1、凝汽系統(tǒng)及凝汽器真空影響因素摘要凝汽設(shè)備是汽輪機組的重要輔機之一，是朗肯循環(huán)中的重要一節(jié)。對整個電廠的建 設(shè)和平安、經(jīng)濟運行都有著決定性的影響。從循環(huán)效率看，凝汽器真空的好壞，即汽輪機組最終參數(shù)的上下，對循環(huán)效率所產(chǎn) 生的影響是和機組初參數(shù)的影響同等重要的。 雖然提高凝汽器真空可以使汽輪機的理想 焓降增大，電功率增加，但不是真空越高越好。影響凝汽器真空的原因是多方面的，主 要有：汽輪機排氣量、循環(huán)水流量、循環(huán)水入口溫度等。關(guān)鍵詞：朗肯循環(huán)；汽輪機；凝汽器；真空2凝汽器性能計算及真空度影響因素分析 提高平均吸熱溫度的直接方法是提高初壓和初溫。在相同的初溫和背壓下， 提高初壓可使熱效率增大，但提高

2、初壓也產(chǎn)生了一些新的問題，如設(shè)備的強 度問題。在相同的初壓及背壓下，提高新汽的溫度也可使熱效率增大，但溫 度的提高受到金屬材料耐熱性的限制。 降低排汽溫度 在相同的初壓、初溫下降低排汽溫度也能使效率提高，這是 由于循環(huán)溫差加大的緣故。但其溫度下降受到環(huán)境溫度的限制。2.2凝汽系統(tǒng)的工作原理圖是汽輪機凝汽系統(tǒng)示意圖，系統(tǒng)由凝汽器 5、抽氣設(shè)備1、循環(huán)水泵4、 凝結(jié)水泵6以及相連的管道、閥門等組成。1-抽氣設(shè)備；2-汽輪機；3-發(fā)電機；4-循環(huán)水泵；5-凝汽器；6-凝結(jié)水泵凝汽設(shè)備的作用主要有以下四點9:1 凝結(jié)作用 凝汽器通過冷卻水與乏汽的熱交換，帶走乏汽的汽化潛熱 而使其凝結(jié)成水，凝結(jié)水經(jīng)回?zé)?/p>

3、加熱而作為鍋爐給水重復(fù)使用。2 建立并維持一定的真空這是降低機組終參數(shù)、提高電廠循環(huán)效率所 必需的。3 除氧作用 現(xiàn)代凝汽器，特別是不單設(shè)除氧器的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)的 裝置中的凝汽器和沸水堆核電機組的凝汽器，都要求有除氧的作用，以適應(yīng)機組 的防腐要求。4 蓄水作用凝汽器的蓄水作用既是聚集和貯存凝結(jié)水、熱力系統(tǒng)中 的各種疏水、排汽和化學(xué)補給水的需要，也是緩沖運行中機組流量急劇變化、增 加系統(tǒng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定性的需求，同時還是確保凝結(jié)水泵必要的吸水壓頭的需要。為了到達上述作用，僅有凝汽器是不夠的。要保證凝汽器的正常工作，必須 隨時維持三個平衡：熱量平衡，汽輪機排汽放出的熱量等于循環(huán)水帶走的熱量， 故在凝汽系

4、統(tǒng)中設(shè)置循環(huán)水泵。質(zhì)量平衡，汽輪機排汽流量等于抽出的凝結(jié)水 流量，所以在凝汽系統(tǒng)中必須設(shè)置凝結(jié)水泵。 空氣平衡，在凝汽器和汽輪機低 壓局部漏入的空氣量等于抽出的空氣量，因此必須設(shè)置抽氣設(shè)備14。凝汽器內(nèi)的真空是通過蒸汽凝結(jié)過程形成的。 當汽輪機末級排汽進入凝汽器 后，受到循環(huán)水的冷卻而凝結(jié)成凝結(jié)水， 放出汽化潛熱。由于蒸汽凝結(jié)成水的過程中，體積驟然下降(在的壓力下，水的體積約為干蒸汽體積的1/28000倍)，這樣就在凝汽器容積內(nèi)形成了高度真空。 其壓力為凝汽器內(nèi)溫度對應(yīng)的蒸汽飽和 壓力，溫度越低，真空越高。為了保持所形成的真空，通過抽氣設(shè)備把漏入凝汽 器內(nèi)的不凝結(jié)氣體抽出，以免其在凝汽器內(nèi)逐漸

