汽轮机凝汽设备及系统讲解

?H t
而降低排汽压力的 最有效的办法是：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，体
积突然缩小（如在 0.0049Mpa 下，蒸汽比水的容 ?H t1
积大28000 倍）而形成真空。同时再用抽气器或者真
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
Dc
上二式中， D c -----进- 入凝汽器的凝汽量（ kg/h)；
D w ------进入凝汽器的冷却水量（ kg/h)；
hc 、hc"--------排- 汽焓值和凝结水焓值（ kJ/kg)；
hw1、hw 2-----冷却水进出口焓值 (kJ/kg)。
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② 冷却倍率
m= D/w D c 称为冷却倍率（或循环倍率），它表示凝结单位蒸汽汽量
发电厂有两台
200MW汽轮发电机
组 此用 系了 统。
7
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
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。
图 7---16双压凝汽器的示意图
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七 抽气设备 1. 抽气器的作用 抽气器的作用是将漏入凝汽器内空气不断地抽
出，以维持凝汽器内的高度真空。故抽气器工作的好坏对凝汽 器工作的影响很大。任何一种抽汽器，不论其结构和工作原理 如何，都是一种压气器，它将汽气混合物从凝汽器抽气口的压 力压缩到高于大气压的出口压力。
hc ——给水焓。
3
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 2kpa ，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。
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。
其中， tw 1------冷-却水的进口温度；
? tw-----冷- 却水的温升；
? t -------传-热端差。
t 只要求得了温度之值 s ，就可以从水蒸汽表中查得相对应的压力。
pc
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1. 冷却水的进口温度 tw1
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。
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（ 7----）7 为：
? tw
h ? h"
?c
c
4.186 m
? 2200 4.186 m
? 520 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。
启动抽气器功率大建立真空快，但工质和工质的热量不能回收， 有经 济损失。故它只 作为启动时用。一旦汽 轮机正常工作以后，主 抽气器便投入工作，启 动抽气器停止工作。
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② 主抽气器
主抽气器的作用 ：是在汽轮机正常工作时使用，以维持凝汽器的高 度真空。主抽气器一般都采用带中间冷却器的多级型式。其目的在于可以 得到更高的真空度，同时也可以 回收工质和热量，提高经济性。图 7--9为 两级射汽抽气器工作原理图。凝汽器内的汽气混合物由第一级抽气器抽出， 并压缩到某一中间压力（低于大气压力），然后进入中间冷却器 2。在中 间冷却器2中，混合物中的部分 蒸汽被凝结成水，而未凝结的汽气混合 物又被第二级抽走。在第二级抽气器中， 汽气混合物被压缩到略高于大气压力， 再经第二级冷却器 4进一步凝结并回收 工质和热量。最后的空气和少量未凝结 的蒸汽一起排入大气。
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4. 射水抽气器
射水抽气器的 工作原理 ：射水抽 气器的工作原理同射汽抽气器相同， 如图7---12所示。它主要由 工作水进口 1、喷嘴2、混合室 5、扩压管 7和逆 止阀6等部件所组成。压力水由 射水泵 供给，经喷嘴形成 高速射流 射出，从 而将凝汽器中的汽气混合物抽出。
射水抽气器 不消耗新蒸汽 ，运行 费用较射汽抽气器低。系统简单、运 行可靠、维护方便。但 需要另外安装 射水泵 。现代大型汽轮机都采用射水 抽气器。国产 200MW 汽轮机就是采用 射水抽气器作为主抽汽器。中小型汽 轮机多采用射汽抽气器作为主抽汽器。
第七章汽轮机凝汽设备及系统
? 凝汽设备的工作原理 ? 凝汽系统及主要设备 ? 凝汽器内压力的确定 ? 凝汽器的变工况 ? 凝汽器的运行 ? 多压凝汽器 ? 抽气设备
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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。 ? 凝汽设备的工作原理 ? 凝汽系统及主要设备 ? 凝汽器内压力的确定 ? 凝汽器的变工况 ? 凝汽器的运行 ? 多压凝汽器 ? 抽气设备
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一凝汽设备的工作原理
1. 工作原理： 根据汽轮发电机组的热效率进行分析
?H
?H
h ?h
?t ?
