华北电力大学汽轮机课件4..
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第四章 汽轮机的凝汽设备
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型 第二节 凝汽器的真空与传热 第三节 凝汽器的管束布置与真空除氧 第四节 抽气器 第五节 凝汽器的变工况 第六节 多压式凝汽器
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型 一、凝汽设备的工作原理与任务
1.凝汽设备的工作原理 汽轮机排汽进入凝汽器，被 由循环水泵供给的冷却水冷却 凝结为水，凝结水不断被凝结 水泵抽走。由于凝汽器内压力 很低，会有空气从凝汽器及与 其相联接的管道、阀门等部件 的不严密处漏入凝汽器，由于 空气不能凝结，同时会阻碍排 汽和冷却水之间的换热，需不 断的用抽气器将漏入凝汽器的 空气抽走。
第二节 凝汽器的真空与传热 t s t w 2 t t w1 t t
空 冷 区 主凝区 凝汽器内蒸汽凝结温度及冷却水温度变化曲线
第二节 凝汽器的真空与传热 冷却水在凝汽器内，吸收蒸汽凝结放热，温度升高， tw1→tw2 。 蒸汽在凝汽内凝结，主凝区凝结水温度基本不变
t s t w 2 t t w1 t t
蒸汽凝结99%，干度x=0.01 蒸汽凝结99.9%，干度x=0.001 蒸汽凝结99.99%，干度x=0.0001 ps=0. 9938pc ps=0. 9414pc ps=0. 6265pc
第二节 凝汽器的真空与传热 可见，进入凝汽器的蒸汽在99% 、甚至99.9% 已凝结的情况下，蒸汽的分压力仍近似为凝汽器的 压力。因此在整个凝汽器空间内，绝大部分区域 （主凝区）的蒸汽分压力近似等于凝汽器的压力， 只有在绝大部分蒸汽已经凝结的空冷区，蒸汽分压 力才明显小于凝汽器压力，而且越靠近抽气口蒸汽 的分压力越小，空气的分压力越大。 假设凝汽器内各处压力近似不变（实际上，凝汽 器进口与抽气口之间存在一压差，即汽阻，其值很小， 大型机组一般为0.0002～0.0003MPa）。因此，凝汽 器内蒸汽分压力（凝结温度）在凝汽器的主冷区也近 似不变，只有在空冷区才明显逐渐降低。
两种冷却方式比较
水冷： 可以保持较高的真空（即排汽压力较低），一 次投资较小， 耗水量大。（ 应用广泛）
空冷： 真空较低，投资大，耗水量小，冷却系统本 身节水97％以上，全厂性节水约65％。用于 富煤缺水地区（ 如山西、 内蒙）
汽轮机
抽气器 凝汽器 冷却塔
循环水泵 凝结水泵
水冷机组冷却水系统示意图
如设计煤耗为330g/kW.h，排汽压力升高1kPa, 使煤耗增 加3.3g/kW.h，按年平均运行小时按6000小时计，每年多 耗煤：6000×30×104×3.3/106=5940t标煤（450元/吨， 267万元）
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型 一、凝汽设备的工作原理与任务 2. 凝汽设备的任务 （1） 在汽轮机排口建立并维持规定的真空；
汽轮机 抽气器
凝汽器
循环水泵 凝结水泵
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型
汽轮机排汽压力变化对机组热经济性的影响 以东方汽轮机厂N300-16.67/537/537机组为例
pc 101KPa
pc 5.0KPa
t 37.12% t 45.55%
如机组设计排汽压力为5kPa，若排汽压力升高1kPa, 则机组热耗将增加1%。
（2） 保持凝结水的洁净。
3. 凝汽设备的组成 汽轮机的凝汽设备，由凝汽器、抽气器、循环水泵 和凝结水泵以及他们之间的连接管道、阀门和附件 等组成。
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型
二、凝汽器的Байду номын сангаас型
按冷却介质与凝结水是否接触，凝汽器分为表面式 和混合式。按冷却介质分为：水冷和空冷。表面式 凝汽器既用于水冷机组，也用于空冷机组。
PsVs m s RsTs
PaVa ma Ra Ta
Vs Va
，
Ta Ts
第二节 凝汽器的真空与传热
ms+ma
控制体内的水蒸 汽质量为ms= XDc， 空气质量为ma =Da 。 其中， Dc 、 Da 分别 为进入凝汽器的水蒸 气和空气质量流率， X为控制体内蒸汽干 度。
