5.凝汽器

hc hc ' 520Dc 2177 t c p Dw Dc 4.187 Dw / Dc Dw
Pg119 (4-8)、(4-9)式
在循环水量一定时，冷却水的温升与机组负荷成线性正比 关系。
4.3 凝汽器的运行特性
传热端差特性
端差是与冷却水温升、传热系数、传热面积、循环水量等多因素 有关。 Ac K
温度，即对应温度下水、蒸汽的饱和温度。
凝汽器内的温度决定于蒸汽凝结和冷却水
加热的换热过程。
4.2 凝汽器的压力及其影响因素
冷却水温升 t
冷却水的进、出口温差
传热端差 t
凝汽器进口压力下的蒸汽 饱和温度与冷却水出口温
度的差。由传热过程得
ts tw1 t t
过冷度
进口处压力下的 饱和温度与热井中凝水温度的差。
式、列勃兰式)
4.2 凝汽器的压力及其影响因素
4.2.1 凝汽器内压力的组成 蒸汽凝结过程中释放出不凝结气体 ( 如化学药剂分解产生或 原蒸汽中夹带 ) ，真空系统不严密漏入系统的空气，即凝汽器 汽侧空间是多组分介质共存。这里，将它们分为蒸汽和不凝结 气体两大组分。由道尔顿定律知，汽侧空间的总压力 pc 是组成 气体分压力之和。
4.2 凝汽器的压力及其影响因素
管壁导热
管壁导热热阻增大，使总体传热系数减小，引起端差增大。管材 采用导热性能优良的铜，对耐腐蚀有较高要求时可选用钛管或不锈 钢管
管内结垢
管内结垢使导热热阻增大，总体传热系数减小，端差增大。管外 垢主要是物理垢(如矿物垢，污垢)和生物垢。运行中采用胶球清洗 和添加抗生物药剂。
焓降提高。循环水量增大的代价是增大循环水泵功耗。当循环水泵 的功耗增大量与机组有效出力增多量相等时，对应的真空即为最佳 (或经济)真空。
极限真空 循环水进口温度所对应的蒸汽饱和压力为极限真空。 最大有效真空 末级动叶达到极限膨胀时所对应的真空为最大有
效真空。
4.3 凝汽器的运行特性
Dcop
4.3 凝汽器的运行特性
4.2 凝汽器的压力及其影响因素
热量输运方程
蒸汽的放热被冷却水吸收传输出来。热量平衡为
Q 1000Dc (hc hc ' ) 1000Dw (hw2 hw1 ) 1000Dwcp (tw2 tw1 )
hc hc ' t c p Dw Dc
循环倍率m：
m
Dw
Dc
开式循环
对以江、河、湖、海为水源的循环水系统，循环水 泵抽取冷却水，在凝汽器中吸收蒸汽释放的汽化潜热 后，排放到江、河、湖、海中。这样的系统称为开式 循环。
4.1 凝汽系统的作用、原理与组成
闭式循环
冷却水循环使用的系统为闭式循环。在凝汽器中吸收蒸汽释放的 汽化潜热后，冷却水的温度升高，对它进行冷却后方可循环使。冷 却可用冷却塔或大型水池。
由此求得：
4.2 凝汽器的压力及其影响因素
传热系数 K K1W mc HEI 公式 w：未修正传热系数，与流速的平方根及管径有关。 m：冷却水温度修正系数。 c ：冷却管材料修正系数。
：清洁系数。 K 1 在HEI表面式凝汽器标准中，分别给了这些修正系数的图、表。 此式表明，影响凝汽器的传热特性的主要因素是流速、冷却管的直 径、冷却管材料特性和传热面的清洁程度。
射流式射汽抽气器和射水抽气器和真空泵水环421凝汽器内压力的组成蒸汽凝结过程中释放出不凝结气体如化学药剂分解产生或原蒸汽中夹带真空系统不严密漏入系统的空气即凝汽器汽侧空间是多组分介质共存
第4章 汽轮机的凝汽设备
4.1 凝汽系统的作用、原理与组成 4.1.1 作用
冷端放热、回收工质
在朗肯循环中，起到冷端放热、将排汽凝成水。
4.1 凝汽系统的作用、原理与组成
旁路排汽 轴封加热器疏水
故障汽源 补水
疏 水 扩 容 器
至抽气器
循环冷却水
热 井 低压加热器
至除氧器 凝结水泵
4.1 凝汽系统的作用、原理与组成
凝汽器结构图
凝汽器结构图
进口冲击区、主凝区 和空气冷却区。 单流程和双流程。 单压凝汽器，多压凝 汽器
4.3 凝汽器的运行特性
4.3 凝汽器的运行特性
凝汽器运行特性曲线的计算(Pg120)