Q
t
?
h 0
t
? h" fw
?Baidu Nhomakorabea
0
c
h ? h"
0
fw
其中，?
H
-----整-
t
机理想焓降；
h0 ------蒸-汽初焓；
h
" fw
(-)
h 0
---为-每kg 蒸汽在锅炉中的吸热量。
h"fw ——排汽焓；
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。
4. 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 ? t=3~10 0C 。对于单流程凝汽器，取 ? t=(7~9) 0C ，对于多流程凝 汽器，取? t =(4.5~6.5)0C 。
给水，反复循环使用 。这就是凝汽设备的工作原理。
p0
t0
pc pc1
4
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 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 =0.00294~0.p0c0686Mpa(0.03~0.07ata)，通常取 0.005Mpa 。
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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7—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
2. 抽气器的型式 抽气器的型式有机械式和喷射式两种。喷射式
抽气器结构简单、工作可靠、制造成本低、维护方便、建立真 空快。常用的喷射式抽气器有 射汽抽气器和射水抽气器两种， 工作原理相同工质不同。前者用蒸汽作工质，后者用水作工质。
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3. 射汽抽气器
① 启动抽气器的结构和工作原理 ：
启动抽气器的作用是在汽轮机启动前给凝汽器建立真空，以缩短机组 启动时间。图 7-----8 为启动抽气器示意图，它主要由 工作喷嘴A、混合室 B和扩压管C所组成。工质是新蒸汽，新蒸汽进入工作喷嘴 A，在喷嘴A膨胀 加速造成一个远高于音速的 高速汽流射入混合室。高速汽流有 很强的空 吸作用，从而将从抽气口来的汽气混合汽流带走，并进入扩压管 C。混合 汽流在扩压管C中不断扩压，直到压力稍大于大气压力后排入大气。
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7—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
在空气冷却塔下部周围墙体上。利用高低压力差，将冷风通过空气冷却
器吸入塔内，形成自然对流。由于流过空气冷却器的空气的自然对流，
将循环水中的热量带走。循环水的温度在空气冷却器中得到降低之后，
送入混合式凝汽器中去凝结汽轮机的排汽。
这种空气冷却式凝
汽系统，设备、建
筑费用高，但可以
节约大量的水。我
国山西大同第二
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2. 冷却水的温升 ? tw
① 冷却水的温升可根据凝汽器的热平衡方程式求出
： (7-----6) D c (hc ? hc")? D w (hw 2 ? hw1 )? 4.186 D w ? tw
从而， (7-----7)
? tw
?
hc ? hc" D
4.186( w
? )
hc ? hc" 4.186m
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5. 水环式真空泵
国产300MW 和600MW 汽轮机组的抽气装置都是采用水环式真空泵。
其主要部件有叶轮和壳体。壳体内形成一个 圆柱体空间，叶轮偏心地安装
在壳体内。在壳体上开有 吸气口和出气口，实行轴向吸气和排气。叶轮带
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三 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：
ts = tw1+ ? t+w ? t（7-----）1
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四 凝汽器的变工况（略） 五 凝汽器的运行
凝汽器的运行好坏对汽轮机组运行的安全性和经济性是 十分重要的。 1. 凝汽器的汽阻和水阻 2. 凝结水过冷 3. 空气的影响 4. 凝结水水质的监视 5. 真空除氧 6. 凝汽器的胶球清洗装置
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六 多压凝汽器
现代大功率汽轮机都采用 多缸多排汽口 。为了提高大功率汽轮机的经济 性，常采用多压凝汽器。多压凝汽器就是将凝汽器的 汽侧分隔成与汽 机排汽口个数相同的两个或更多的互不相通的部分。图 轮 7---16为双压 器的示意图。进水侧的冷却水温度较低，其对应汽侧压力凝也汽较低；出水 侧的冷却水温度较高， 因此，其对应汽侧压 力也较高。同理，也 有三压、四压凝汽 器。采用多压凝汽器 可以提高机组的经 济性。
还没有 电厂采 用。
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3. 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。这和供水方式、季节、地理位置有关 ；
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。