控制体 控制体
控
制
体
第二节 凝汽器的真空与传热
有
0.287kJ/kg.k
Pa Da Ra Da 0.622 Ps XDc Rs XDC
0.462kJ/kg.k
蒸汽分压力
Ps
1 Da 1 0.622 XDc
Pc
上式表示了控制体内蒸汽分压力与控制体内总压力之 间的关系，也就是凝汽器内各点蒸汽分压力与总压力 之间的关系。
基本概念 凝汽器真空： 当地大气压与凝汽器内绝对压力的差 值。
凝汽器汽阻： 凝汽器蒸汽入口压力pc与抽汽口处压 力pc’’差值，△ pc= pc- pc’’ 凝汽器水阻： 凝汽器冷却水入口压力与冷却水出口 压力差值。
第二节 凝汽器的真空与传热
一、 表面式凝汽器内压力 pc的确定
凝汽器空间：汽侧空间+水侧空间 凝汽器压力：汽侧空间压力 凝汽器 汽侧空 间多组 分介质 共存 蒸汽
第二节 凝汽器的真空与传热 现在我们来讨论蒸汽分压力与控制体内总压力之间 的关系。
对于严密性合格的机组， Da/ Dc≤ 0.0001，这里我们取 Da/ Dc≤ 0.0001 。 分别取 X=0.01，X =0.001，和X=0.0001（即排入凝汽 器内的蒸汽分别有99%，99.9%和99.99%凝结）情况， 带入上式，得
空冷机组冷却水系统示意图p211
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型
表面式凝汽器 单流程
双流程
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型
汽流向侧流动
汽流向心流动
1- 管束隔板 2-冷却管束 8-水室隔板
7-人孔 3-抽气口 4-挡板
5-空气冷却区 6-热井
多区域汽流向侧流动
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型
不凝结气体：原蒸汽中夹带（很少）+真空 系统不严密漏入系统的空气
第二节 凝汽器的真空与传热 道尔顿定律： 汽侧空间的总压力=各组分分压力之和
pc ps pa
pc-凝汽器总压力；ps-蒸汽分压力；pa-空气分压力 凝汽器内压力很低（一般在0.0049～0.018MPa范 围） ，视为理想气体，取一控制体，有 蒸汽： 空气：
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型 第二节 凝汽器的真空与传热 第三节 凝汽器的管束布置与真空除氧 第四节 抽气器 第五节 凝汽器的变工况 第六节 多压式凝汽器
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型 一、凝汽设备的工作原理与任务
1.凝汽设备的工作原理 汽轮机排汽进入凝汽器，被 由循环水泵供给的冷却水冷却 凝结为水，凝结水不断被凝结 水泵抽走。由于凝汽器内压力 很低，会有空气从凝汽器及与 其相联接的管道、阀门等部件 的不严密处漏入凝汽器，由于 空气不能凝结，同时会阻碍排 汽和冷却水之间的换热，需不 断的用抽气器将漏入凝汽器的 空气抽走。
第二节 凝汽器的真空与传热 t s t w 2 t t w1 t t
空 冷 区 主凝区 凝汽器内蒸汽凝结温度及冷却水温度变化曲线
第二节 凝汽器的真空与传热 冷却水在凝汽器内，吸收蒸汽凝结放热，温度升高， tw1→tw2 。 蒸汽在凝汽内凝结，主凝区凝结水温度基本不变
t s t w 2 t t w1 t t
蒸汽凝结99%，干度x=0.01 蒸汽凝结99.9%，干度x=0.001 蒸汽凝结99.99%，干度x=0.0001 ps=0. 9938pc ps=0. 9414pc ps=0. 6265pc
第二节 凝汽器的真空与传热 可见，进入凝汽器的蒸汽在99% 、甚至99.9% 已凝结的情况下，蒸汽的分压力仍近似为凝汽器的 压力。因此在整个凝汽器空间内，绝大部分区域 （主凝区）的蒸汽分压力近似等于凝汽器的压力， 只有在绝大部分蒸汽已经凝结的空冷区，蒸汽分压 力才明显小于凝汽器压力，而且越靠近抽气口蒸汽 的分压力越小，空气的分压力越大。 假设凝汽器内各处压力近似不变（实际上，凝汽 器进口与抽气口之间存在一压差，即汽阻，其值很小， 大型机组一般为0.0002～0.0003MPa）。因此，凝汽 器内蒸汽分压力（凝结温度）在凝汽器的主冷区也近 似不变，只有在空冷区才明显逐渐降低。
两种冷却方式比较