凝汽器的运行特性是真空和循环水量、循环水进口温度、 机组负荷三变量的函数。 计算时分层循环计算： 分别选定最小循环水量：Dw min
最小循环水进口温度： tw1min
最大机组负荷：Dc max 确定对应的计算步长： Dw , t1w , Dc 在确定循环水量、循环水进口温度下，求对应机组负荷下的 冷却水温升、传热系数、端差和t s ，从而求得凝汽器真空pc 。
压力下降又使部分水吸收汽化潜热蒸发，导致压力回升。使 这一封闭系统处于动态平衡状态。因此，要降低容器内的压力， 只需降低容器内的温度。 对于汽轮机尾部的凝汽器这样的开口系统，如果进入其内的 蒸汽量与排出的凝结水量保持平衡，使汽、水空间的分界面维持 稳定，那么，可将它当作准封闭系统。在这个准封闭空间内，压 力同样决定于汽、水热力平衡温度。
4.2 凝汽器的压力及其影响因素
循环水温升 t
循环水的温升决定于循环倍率，循环倍率越大，温升则越小， 凝汽器的真空就越高。即在循环水量一定时，机组负荷越大， 循环水温升就越高，凝汽器真空则越低。 反之，机组负荷一定时，循环水量越多，温升越小，凝汽器 真空就越高。
传热端差 t
传热端差与传热系数有关，而传热系数是管外凝结放热、管 壁及污垢导热和冷却水对流传热有关。
4.1 凝汽系统的作用、原理与组成
4.1.3 系统组成 汽轮机的凝汽系统是由凝汽器、循环水泵、凝结水泵、抽 气器等组成。
凝汽器
凝汽器是一种换热器，将蒸汽冷却成水。有表面式和混合 式两种。表面式冷却介质与蒸汽由换热面隔开，混合式与冷 却介质与蒸汽混合。 冷却介质可用水或空气。目前、电站汽轮机的凝汽设备主 要用表面式。在北方严重缺水地区，采用空气冷却，但大多 数采用水冷。
管内对流换热
尽管影响对流换热的因素很多，但对结构确定的 传热管，主要因素是流速和冷却水温度。增大流速可以增大对流传 热，但增大流速是以增大循环水泵功耗为代价。另外，可以采用强 化传热措施，着力加强扰动，破坏或减薄附面层。
4.3 凝汽器的运行特性
4.3.1 凝汽器的运行性能指标
真空
凝汽器传热管区域上部的绝对压力
pc ps pa
利用混合气体的温度、容积相等及气体状态方程，求得 pc ps 1 Da 1 0.622 x Ds 由于不凝结气体总量相对蒸汽量很小，因此，可以认为总压 与蒸汽压力相等。
4.2 凝汽器的压力及其影响因素
4.2.2 传热过程与凝汽器压力的确定 凝汽器中的压力主要决定于蒸汽分压力， 而蒸汽分压力又决定于汽、水共存的热平衡
4.2 凝汽器的压力及其影响因素
管外凝结
影响管外凝结的主要因素是：
不凝结气体、管束排列和管表面特性。
不凝结气体在管表面附近聚积，形成气膜，相当于增加了气 膜导热层，凝结放热系数减小。
管外表面不凝结气体聚积，在总压一定时，使蒸汽分压力下 降，导致凝结水过冷。
管束排列不合理，上层凝水滴落在下层管束上产生冲击，水 滴飞溅破坏流场分布，增大汽流流动阻力，致使凝结水的温度 低于凝汽器入口处压力所对应的蒸汽饱和温度，即造成凝结水 过冷加剧。
4.3 凝汽器的运行特性
4.3.2 凝汽器的变工况运行特性 建立和维持真空是凝汽器的重要任务。真空高低对机组运行
经济性影响较大。凝汽器的运行特性是研究真空与机组负荷(即
排入凝汽器的蒸汽量）、循环水水量、循环水进口温度的关系。
冷却水温升特性
水 的 汽 化 潜 热 ， 在 凝 汽 器 正 常 的 温 度 范 围 内 ， 约 2140 ～ 2220KJ/kg,这样，循环冷却水的温升
建立、维持真空
在汽轮机的尾部建立并维持尽可能高的真空，增大机组的理想焓 降，提高蒸汽热力循环效率。
热力除氧、改善凝水品质
借助热力物理分解方法除去凝结水的氧气，提高凝水品质、防止 加热器、锅炉设备的氧腐蚀。
4.1 凝汽系统的作用、原理与组成
4.1.2 原理 在汽、水共存的密闭容器中，其压力决定于汽、水热力平衡 温度，即该温度对应的汽、水饱和压力。当温度一定时，压力升 高使饱和温度上升，部分蒸汽释放汽化潜热凝结为水，导致压力 下降。
在低负荷下，应由其它修正曲线加以修正(Pg122图4-7)。
