《汽轮机原理》讲稿第05章

2
p0
t0
∆H t ∆H t1 pc
pc1
2，主要任务： 主要任务：
(1）建立 维持 建立并维持 建立 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 凝结水回收到锅炉作为给水。 凝结水 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。
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 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。
ηt =
( h0 - h 'fw ) ---- 为 每 kg 蒸 汽 在 锅 炉 中 的 吸 热 量 。
hc ——排汽焓；
h 'fw ——给水焓。
1
分析上式：要提高效率，则提高理想焓降，即提高 新蒸汽的初焓，降低排汽焓（压力）。本章只是讨 论降低排汽焓值的问题。要降低排汽焓值，就得降 低排汽压力。一般来说，排汽压力每降低2 kpa，循 环热效率就可以提高约3.5 %。所以，降低排汽压力 对提高火电厂循环热效率是一个非常有效的措施。 而降低排汽压力的最有效的办法是：使排汽在密封 使排汽在密封 容器中、在温度较低的条件下受到冷却而凝结成水， 容器中、在温度较低的条件下受到冷却而凝结成水， 体积突然缩小（如在 体积突然缩小（如在0.0049Mpa下，蒸汽比水的容 下 积大28000倍）而形成真空。同时再用抽气器或者真 倍 而形成真空 积大 空泵将漏入空气不断地抽出，保持真空。在凝结中 生成的凝结水，经汇集以后，又重新送入锅炉作为 给水，反复循环使用。这就是凝汽设备的工作原理。
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1，表面式凝汽器的结构 ，
如 图 5 --- 3 所 示，凝汽器的外壳通常钢板做成
圆柱形、椭圆形或者方箱形。外壳两端连接着形成水室的端盖2和3，外壳 内的两端又装有管板4，管板4上装有很多冷却管。凝汽器内部空间被冷却 管分隔成两部分： 蒸汽空间（汽侧 ） 和冷却水空间（ 水 侧 ） 。 2，表面式凝汽器的流程 ， 冷却水从进口11 进入水室15 ，通过冷却管流到另
ts
= t w1 +
∆t w
+
δt
（ 5-----1 ）
其 中 ， t w1 ------- 冷 却 水 的 进 口 温 度 ；
∆t w ------ 冷 却 水 的 温 升 ； δ t --------传 热 端 差 。
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
3
凝汽系统及主要设备： 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； （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。
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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 。 凝 汽 器 内 的 压 力 pc 可 根 据 相 应 的 饱 和 温 度 求 得 ， 而 排 汽 温 度 可表示为：
5
（2）直接空气冷却系统： ）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。
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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 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 这 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 。
hw1、hw 2 ----- 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 ， m = 60~70 范 围 之 内 。
一端水室16，转向后，又经冷却管进入水室17，最后由出水口12排出。 这种 称为双流程凝汽器。 还有单流程、 三流程、 四流程 。 3，凝结水 ， 汽轮机的排汽进入凝汽器，在汽侧与冷却管接触而凝结成水。凝 漏入凝汽器的空气，通过抽气口8由抽气器抽出。为了 结水汇集到热井 7中， 由凝结水泵抽走并送到低压加热器。 4，漏入空气的抽出 ， 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。
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 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 p c = 0.00294~0.00686Mpa(0.03~0.07ata)，通常取0.005Mpa。
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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 )
hc − hc hc − hc ∆t w = = Dw 4.186( ) 4.186m Dc
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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 ， 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 ， 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 多用于中小型汽轮机组。
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4，运行对凝汽设备的要求： ，运行对凝汽设备的要求：
（1）凝汽器冷却管应具有较好的传热系数，保证良好的 传热效果。自然冷却水泥沙、污染，要清洗； （2）凝结水温度不应低于排汽压力对应的饱和温度，以 免增加过冷度 过冷度。这和供水方式、季节、地理位置有关； 过冷度 （3）蒸汽在凝汽器内的阻力要小，以降低排汽口压力和 减少凝结水过冷度。
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 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。
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： 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