部分的尺寸增大，成
胀极限时的真空称为凝汽器的极限真空。这时候余速损失增加。
（三）传热端差 t
传热端差 和 冷 却 面 积 、 传 热 量 及 传 热 系 数 有 关 系 。 设 计 时 ， 一般取 多流程凝汽器，取 =3 ~ 100 C 。 对 于 单 流 程 凝 汽 器 ， 取 t
（5）凝结水泵：不断地把蒸汽凝结时生成的
凝结水从凝汽器底部热井中抽出，并送 往给给水回热加热系统；
（6）抽气器：抽出漏入凝汽器内的空气，
以维持高度真空。
图5—1
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2、空 气 冷 却 式 凝 汽 系 统
（1），间接空气冷却系统：空气冷却式凝汽系统如图所示。其主要设备有： 混合式凝汽器、凝结水泵、循环水泵、空气冷却塔、空气冷却器等。其中， 空气冷却塔是一个巨大的建筑物，呈双曲旋转形，空气冷却器布置在空气冷
本上升。而且制造困难，材料也受到限制。 (2）当降低排汽压力，则比容v 增加，凝汽器的冷却面积增大，冷却水
量增大，厂用电增大。
因此，对排汽压力和其他几个方面要作技术经济对比而定。一般，最佳 排汽压力为 pc = 0.00294~0.00686Mpa(0.03~0.07ata)，通常取0.005Mpa。
Dc
Dw
'
'
( 5----- 7 )
上二式中，
------ 进 入 凝 汽 器 的 凝 汽 量 （ kg / h ) ； ------ 进 入 凝 汽 器 的 冷 却 水 量 （ kg / h ) ； --------- 排 汽 焓 值 和 凝 结 水 焓 值 （ kJ / kg )；
hc、hc'
hw1、hw2 ----- 冷 却 水 进 出 口 焓 值 (kJ / kg ) 。
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2、冷 却 倍 率
m = Dw / Dc 称 为 冷 却 倍 率 （ 或 循 环 倍 率 ） ， 它 表 示 凝 结 单 位蒸汽汽量所需要的冷却水量。m值越大，则冷却水的温升 越小，凝汽器内压力越低，会使整机理想焓降增加，从而可 以提高电厂热效率。但是，m大则冷却水量大，冷却水泵功 率大。故m值大小要通过经济技术对比后确定。一般，对于 单 流 程 凝 汽 器 ， m = 80 ~ 120 范 围 之 内 ；对 于 双 流 程 凝 汽 器 ，
减少抽气器的负荷和回收热量， 使混有蒸汽的空气在经过一次冷却，使蒸汽
凝结。 在凝汽器内专门设置有空气冷却区9。
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5，减少汽侧阻力
为 了 使 汽 气 混 合 物 向 抽 气 口 流 动 ，则抽气口的
压力应比凝汽器的压力更低一些。 压 力 差 就 是 凝 汽 器 的 汽 阻 。 汽 阻 大 ， 应设法减小汽阻。 抽气口的位置不同，凝汽器中汽流流动方向就不一样，凝汽 器 的 结 构 型 式 也 不 相 同 。 常 见 的 有 如 图 3 ----- 85 所 示 的 四 种 ， 即 汽 流 向 下 式 、汽 流 向 上 式 、汽 流 向 心 式 、汽 流 向 侧 式 四 种 。 这 些
( h0 - h ' ) ---- 为 每 kg 蒸 汽 在 锅 炉 中 的 吸 热 量 。 fw
hc ——排汽焓；
h 'fw ——给水焓。