凝汽器的工作原理

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凝汽器的控制参数
图所示为凝汽器中蒸汽和冷却水沿冷却面积的温度变化关系
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工作原理
1.凝结水泵 2.抽汽设备 3.汽轮机 4.凝汽器 5.循环水泵
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工作原理
凝汽设备的最主要的作用有两方面：一是在汽 轮机排汽口建立并维持一定的真空；二是保证蒸汽 凝结并回收凝结水作为锅炉给水。电厂运行中，为 防止锅炉及汽轮机通流部分结垢、腐蚀，对给水品 质的要求非常严格。如果给水全用化学处理水的话， 则大容量机组的设备投资和运行费用将会很昂贵。 所以必须将凝汽器回收的大量凝结水作为给水，但 要严格保证其水质。此外，凝汽设备还是凝结水和 补给水去除氧器之前的先期除氧设备；并接受机组 启停和正常运行中的疏水和甩负荷过程中旁路排汽， 以回收热量和减少循环工质损失。
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工作原理
凝汽器中真空的形成主要原因是由于汽轮机的 排汽被冷却成凝结水，其比容急剧缩小。如蒸汽在 绝对压力4KPa时蒸汽的体积比水的体积大3万多倍。 当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器内 形成高度真空。凝汽器的真空形成和维持必须具备 三个条件： （1）凝汽器冷却水管必须通过一定的冷却水量。 （2） 凝结水泵必须不断地把凝结水抽走，避免水 位升高，影响蒸汽的凝结。 （3）抽气设备必须把漏入的空气和排汽中的其它气 体抽走。
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凝汽器的控制参数
ts＝tww1＋Δt＋δt 式中ts——凝汽器压力Pco相对应的蒸汽饱和温度，℃； tww1——循环冷却水进口温度，℃； Δt——循环冷却水出、进口温差 δt——汽轮机排汽温度与循环冷却水出口温度之差 由上式可知，凝汽器内的压力决定于冷却水进 口温度tw1、冷却水温升Δt和端差δt。
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凝汽器的控制参数
5.凝汽器循环倍率m： 凝汽器冷却水的流量Dw与进入凝汽器的蒸汽总 量Dco之比，称为凝汽器的循环倍率。 现代凝汽式汽轮机的m值在50～70范周内，多流 程凝汽器选用的值较小，单流程的凝汽器选用的值 较大。
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4.冷却水温升Δt： 冷却水温升是凝汽器冷却水出口温度与进口温 度的差值，温升是凝汽器经济运行的一个重要指标， 温升可监视凝汽器冷却水量是否满足汽轮机排汽冷 却之用，因为在一定的蒸汽流量下有一定的温升值。 另外，温升还可供分析凝汽器铜管是否堵塞、清洁 等。 温升大的原因有：蒸汽流量增加；冷却水量减少； 冷却水管清洗后较干净。 温升小的原因有：蒸汽流量减少；冷却水量增加； 冷却水管结垢或脏污；真空系统漏空气严重。
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6.凝汽器端差δt： 凝汽器压力下的饱和温度与凝汽器冷却水出口 温度之差称为端差。 利用热传导方程式可以推导出端差δt 的计算 方法。影响端差δt的因素较多，而且它们之间的关 系也较复杂。在除Aco以外的其它条件不变的情况下， 减小δt就要增大凝汽器冷却面积Aco，因而使凝汽 器造价提高。所以在设计时δt不宜选的过小，一般 δt =3～5℃。
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伊敏电厂发电部培空度）： 一般真空容器设备的真空度，是根据该设备为 实现某种工艺过程所必需的工作条件而确定的。然 而在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度，却是 凝汽器乃至凝汽设备本身的主要任务。凝汽器压力 （真空度）是表征凝汽器工作特性的主要指标。通 常泛指的凝汽器压力是凝汽器壳侧蒸汽凝结温度对 应的饱和压力。但是实际上凝汽器壳侧各处压力并 不相等。
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凝汽设备是凝汽式汽轮机装臵的重要组成部分 之一，它的工作情况直接影响到整个装臵的热经济 性和运行可靠性。凝汽设备在汽轮机装臵的热力循 环中起着冷源作用。降低汽轮机排汽的压力和温度， 就可以减小冷源损失，提高循环热效率。降低排汽 参数的有效办法是将排汽引入凝汽器凝结为水。若 机组运行不当使排汽压力比正常值升高1%， Δηt∕ηt将降低1%以上；若使排汽温度下降5℃， 则Δηt∕ηt将升高1%以上。这对于大型机组是很 可观的，由此可见凝汽设备的重要性。以水为冷却 介质的凝汽设备，一般由凝汽器、凝结水泵、抽气 设备、循环水泵以及它们之间的连接管道和附件组 成。
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凝汽器的控制参数
