电厂汽轮机原理及系统 ch4 汽轮机凝汽设备及系统

循环倍率 冷却循环水的流量与蒸汽量的比
增大m，减小温升，降低凝汽器压力，但增大泵耗。 增大 ，减小温升，降低凝汽器压力，但增大泵耗。 开式循环60左右 闭式循环50左右 左右， 开式循环 左右，闭式循环 左右 DW m= Dc
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4.1.2 凝汽器压力及其影响因素
传热方程
管外凝结放热、管壁导热、 传热过程 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。 导热和冷却水的对流传热。采用集总参数模型 传热方程 对数平均集总参数模型
优点
一是降低平均凝汽温度，亦即降低平均凝汽器真空。 一是降低平均凝汽温度，亦即降低平均凝汽器真空。 二是利用高压凝汽器的高温凝结水加热低压凝汽器的低温 凝结水，减少低压加热器吸热量。 凝结水，减少低压加热器吸热量。
缺点
系统复杂，增大水阻。 系统复杂，增大水阻。
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4.1.6 抽气设备
抽气设备的作用
凝汽器的运行监测
凝汽器的运行监测着重分析循环水进口温度、 凝汽器的运行监测着重分析循环水进口温度、循环水出 口温度、 口温度、凝汽器喉部压力对应的饱和温度和热井中凝水 温度。即监测、分析循环水温升、 温度。即监测、分析循环水温升、传热端差和凝结水过 冷度。 冷度。
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4.1.5 多压凝汽器
原理
温差传热产生不可逆损失。由凝汽器的换热过程知， 温差传热产生不可逆损失。由凝汽器的换热过程知，换热 温差差异较大。要减少不可逆损失，必须减小传热温差。 温差差异较大。要减少不可逆损失，必须减小传热温差。 理想的过程如等温差，即凝结温度随换热过程而变， 理想的过程如等温差，即凝结温度随换热过程而变，亦即 凝汽器压力是连续变化的。 凝汽器压力是连续变化的。这就是采用多压凝汽器的基本 原理。 原理。
4.1.4 凝汽器的运行特性
减小凝结水过冷的措施
减小水膜厚度，尽可能实现珠状凝结， 减小水膜厚度，尽可能实现珠状凝结，如管外采用特殊 膜处理。 膜处理。 合理布置管束和蒸汽、不凝结气体流道，减小汽阻。 合理布置管束和蒸汽、不凝结气体流道，减小汽阻。 查漏、堵漏，减少空气漏入量。 查漏、堵漏，减少空气漏入量。 组织汽流对凝结水进行加热和热力除氧。 组织汽流对凝结水进行加热和热力除氧。 加强运行监测，避免热井高水位运行。 加强运行监测，避免热井高水位运行。
Ch4 汽轮机凝汽 设备及系统
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本章内容概述
4.1 汽轮机凝汽设备及系统
凝汽系统的作用、 凝汽系统的作用、原理与组成 凝汽器压力及其影响因素 凝汽器的运行特性 多压凝汽器 抽气设备
4.2 发电厂空冷系统
发电厂空冷系统类型 设计背压及主要设计参数 变工况运行特点及要求
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4.1.1 凝汽系统的作用、原理与组成 凝汽系统的作用、
4.1.1 凝汽系统的作用、原理与组成 凝汽系统的作用、
凝汽系统的组成
凝汽器、循环水泵与循环水系统、凝结水泵、 凝汽器、循环水泵与循环水系统、凝结水泵、抽气器等 组成。 组成。
旁路排汽
凝汽器 将蒸汽凝结成水的大型换热器，有表面式 将蒸汽凝结成水的大型换热器， 和混合式两种。 和混合式两种。
轴封 加热器疏 水 补水
决定于环境条件和冷却设备特性
水源 江、河、湖、海，深海水 空气干度、 冷却塔 空气干度、风，冷却负荷 冷却水量
冷却水量大，温升小，凝汽器压力低， 冷却水量大，温升小，凝汽器压力低，但循环水泵功耗大
传热性能
管束排列，不凝结气体，传热表面， 汽侧 管束排列，不凝结气体，传热表面，结垢 冷却管材料，铜管、不锈钢、 管壁 冷却管材料，铜管、不锈钢、钛管 盐类、污泥和腐蚀物等物理垢，藻类、 水侧 结垢 盐类、污泥和腐蚀物等物理垢，藻类、贝壳 等生物垢。防垢，清洗（ 等生物垢。防垢，清洗（凝汽器胶球系统 ） 冷却水流速、水温。 对流传热 冷却水流速、水温。强化传热 12
Q = Dc (hc − hc ' ) = Ac K ∆tm
对数平均温度 (ts − tw1 ) − (ts − tw2 ) ∆t ∆tm = = ln[(ts − tw1 ) /(ts − tw2 )] ln[(∆t + δ t ) / δ t ] ∆t δt = exp ( Ac K / c p Dw ) − 1
型式 射汽抽气器、射水抽气器、水环真空泵、列勃兰式 射汽抽气器、射水抽气器、水环真空泵、
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4.1.2 凝汽器压力及其影响因素
凝汽器内压力
总压与分压 不凝结气体和蒸汽组成的多组分气体 道尔顿定律： 道尔顿定律：总压力为组成气体分压力之和
pc = ps + pa
pc
当排汽干度为 x 、流量 Ds 时，在相同介质温度下
原理
