汽轮机原理第四章课件.ppt

1、第四章 汽轮机的凝汽设备n n第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型n n第二节 凝汽器的真空与传热n n第三节 凝汽器的管束布置与真空除氧n n第四节 抽气器n n第五节 凝汽器的变工况n n第六节 多压式凝汽器第一节第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型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 凝凝汽汽设设备备在在汽汽轮轮机机装装置置的的热热力力循循环环中中起起着着冷冷源源的的作作用用，降降低低汽汽轮轮机机排排汽汽压压力力和和排排汽汽温温度度可可以以提提高高循循环环热热效效率率。以以水水为为冷冷却却介介质质的的凝凝汽汽设设备备，由由凝凝汽汽器器、抽抽汽汽器器、循循环环水水

2、泵泵和和凝凝结结水水泵泵以以及及它它们们之之间间的的连连接接管管道道、阀阀门门和和附附件件等等组组成成，最最简简单单的的凝凝汽汽设设备备示示意意图图如如下下图图所所示示。汽汽轮轮机机的的排排汽汽进进入入凝凝汽汽器器1 1，循循环环水水泵泵2 2不不断断的的把把冷冷却却水水打打入入凝凝汽汽器器，吸吸收收蒸蒸汽汽凝凝结结放放出出的的能能量量，蒸蒸汽汽被被冷冷却却并并凝凝结结为为水水。凝凝结结水水由由凝凝结结水水泵泵3 3抽抽走走。凝凝汽汽器器内内压压力力很很低低，比比较较容容易易漏漏入入空空气气，空空气气将将阻阻碍碍传传热热因因此此用用抽抽汽汽器器4 4不不断断的的将将空空气气抽走。抽走。凝汽设备

3、简图返回1 1、是在汽轮机的排汽管内建立并维持高度真空；是在汽轮机的排汽管内建立并维持高度真空；2 2、是供应洁净的凝结水作为锅炉给水。给水不洁净将使锅、是供应洁净的凝结水作为锅炉给水。给水不洁净将使锅炉结垢和腐蚀，使新汽夹带盐分，此盐分在汽轮机通流部分炉结垢和腐蚀，使新汽夹带盐分，此盐分在汽轮机通流部分积盐垢，影响电厂的安全经济运行。积盐垢，影响电厂的安全经济运行。凝凝汽汽器器内内为为什什么么会会形形成成真真空空？这这是是因因为为凝凝汽汽器器内内的的蒸蒸汽汽凝凝结结空空间间是是汽汽水水两两相相共共存存的的，其其压压力力是是蒸蒸汽汽凝凝结结温温度度下下的的饱饱和和压压力力。只只要要冷冷却却水水

4、温温不不高高，在在正正常常情情况况下下蒸蒸汽汽凝凝结结温温度度也也就就不不高高，如如3030左左右右的的蒸蒸汽汽凝凝结结温温度度所所对对应应得得饱饱和和压压力力约约只只有有4-5kPa4-5kPa，大大低于大气压力，就形成了高度真空。，大大低于大气压力，就形成了高度真空。凝汽设备的任务凝汽设备的任务 二、凝汽器的类型二、凝汽器的类型 现在电站使用的凝汽器主要是以水为冷却介质和表面式凝现在电站使用的凝汽器主要是以水为冷却介质和表面式凝汽器。在缺水地区和列车电站上，可用空气凝汽器。汽器。在缺水地区和列车电站上，可用空气凝汽器。1空气凝汽器 汽轮机排汽进入热交换器冷却凝结，热交换器一般用具有汽轮机排

5、汽进入热交换器冷却凝结，热交换器一般用具有鳍状散热片的管束组成，蒸汽进入管束内侧，空气在管外流过，鳍状散热片的管束组成，蒸汽进入管束内侧，空气在管外流过，为了加强冷却，可用风扇机力通风，由于空气传热系数极低，为了加强冷却，可用风扇机力通风，由于空气传热系数极低，所以冷却表面积很大，整个凝汽器的体积庞大，无法放在汽轮所以冷却表面积很大，整个凝汽器的体积庞大，无法放在汽轮机下部，常不得不远离汽轮机放在户外，因此汽轮机粗大的排机下部，常不得不远离汽轮机放在户外，因此汽轮机粗大的排汽管道很长，金属耗量和流动阻力都很大。汽管道很长，金属耗量和流动阻力都很大。2表面式凝汽器 表面式凝汽器在火电站和核电站中