水冷： 可以保持较高的真空（即排汽压力较低），一 次投资较小， 耗水量大。（ 应用广泛）
空冷： 真空较低，投资大，耗水量小，冷却系统本 身节水97％以上，全厂性节水约65％。用于 富煤缺水地区（ 如山西、 内蒙）
汽轮机
抽气器 凝汽器 冷却塔
循环水泵 凝结水泵
水冷机组冷却水系统示意图
如设计煤耗为330g/kW.h，排汽压力升高1kPa, 使煤耗增 加3.3g/kW.h，按年平均运行小时按6000小时计，每年多 耗煤：6000×30×104×3.3/106=5940t标煤（450元/吨， 267万元）
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型 一、凝汽设备的工作原理与任务 2. 凝汽设备的任务 （1） 在汽轮机排口建立并维持规定的真空；
汽轮机 抽气器
凝汽器
循环水泵 凝结水泵
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型
汽轮机排汽压力变化对机组热经济性的影响 以东方汽轮机厂N300-16.67/537/537机组为例
pc 101KPa
pc 5.0KPa
t 37.12% t 45.55%
如机组设计排汽压力为5kPa，若排汽压力升高1kPa, 则机组热耗将增加1%。
（2） 保持凝结水的洁净。
3. 凝汽设备的组成 汽轮机的凝汽设备，由凝汽器、抽气器、循环水泵 和凝结水泵以及他们之间的连接管道、阀门和附件 等组成。
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型
二、凝汽器的Байду номын сангаас型
按冷却介质与凝结水是否接触，凝汽器分为表面式 和混合式。按冷却介质分为：水冷和空冷。表面式 凝汽器既用于水冷机组，也用于空冷机组。
PsVs m s RsTs
PaVa ma Ra Ta
Vs Va
，
Ta Ts
第二节 凝汽器的真空与传热
ms+ma
控制体内的水蒸 汽质量为ms= XDc， 空气质量为ma =Da 。 其中， Dc 、 Da 分别 为进入凝汽器的水蒸 气和空气质量流率， X为控制体内蒸汽干 度。
控制体 控制体
控
制
体
第二节 凝汽器的真空与传热
有
0.287kJ/kg.k
Pa Da Ra Da 0.622 Ps XDc Rs XDC
0.462kJ/kg.k
蒸汽分压力
Ps
1 Da 1 0.622 XDc
Pc
上式表示了控制体内蒸汽分压力与控制体内总压力之 间的关系，也就是凝汽器内各点蒸汽分压力与总压力 之间的关系。
基本概念 凝汽器真空： 当地大气压与凝汽器内绝对压力的差 值。
凝汽器汽阻： 凝汽器蒸汽入口压力pc与抽汽口处压 力pc’’差值，△ pc= pc- pc’’ 凝汽器水阻： 凝汽器冷却水入口压力与冷却水出口 压力差值。
第二节 凝汽器的真空与传热
一、 表面式凝汽器内压力 pc的确定
凝汽器空间：汽侧空间+水侧空间 凝汽器压力：汽侧空间压力 凝汽器 汽侧空 间多组 分介质 共存 蒸汽
第二节 凝汽器的真空与传热 现在我们来讨论蒸汽分压力与控制体内总压力之间 的关系。
对于严密性合格的机组， Da/ Dc≤ 0.0001，这里我们取 Da/ Dc≤ 0.0001 。 分别取 X=0.01，X =0.001，和X=0.0001（即排入凝汽 器内的蒸汽分别有99%，99.9%和99.99%凝结）情况， 带入上式，得
空冷机组冷却水系统示意图p211
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型
表面式凝汽器 单流程
双流程
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型
汽流向侧流动
汽流向心流动
1- 管束隔板 2-冷却管束 8-水室隔板
7-人孔 3-抽气口 4-挡板
5-空气冷却区 6-热井
多区域汽流向侧流动
第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型
不凝结气体：原蒸汽中夹带（很少）+真空 系统不严密漏入系统的空气
第二节 凝汽器的真空与传热 道尔顿定律： 汽侧空间的总压力=各组分分压力之和
pc ps pa
pc-凝汽器总压力；ps-蒸汽分压力；pa-空气分压力 凝汽器内压力很低（一般在0.0049～0.018MPa范 围） ，视为理想气体，取一控制体，有 蒸汽： 空气：