凝汽器真空的确定

凝汽器真空的确定

1.凝汽系统

发电厂用的汽轮机组绝大部分是凝气式汽轮机。凝汽系统是凝气式汽轮机的一个重要组成部分，系统由凝汽器3、抽气设备4、循环水泵5、凝结水泵6以及相连的管道和阀门等组成。

1.1凝汽系统的工作性能

凝汽器工作性能的好坏，直接影响到整个机组的热经济性和可靠性，主要体现在：

（1）从循环效率看，凝汽器真空的好坏，即汽轮机组终参数的高低，对循环效率所产生的影响是和机组初参数的影响同等重要。据调查统计，国产引进型

300MW机组低真空问题最为严重，凝汽器真空值在91%一94%之间，比设计

低3~6个百分点，使机组供电煤耗增加8.19/(kw·h)。在进汽温度不变的情况

下汽轮机排汽温度每降低10℃，机组的热效率增加3.5%，这在电厂中是相当

可观的。

（2）从设备的耗水量看，采用湿式冷却塔的凝汽器用水量占总耗水量的

42.8%~79.5%。

（3）从设备耗电量看，整个机组的辅机耗电量约占其发点量的5%~9%，其中循环水泵、凝结水泵，抽气设备的耗电量也占了较大的比重。

（4）从运行安全性看，根据可靠性统计，凝汽设备故障可使整个机组可用率降低

3.8%。

（5）从设备投资看，汽轮机辅机价格约占主机的一半，而辅机价格中的约50%是用于凝汽设备。

（6）从材料消耗看，凝汽器的钢材和钢管材料消耗量也是相当可观的。

由此表明，凝汽系统对于整个电厂设计、布置、安装和运行维护都是十分重要

的方面。

1.2凝汽系统的任务

（1）建立维持真空从热力学第二定律的观点，完整的动力循环必须要有一个冷源，凝气系统在蒸汽动力循环（郎肯循环）中起着冷源作用，在汽轮机末级排气口建立并维持规定的真空，通过降低排汽压力和排汽温度，来提高循环热效率。

（2）凝结作用汽轮机的工质是经过严格化学处理的水蒸气，凝汽器将汽轮机排汽凝结成水，凝结水经回热抽汽加热、除氧后，作为锅炉给水重复使用。

（3）真空除氧作用利用热力除氧原理除去凝结水中的溶解气体（主要为氧气），从而提高凝结水品质，防止热力系统低压回路管道、阀门等腐蚀。

（4）蓄水作用凝汽器既是汇集和储存凝结水、热力系统中的各种疏水、排汽和化学补充水的场所，又是缓解运行中机组流量的急剧变化，从而起到热力系统稳定调节作用的缓冲器。

1.3凝汽系统的类型

发电厂使用的凝气系统主要以水为冷却介质，在严重缺水的发电厂可用空气为冷却介质。

水冷凝气系统的冷却方式又可以分为直流供水方式和循环供水方式：直流供水方式是以江河湖海的天然水源作为冷却水源，其广泛应用于建在大江、大海附近的发电厂；循环供水方式则需要专业的冷却塔，冷却水吸收凝汽器中排汽的压力后，送人冷却塔中进行冷却，

冷却后的冷却水重新进入凝汽器中工作，如此循环往复。一般只需要补充少量的冷却水来弥补循环水中的水损失，因此适用于水源不足的地区采用。

空冷凝气系统是指利用空气来带走汽轮机排汽热量的凝气系统，不需要冷却水，厂址选择不受冷却水源的限制，例如坑口电厂。

1.4对凝汽器的要求

为了形成高度的真空，凝汽器应满足下列要求：

(1)具有良好的传热性能。良好的传热性能主要是通过管束的合理排列布置来达到，蒸

汽在凝汽器内不断凝结的结果，使得不凝结气体比例越来越大，传热系数则随之

逐步降低，如果能按照蒸汽流动分布相应地设置流道，使蒸汽圆滑地流向空气冷却

区，从而使蒸汽负荷均匀地分配于管束，这样不仅有良好的传热性能，而且也会减

少汽侧流动阻力和改善除氧效果。

(2)具有高度严密性。运行中，凝汽器的汽侧压力既低于壳外的大气压力，也低于管内

的水侧压力。如果水侧严密性不好,则冷却水就会渗漏于汽侧，恶化凝结水水位，

这对大机组的安全运行是极大的威胁。另外，如果汽侧严密性不好,那么空气将漏

入汽侧，恶化了传热，降低了真空。因此，严密性对凝汽器来说是一个最基本的

要求。

(3)具有尽可能小的汽阻和过冷度。汽阻是蒸汽、空气混合物流过凝汽器管束空间的流

动阻力损失，汽阻的存在造成凝结过冷度和含氧量增加。凝结水的过冷,降低了循

环的热经济性，凝结水含氧量的增加，则加剧了设备腐蚀的危险性，所以性能良

好的凝汽器应尽量减少汽阻和过冷度。

(4)具有良好的除氧功能。现在大型凝汽器除了合理布置管束和流道以尽量减少汽阻，

从而减少凝结水含氧量外，还设有专门的除氧装置，以保证凝结水含氧量在规定

值以下。

(5)具有较小的水阻。水阻是冷却水在凝汽器冷却管中的流动阻力和进出管子及进出水

室时的局部阻力之和，这个阻力的大小对循环水泵选择和管道布置都有影响。应

通过技术经济比较来确定，所以它是冷却水系统优化设计中的一个重要参数。2.凝汽器内压力的确定

在凝汽器内，由于空气分压的存在，各处的蒸汽压力并不完全相等。但只要抽气设备正常运作，在主凝结区域内，空气所占的比例很小，其分压力影响很小，所以蒸汽在凝汽器内的凝结过程可以看做是蒸汽等压放热过程。蒸汽分压力p s可认为等于凝汽器压力p c。这样通过求主凝结区蒸汽的凝结温度ts，得出其对应的饱和蒸汽压力p s，就确定了凝汽器压力p c。

2.1压力求解过程

汽轮机排汽进入凝汽器后，蒸汽的汽化潜热传给冷却水。就凝汽器内热量平衡来说，蒸汽凝结放出的热量等于冷却水温度升高带走的热量；就传热过程说，蒸汽的这部分热量等于在蒸汽与冷却水温差作用下，通过冷却水管总的传热表面传递的热量，用公式表达如下：

1000D c(h c h,c)=1000D w c p(t w1-t w2)=A c k t m

其中D c为进入凝汽器的凝汽量，t/h;D w为凝汽器的冷却水流量；为蒸汽比焓值；为凝结水的比焓值；为水的比定压比热容，在常温常压下为4.187,；为冷却水进口温度；

为冷却水出口温度；冷却水管外表面总面积；为从蒸汽向冷却水传热的总体传热系数；为蒸汽至冷却水的平均传热温差。