在汽、水共存体系中，压力决定于汽、水热力平衡温度， 在汽、水共存体系中，压力决定于汽、水热力平衡温度， 即该温度对应的汽、 即该温度对应的汽、水饱和压力 凝汽器为开口系统， 凝汽器为开口系统，进入的蒸汽量与排出的凝水量保持 平衡， 水空间的分界面稳定，为准封闭系统， 平衡，汽、水空间的分界面稳定，为准封闭系统，其压 力同样决定于汽 力同样决定于汽、水热力平衡温度 3
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4.1.2 凝汽器压力及其影响因素
传热系数
HEI 公式 K = K 1φW φ mφ c K1 ：未修正传热系数，与流速的平方根及管径有关 未修正传热系数， φw ：冷却水温度修正系数 φm ：冷却管材料修正系数 φc ：清洁系数 ** HEI表面式凝汽器标准中，给出了这些修正系数的 表面式凝汽器标准中， 表面式凝汽器标准中 图、表
作用与功能
冷端放热、回收工质 朗肯循环中，冷端放热、凝结排汽 冷端放热、 朗肯循环中，冷端放热、 建立、 汽轮机尾部建立并维持真空， 建立、维持真空 汽轮机尾部建立并维持真空，增大机 组理想焓降 热力除氧、 热力除氧、改善凝水品质 热力物理分解除去凝水及补 水中的氧气， 水中的氧气，防止加热器及锅炉的氧腐蚀
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4.1.4 凝汽器的运行特性
危害：增大低加吸热量和凝水含氧量。 凝结水过冷 危害：增大低加吸热量和凝水含氧量。 诱因主要是： 诱因主要是：
水膜的导热温差， 冷却管外水膜 水膜的导热温差，使贴近管壁的凝水温 度低于对应压力下的饱和温度，即产生过冷。 度低于对应压力下的饱和温度，即产生过冷。 冷却管布置不合理，造成凝水飞溅、 汽阻过大 冷却管布置不合理，造成凝水飞溅、不凝结 气体流道复杂而汽阻增大， 气体流道复杂而汽阻增大，使主凝区后部的压力低于凝 汽器喉部处压力，造成凝结水过冷。 汽器喉部处压力，造成凝结水过冷。 漏入空气量增多时， 漏入空气量增多 漏入空气量增多时，一方面加大冷却 管外表面的空气分压力，蒸汽分压力下降， 管外表面的空气分压力，蒸汽分压力下降，凝结水温度 降低；另一方面汽阻增大、空气冷却区扩大， 降低；另一方面汽阻增大、空气冷却区扩大，引起凝结 水过冷。 水过冷。 热井水位过高， 热井水位过高淹没部分冷却管 热井水位过高，凝结水 淹没部分冷却管，凝结水直接被循环冷却水冷却。 淹没部分冷却管，凝结水直接被循环冷却水冷却。 16
传热端 差
′ ts
tc
冷却水温 升
tw 2
tw1
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4.1.2 凝汽器压力及其影响因素
热量输运与冷却水温升 水吸收 蒸汽的放热被冷却
hc − hc ' ∆t = c p Dw Dc
热量输运 Q = 1000 Dc (hc − hc ' )
= 1000 Dw (hw 2 − hw1 ) = 1000 Dwc p (tw 2 − tw1 )
ps = 1 Da 1 + 0.622 x Ds
凝汽器内不凝结气体份额很小， 凝汽器内不凝结气体份额很小，故蒸汽分压力占主导 地位，凝汽器的压力决定于蒸汽温度!!! 地位，凝汽器的压力决定于蒸汽温度 6
4.1.2 凝汽器压力及其影响因素
传热过程与凝汽器压力的确定
传热过程 过冷度
pc
ts = tw1 + ∆t + δ t
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4.1.4 凝汽器的运行特性
汽阻
由于抽汽设备容量的限制，在凝汽器真空系统漏入空气量增多时， 由于抽汽设备容量的限制，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、 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。 量提高。 在漏入空气量增多时，应相应地增大抽气设备的出力， 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。 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。
水阻
水阻是指冷却水在凝汽器内循环通道中受到的阻力。增大水阻， 水阻是指冷却水在凝汽器内循环通道中受到的阻力。增大水阻，循 环水泵的功耗就要加大，厂用电增多。 环水泵的功耗就要加大，厂用电增多。 在水泵压头一定时，水阻增大将使凝汽器冷却管中的水速减小， 在水泵压头一定时，水阻增大将使凝汽器冷却管中的水速减小，导 致传热系数减小、冷却水的温升提高，凝汽器的真空下降。 致传热系数减小、冷却水的温升提高，凝汽器的真空下降。 水阻增大的原因主要是冷却水通道及冷却管壁的结垢。 水阻增大的原因主要是冷却水通道及冷却管壁的结垢。在循环水泵 性能退化时，同样功耗下压头减小，也使凝汽器真空下降。 性能退化时，同样功耗下压头减小，也使凝汽器真空下降。
水源、循环水泵、管道等， 循环水系统 水源、循环水泵、管道等，循环水泵 泵送冷却水， 泵送冷却水，输运蒸汽释放的汽化潜热
开式循环 闭式循环 江、河、湖、海为水源，冷却水单次使用 海为水源， 冷却塔为冷源， 冷却塔为冷源，冷却水循环多次使用
抽送凝结水至低压加热器， 凝结水泵 抽送凝结水至低压加热器，维持凝汽器 热井水位 抽排凝结释放和漏入的不凝结气体， 抽气器 抽排凝结释放和漏入的不凝结气体，保证 凝结传热面良好的凝结换热条件