《汽轮机原理》凝汽设备素材

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。
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。
15
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5-- 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 。
17
（三）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。叶轮带有前弯叶 片，偏心地安装在充有适量工作水（密封水）的椭圆形泵体内。 当叶轮旋转 时，由于离心力作用，水向周围运动， 形成一个运动着的圆环（密封水 环）。由于偏心地安装的，水环的内表面也就与叶轮偏心，叶轮轮毂与水环间 形成一个月形空间。叶轮每转一周，每两个 相邻叶片与水环间所形成的空间由小到大， 又由大到小地周期性变化。当空间处于由小 到大变化时，该空间产生真空，由进气口吸 入气体。当空间处于由大到小变化时，该空 间产生压力，吸入的气体被压缩并经排气口 排出。这样，当叶轮连续运转时，就不断地 重复上述过程，起到一个连续抽气的作用。
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。
图3—1
4
2，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；
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 5 ----- 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。
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。
14
一、 射 汽 抽 气 器
——每1kg蒸汽在凝结时所放出的潜热，约2200kJ/kg，变化很 小，这样，式（3----3）为：
12
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
第三章 汽轮机的凝汽设备
现代大型火电和核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，对电厂的经济性影响很大。
第一节 凝汽设备的工作原理和任务
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
其中，
------ 整 机 理 想 焓 降 ；
------- 蒸 汽 初 焓 ；
16
（ 二 ）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5--- 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 200 MW 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。
11
2、冷 却 倍 率
m 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。
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。
6
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。
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。
5
第二节 凝汽器
凝汽器有混合式和表面式凝汽器两大类。
一，混合式凝汽器
混合式凝汽器(图 3—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
2
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。
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。
10
（ 二 ）冷却水的温升 1、 冷 却 水 的 温 升 可 根 据 凝 汽 器 的 热 平 衡 方 程 式 求 出 ：
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：器的极限真空。这时候余速损失增加。
（三）传热端差
传热端差和冷却面积、 传 热 量 及 传 热 系 数 有 关 系 。 设 计 时 ，一
( - ) ---- 为 每 kg 蒸 汽 在 锅 炉 中 的 吸 热 量 。
——排汽焓；
——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 容器中、在温度较低的条件下受到冷却而凝结成 水，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给水，反复循环使用。 这就是凝汽设备的工作原理。
(3----- 2 ) 从而，
( 3----- 3 )
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 )； ----- 冷却水进出口焓值(kJ / kg ) 。
凝汽器内的压力 度 可表示为：
可根据相应的饱和温度求得，而排汽温
其中，
=+
+
（ 3-----1 ）
------- 冷 却 水 的 进 口 温 度 ；
------ 冷 却 水 的 温 升 ；
--------传 热 端 差 。
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
。
9
（一）冷却水的进口温度
8
第三节 蒸汽在凝汽器内的凝结过程
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 。
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 = 0.00294~0.00686Mpa(0.03~0.07ata)，通常取0.005Mpa。
3
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
般取
=3 ~ 10 。 对 于 单 流 程 凝 汽 器 ， 取 =( 7 ~ 9 ) ，对
于多流程凝汽器， 取 = ( 4.5 ~ 6.5 )
。
13
第四节 抽气器
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
7
1，表面式凝汽器的结构 如 图 3 --- 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 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 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 漏入凝汽器的空气，通过抽气口8由抽气器抽出。为了 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。
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。
2，抽气器的型式 抽 气 器 的 型 式 有 机 械 式 和 喷 射 式 两 种 。 喷