6、应用广泛。凝汽器的传热面分为主凝结区和空气冷却区两部分，这两部分之间用挡板隔开。空气冷却区的面积约占凝汽器总面积的5%10%。蒸汽刚进入凝汽器时，所含空气量不到万分之一，凝汽器总压力可以用蒸汽分压力代替。蒸汽在主凝结区大量凝结，但空气不能凝结，到达空气冷却区入口时，蒸汽流量以大为减小，而空气流量未变。剩下的蒸汽和空气混合物进入空冷区，蒸汽继续凝结，到空气抽出口处，蒸汽和空气的质量流量已是同一数量级，这时蒸汽分压力才明显减小，所对应的饱和温度也才降低，空气和很少量的蒸汽才会得到冷却。空气被冷却后，容积流量减小，抽汽器负荷减小，抽气效果才好。水水 阻阻 凝汽器给冷却水的阻力称为水阻。它由冷却水管内

7、的沿程阻力、冷却水由水室进出冷却水管的局部阻力与水室中的流动阻力（包括由循环水管进出水室的局部阻力）等三部分组成。水阻越大，循环水泵的耗功越大，故应减少之。双流程凝汽器的水阻较大约4978kPa，单流程水阻较小。第二节第二节 凝汽器的真空与传热凝汽器的真空与传热一、凝汽器内压力Pc的确定n n此次图此次图4.2.14.2.1中曲线一表示凝汽器内蒸汽凝结温度中曲线一表示凝汽器内蒸汽凝结温度t t 的变化的变化,t ,t 在主凝结区基本不变，在空冷区下降较多。曲线二表示冷却在主凝结区基本不变，在空冷区下降较多。曲线二表示冷却水由进口处的温度水由进口处的温度t t 逐渐吸热上升到出口处的温度逐渐吸热

8、上升到出口处的温度t t ，冷却，冷却水温升水温升t=t t t=t t 。冷却水的进水侧温度较低，与蒸汽的。冷却水的进水侧温度较低，与蒸汽的传热温差较大，单位面积的热负荷较大，故此处冷却水温上传热温差较大，单位面积的热负荷较大，故此处冷却水温上升较快。升较快。t t与与t t之差成为凝汽器端差，以之差成为凝汽器端差，以tt表示，表示，n nt=t t t=t t 。n n主凝结区的蒸汽凝结温度为主凝结区的蒸汽凝结温度为n n t =t +t =t +t+t t+t （4.2.14.2.1）n n在主凝结区，总压力在主凝结区，总压力p p 与蒸汽分压力与蒸汽分压力p p 相差甚微，相差甚微，p

9、 p 可以可以用用p p 代替。由上式算出代替。由上式算出t t 后就可求出后就可求出t t 所对应的饱和压力所对应的饱和压力p p。上式是确定凝汽器内压力上式是确定凝汽器内压力p p 的理论基础。的理论基础。返回影响凝汽器内压力影响凝汽器内压力 的三个方面因素的三个方面因素n1冷却水进口温度tnt 主要决定于电站所在地的气候和季节。冬季t 较低，t 也低，真空高；夏季t 高，t 也高，真空低。用冷水塔或喷水池时，t 还决定于冷却塔或喷水池的冷却效果。n2。冷却水温tnt由凝汽器热平衡方程是求得：n Q=1000D（h h ）=1000D（h h ）=4187 D tn式中 Q凝汽器的传热量，

10、；n D ，D 进入凝汽器的蒸汽量与冷却水量，n h ，h 凝汽器中的蒸汽比焓和凝结水比焓，n h ，h 冷却水流出和进入凝汽器的比焓。n有上式得 n t=n n n n式中，式中，m=m=，称为冷却器的冷却倍率或循环倍率，它表明，称为冷却器的冷却倍率或循环倍率，它表明冷却水量是被凝结蒸汽量的多少倍。冷却水量是被凝结蒸汽量的多少倍。mm越大，越大，t t越小，真空越越小，真空越高。但高。但mm越大时循环水泵及电动机容量越大，循环水管越粗，越大时循环水泵及电动机容量越大，循环水管越粗，末级叶片因排汽比容增大而增大，电站投资增加，故设计时恰末级叶片因排汽比容增大而增大，电站投资增加，故设计时恰当的

11、当的mm值应在汽轮机组的值应在汽轮机组的“冷端最佳参数选择冷端最佳参数选择”任务中决定。任务中决定。一般一般mm在在5012050120之间，厂址和江河水面高差小时，取较大之间，厂址和江河水面高差小时，取较大mm值，值，这是循环水泵耗功增加不少，而提高真空较多。这是循环水泵耗功增加不少，而提高真空较多。n n t =t =n n 可见可见t t主要决定于循环倍率主要决定于循环倍率mm，或者说当，或者说当D D 一定时，主要一定时，主要决定于冷却水量决定于冷却水量D D 。D D 减少，减少，t t增大，真空降低。增大，真空降低。D D 主要决主要决定于循环水泵容量和启动台数。然而冷却水量定于循