4.3 凝汽器的运行特性
4.3 凝汽器的运行特性
4.3 凝汽器的运行特性
4.3.3 运行特性分析 凝汽器的真空直接影响机组运行经济性。凝结水过冷和含氧增高 又与凝汽器的运行特性相关。
最佳真空、极限真空 最佳(或经济)真空 循环水量增大，凝汽器真空上升，机组理想
cD t t e p w 1
在循环水量、传热面积和传热系数一定时，端差与温升成线性
正比关系，亦即与负荷成线性正比关系。 在机组负荷下降时，端差随之线性下降。但当负荷下降到一定 程度后，蒸汽在凝汽器周界附近冷却，主凝区缩小、空气冷却区扩 大，减缓端差下降。此外，真空提高后，空气漏入量增多，传热系 数减小，也使端差下降趋势减缓。 因此，在机组负荷降到某值后，端差不再下降而趋于定值。
冷却循环水的流量与蒸汽量的比。
循环倍率越大，则温升越小，凝汽器的真空及热力循环效率就 越高。但循环倍率增大是以增多循环水泵功耗为代价，有个最佳值。 开式循环高些，闭式循环低些。
4.2 凝汽器的压力及其影响因素
传热方程
凝汽器的传热过程是管外凝结放热、管壁导热、管内污垢导 热和冷却水的对流传热。采用集总参数模型
汽阻
由于抽气设备容量的限制，在凝汽器真空系统漏入空气量增多时， 汽阻就会增大，从而使凝汽器的真空下降。汽阻的增大，抽气能力 下降，引起凝结水过冷度增大、凝水的含氧量提高。因此，在漏入 空气量增多时，应相应地增大抽气设备的出力，保持凝汽器的正常 真空，并使凝水的过冷度及含氧量控制在合理的范围内。
pc f (ts ) f (tw1 t t )
即决定于循环冷却水的进口温度、循环水的温升和传热端差。
冷却水进口温度 tw1
与环境条件紧密相关，其次受冷却设备特性影响。 进口温度越 高，凝汽器的真空则越低。 夏季环境温度高，冷却水温度高，真空则低。不良的冷却塔， 冷却水得不到充分冷却，必然使凝汽器真空下降。
pc增加1kPa汽耗增加1.5%～2.5%；
冷却水温升 进、出凝汽器的循环冷却水的温度变化 端差 凝汽器传热管区域上部压力所对应的蒸汽饱和温度与
冷却水出口温度的差。
过冷度
凝汽器传热持之以恒区域上部压力所对应的蒸汽饱和 温度与热井中凝结水温度的差。（1%，煤耗增加0.13%）
凝结水含氧量 凝结水中含氧量(过冷度大含氧量增加)。 汽阻 凝汽器喉部与抽气口间的压差 水阻 循环冷却水在凝汽器内循环水通道所受的阻力。
4.2 凝汽器的压力及其影响因素
别尔曼(前苏联)公式 ：
K 14650wtzd
：清洁系数 w ：流速与管径修正系数
t ：冷却水进口温度修正系数 z ：冷却水流程修正系数 d ：负荷修正系数
(Pg118式4-7)
4.2 凝汽器的压力及其影响因素
4.2.3 影响凝汽器真空的因素 由前已知，凝汽器的压力：
无塔冷却新技术
无塔冷却新技术
无塔冷却新技术
4.1 凝汽系统的作用、原理与组成
凝结水泵
凝结水泵及时抽吸凝结水输送到低压加热器，维持凝汽器热 井水位稳定。
抽气器
抽吸蒸汽凝结过程中释放出的不凝结气体和真空系统不严密
漏入系统的空气，保证良好的凝结换热条件。不凝结气体的积 聚不仅凝汽器内的总压力升高，而且在凝结换热表面阻止蒸汽 与冷却面接触，导致换热恶化，凝汽器的真空下降。 抽气器有：射流式(射汽抽气器和射水抽气器)和真空泵(水环
4.1 凝汽系统的作用、原理与组成
表面式凝汽器分为： 进口冲击区、主凝区和空气冷却区。 冷却水分为： 单流程和双流程。 冷却水的流程为： 进口水室、冷凝管、转向水室、出口水室。 单压凝汽器，多压凝汽器
4.1 凝汽系统的作用、原理与组成
循环水系统
循环水系统是由循环水泵、水源、管道等组成，由 循环水泵泵送冷却水，来输运蒸汽释放的汽化潜热。 根据循环水源的不同，分开式循环和闭式循环两种。
Q Dc (hc hc ' ) Ac K tm
对数平均温差 tm
(ts tw1 ) (ts tw2 ) t tm ln[(ts tw1 ) /(ts tw 2 )] ln[(t t ) / t ]
K cAcD t t e p w 1