汽轮机凝汽设备及系统.

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
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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 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。
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。
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
t =3~10 0 C 。对于单流程凝汽器，取 t =(7~9) 0 C ，对于多流程凝 汽器，取 t =(4.5~6.5) 0 C。
t w1 -------冷却水的进口温度；
t w ------冷却水的温升； t --------传热端差。
只要求得了温度之值
t 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 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，
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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 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；
h 'fw
(-) h ----为每kg蒸汽在锅炉中的吸热量。 0
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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
轮机多采用射汽抽气器作为主抽汽器。
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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
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。
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
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，
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 =0.00294~0.00686Mpa(0.03~0.07ata) ，通常取 0.005Mpa 。 pc
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。 化很小，这样，式（7----7）为：
hc hc '
——每1kg蒸汽在凝结时所放出的潜热，约2200kJ/kg，变
hc h' c 2200 520 t w 4.186m 4.186m m
Dw ------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、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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
多采用循环供水方式。
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2. 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： (7-----6) 从而，
Dc (hc hc ) Dw (hw 2 hw1 ) 4.186 Dw t w
'
(7-----7)
上二式中，
hc hc hc hc t w Dw 4.186( ) 4.186m Dc Dc ------进入凝汽器的凝汽量（kg/h)；
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
国山西大同第二发 电厂有两台200MW
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。
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
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取
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轮
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。
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
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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。
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三 凝汽器内压力的确定
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
机排汽口个数相同的两个或更多的互不相通的部分。图7---16为双压凝汽
器的示意图。进水侧的冷却水温度较低，其对应汽侧压力也较低；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。
图7---16双压凝汽器的示意图
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七 抽气设备
h 'fw ——排汽焓；
hc ——给水焓。
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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。 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 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 给水，反复循环使用。这就是凝汽设备的工作原理。
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
其中，
=
t w1 + t w + t （7-----1）
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。
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
4
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
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