12、环水泵容量和启动台数。然而冷却水量D D 也可能由于其也可能由于其他的原因而减少，例如，凝汽器被管板杂草、木块、小鱼等堵他的原因而减少，例如，凝汽器被管板杂草、木块、小鱼等堵塞；冷却水管内侧结垢，流动阻力增大；循环水泵局部故障；塞；冷却水管内侧结垢，流动阻力增大；循环水泵局部故障；循环水吸水井水位太低，吸不上时，都可能使冷却水量循环水吸水井水位太低，吸不上时，都可能使冷却水量 减少，减少，引起真空降低。引起真空降低。n n3凝汽器传热端差tn n计算计算tt的公式可由传热方程等公式推导求得：的公式可由传热方程等公式推导求得：n n Q=KA Q=KA t tn nKK凝汽器的总体传热系数，凝汽

13、器的总体传热系数，n nt t 蒸汽和冷却水之间的对数平均传热温差。蒸汽和冷却水之间的对数平均传热温差。n n最终求得：最终求得：n n t=t=n n n n可见，传热端差可见，传热端差tt与与A A 、K K、QQ、D D 有关。设计时，有关。设计时，QQ一定，一定，D D 主要根据主要根据mm决定，决定，K K只能按经验数值取定，因此只有增大只能按经验数值取定，因此只有增大A A ，才能减小，才能减小tt。增大。增大A A 需要增大投资，故也要在汽轮机需要增大投资，故也要在汽轮机“冷端最佳参数选择冷端最佳参数选择”任务中决定。任务中决定。K K越大，越大，tt越小，越小，t t 越小，越

14、小，真空越高。凡影响真空越高。凡影响K K的因素，都将影响的因素，都将影响tt，从而也将影响，从而也将影响t t与与p p 。凝汽器的空气来源凝汽器的空气来源 n n凝汽器的空气来源有二：n n 一是由新蒸汽带入汽轮机的，由于锅炉给水经过除氧，这项来源极少；n n 二是出于真空状态下的低压各级与相应的回热系统、排汽缸、凝汽设备等的不严密处漏入的，这是空气的主要来源。n n 凝结水温低于凝汽器入口蒸汽温度这一现象称为过冷现象，所低的度数称为过冷过冷度度。导致凝汽器运行中凝结水过冷的正常原因导致凝汽器运行中凝结水过冷的正常原因 n n管子外表蒸汽分压低于管束之间平均蒸汽分压，使蒸管子外表蒸汽分压低

15、于管束之间平均蒸汽分压，使蒸汽凝结温度汽凝结温度t t 低于管束之间混合气流温度。低于管束之间混合气流温度。n n管子外表面的水膜包括上排管束淋下来的凝结水在内，管子外表面的水膜包括上排管束淋下来的凝结水在内，受管内冷却水冷却，因而使水膜平均温度（受管内冷却水冷却，因而使水膜平均温度（t +t t +t ）/2/2低于水膜外表面的蒸汽凝结温度低于水膜外表面的蒸汽凝结温度t t 。仅这两项就使。仅这两项就使凝结水的固有过冷度达到凝结水的固有过冷度达到2.82.8左右。左右。n n汽阻使管束内层压力降低，也使凝结温度汽阻使管束内层压力降低，也使凝结温度t t降低。降低。产生过冷度的不正常原因有：产

16、生过冷度的不正常原因有：n n 1 1）冷却水管束排列不合理；冷却水管束排列不合理；n n 2 2）漏入空气多或抽气器工作不正常，使空气分压增漏入空气多或抽气器工作不正常，使空气分压增大；大；n n 3 3）凝结水水位过高，淹没冷却水管，使凝结水被进凝结水水位过高，淹没冷却水管，使凝结水被进一步冷却。一步冷却。当漏入空气增多或抽气器失常时，非但真空降低还当漏入空气增多或抽气器失常时，非但真空降低还将使过冷度增大；若只是冷却水减少，则只使真空降低，将使过冷度增大；若只是冷却水减少，则只使真空降低，不会使过冷度增大。可用这两条来判断真空下降的原因。不会使过冷度增大。可用这两条来判断真空下降的原因。若是真空下降，又伴随过冷度增大，可从空气量增多方若是真空下降，又伴随过冷度增大，可从空气量增多方面查找原因；若真空下降并未伴随过冷度增大，可在冷面查找原因；若真空下降并未伴随过冷度增大，可在冷却水量减少方面查找原因。却水量减少方面查找原因。凝汽器的传热凝汽器的传热n n 将冷却水管的圆筒形管壁传热近似看成平壁传热，则传热系数将冷却水管的圆筒形管壁传热近似看成平壁传热，则传热系数为为n n K=K=