凝汽器内是蒸汽和空气组成的混合气体，它的 压力Pco是蒸汽分压力Ps与空气分压力Pa之和。但在 占凝汽器很大一部分的蒸汽凝结区内，空气的相对 含量很小，可以忽略不计，故起决定作用的还是蒸 汽，因此，可以很准确地认为凝汽器内的压力由与 之相对应的饱和温度ts来确定。冷却水以温度tw1进 入凝汽器，其温度随冷却面积的增加而升高，出口 温度为tw2；进入凝汽器内的蒸汽隔着冷却水管首先 与出口冷却水进行热交换，根据传热原理，蒸汽放 热后的温度一定高于冷却水出口温度tw2两者之差称 为端差δt，则汽轮机排入凝汽器的蒸汽饱和温度可 由下式确定：
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凝汽器的控制参数
对于结构已确定的凝汽器，在极限真空内，当 蒸汽参数和流量不变时，提高真空使蒸汽在汽轮机 中的可用焓降增大，就会相应增加发电机的输出功 率。但是在提高真空的同时，需要向凝汽器多供冷 却水，从而增加循环水泵的耗功。由于凝汽器真空 提高，使汽轮机功率增加与循环水泵多耗功率的差 数为最大时的真空值称为凝汽器的最有利真空（即 最经济真空）。
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2.凝汽器的热负荷: 凝汽器热负荷是指单位时间内凝汽器内蒸汽和凝 结水传给冷却水的总热量（包括排汽、加热器疏水 等热量）。 凝汽器的单位负荷是指单位时间内单位面积所冷 凝的蒸汽量，即进入凝汽器的蒸汽流量与冷却面积 的比值。
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凝汽器的控制参数
关于凝汽器压力（真空度），还有三个很重要 的概念，即凝汽器的极限真空、最有利真空和额定 真空。 凝汽设备在运行中应该从各方面采取措施以获 得良好真空。但真空的提高也不是越高越好，而有 一个极限。这个真空的极限由汽轮机最后一级叶片 出口截面的膨胀极限所决定。当通过最后一级叶片 的蒸汽已达到膨胀极限时，如果继续提高真空，不 可能得到经济上的效益，反而会降低经济效益。简 单地说，当蒸汽在末级叶片中的膨胀达到极限时， 所对应的真空称为极限真空，也有的称之为临界真 空。
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3.冷却水进口温度tw1： 冷却水温度越低，凝汽器压力越低，对汽轮机 的经济运行越有利。但是冷却水的进口温度不取决 于凝汽器的运行工况，而取决于供水方式、气候条 件和所处地区。冬季的水温低、所以真空较好，夏 季的水温高，真空要差一些。开式供水比闭式供水 的水温低。所以开式供水的真空较闭式供水的真空 高。
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凝汽器的控制参数
对一定的凝汽器，端差的大小与凝汽器冷却水 进口温度、凝汽器单位面积蒸汽负荷、凝汽器铜管 的表面洁净度、凝汽器内的漏入空气量以及冷却水 在管内的流速有关。一个清洁的凝汽器，在一定的 循环水温度和循环水量及单位蒸汽负荷下就有一定 的端差值指标，一般端差值指标是当循环水量增加， 冷却水出口温度愈低，端差愈大，反之亦然；单位 蒸汽负荷愈大，端差愈大，反之亦然。实际运行中， 若端差值比端差指标值高得太多，则表明凝汽器冷 却水管脏污，致使传热条件恶化。端差增加的原因 有：凝汽器冷却水管水侧或汽侧结垢；凝汽器汽侧 漏入空气；冷却水管堵塞；冷却水量减少等。
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工作原理
最简单的凝汽设备示意图如上图所示。汽轮机3的排汽 排入凝汽器4，其热量被循环水泵5不断打入凝汽器的冷 却水带走，自身凝结为凝结水汇集在凝汽器的底部热井， 同时由凝结水泵1抽出送往锅炉作为给水。凝汽器的压力 很低，外界空气易漏入。为防止不凝结的空气在凝汽器 中不断积累升高凝汽器内的压力，采用抽气设备2不断将 空气抽出。在凝汽器中，不断循环的冷却水创造凝汽器 中的低温环境，使排汽释放汽化潜热而发生凝结。凝汽 器中蒸汽凝结的空间是汽液两相共存的，汽侧压力等于 蒸汽凝结温度所对应的饱和压力。蒸汽凝结温度由冷却 条件决定。只要冷却水温不高，蒸汽凝结温度也不高， 一般为30℃左右，所对应的饱和压力约为4～5KPa，该压 力大大低于大气压力，从而在凝汽器中形成高度真空。
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工作原理
对凝汽器的要求是： （1）有较高的传热系数和合理的管束布臵。 （2）凝汽器本体及真空管路系统要有高度的严密性。 （3）汽阻及凝结水过冷度要小。 （4）水阻要小。 （5）凝结水的含氧量要小。 （6）便于清洗冷却水管。
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凝汽器的控制参数
影响凝汽器最有利真空的主要因素是： 进入凝汽器的蒸汽流量、汽轮机排汽压力、冷 却水的进口温度、循环水量（或是循环水泵的运行 台数）、汽轮机的出力变化及循环水泵的耗电量变 化等。 一般汽轮机铭牌排汽绝对压力对应的真空是凝 汽器的额定真空。这是指机组在设计工况、额定功 率、设计冷却水温时的真空。这个数值并不是机组 的极限真空值。
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凝汽器的控制参数
端差δt与负荷率Dco/Aco及tw1的关系
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