5、積累，惡化凝汽器真空15。2.2凝汽器性能指標在電廠中，需要監(jiān)測凝汽器的性能指標包括真空度、端差、循環(huán)水溫升、凝 結(jié)水過冷度及水側(cè)冷凝管壁運行清潔系數(shù)等16。凝汽器中蒸汽和循環(huán)水溫度變化情況見圖。凝汽器的真空度是指大地大氣壓與凝汽器內(nèi)壓力之差，即：Pa Ps(6.1)式中： 為真空度，Kpa； Pa為大氣壓力，Kpa； Ps為凝汽器壓力，Kpa。凝汽器端差是指汽輪機背壓下飽和溫度與凝汽器出口循環(huán)水溫度的差值，即:t ts tw 2(6.2)式中：t為端差，C； ts為凝汽器壓力對應(yīng)的飽和溫度，C； tw2為凝汽器出口 處循環(huán)水溫度，c。凝汽器循環(huán)水溫升是指循環(huán)水流經(jīng)凝汽器后溫度的升高值，即：t

6、 tw2 tw1(6.3)式中：t為端差，C；twi為凝汽器進口處循環(huán)水溫度，°C。凝汽器凝結(jié)水過冷度是指凝汽器壓力對應(yīng)的飽和溫度與凝汽器熱井水溫度的差值tc ts tc即(6.4)式中：tc為凝結(jié)水過冷度，C； tc為凝汽器熱井水溫度，C。凝汽器水側(cè)冷凝管壁運行清潔系數(shù)是指凝汽器實際總平均傳熱系數(shù)與理想總平均傳熱系數(shù)之比，即：KnCf Ko(6.5)式中：Cf為水側(cè)冷凝管壁運行清潔系數(shù)；Kn為凝汽器實際總平均傳熱系數(shù)，按 照熱平衡原理方法計算(節(jié)介紹)，w/(m2k) ； Ko為凝汽器理想總平均傳熱系數(shù)， 按照別爾曼公式方法計算(節(jié)介紹)，w/(m2.k)。Ko 4070 w t

7、z d Cs Ca(6.6)2.3凝汽器總平均傳熱系數(shù)的計算方法一：熱平衡原理(6.7)式中：K為凝汽器總平均傳熱系數(shù)，w/(m2.k) ； Cp為循環(huán)水定壓比熱，取為/(kg. C); Dw為循環(huán)水流量，kg/s； A為凝汽器總傳熱面積，m2方法二：全蘇熱工研究所根據(jù)實驗和理論分析得到的別爾曼公式13(已修正)K 4070w t z d Cs Ca Cf(6.8)x1.1VwVd1(6.9)b -10002(35 tw1)(6.10)(6.11)式中:(6.14)(1如)1545B 考慮冷卻外表設(shè)計清潔狀況和冷卻管材料及壁厚的修正系數(shù);Vw 循環(huán)水在冷凝管內(nèi)的流速，m/s；x 系 數(shù) ，當匕

8、0.6時x 0.12 (1 0.15tw1)(6.12)-0.6時x 0.6；(6.13)b系數(shù)b 0.52 0.0072dk；dk為蒸汽負荷率，g/(m2s)；z循環(huán)水流程數(shù)；a 冷凝管內(nèi)徑，mm；w、 t、 z、 d 考慮循環(huán)水流速、循環(huán)水溫度、循環(huán)水流程數(shù) 和蒸汽負荷率等影響的修正系數(shù)；Cs、Ca、Cf 考慮冷凝管布置、漏入空氣量和水側(cè)冷凝管壁運行 清潔度等影響的修正系數(shù)12。當呂1時Ded 1；(6.15)% 1時DenDe(6.16)其中，De為實際排汽量;De0為凝汽器設(shè)計排汽量;DeCr為臨界排氣量，DeCr (0.8 0.01 twi)Den(6.17)冷卻外表設(shè)計清潔狀況和冷

9、卻管材料及壁厚的修正系數(shù)按下式計算:3 m(6.18)式中3冷卻外表設(shè)計清潔系數(shù)，與冷卻方式和水質(zhì)有關(guān)，直流供水和清潔水時，3取；循環(huán)供水和化學(xué)處理(氯化、二氧 化碳)的水時，3取；污臟水和可能形成礦物沉淀的水，3取。m 冷卻管材料及壁厚修正系數(shù)，對于壁厚 lmm的黃銅管為，B5管為，B30管為，不銹鋼管為。冷凝管布置修正系數(shù)Cs確實定13:對實際運行的凝汽器，當凝汽器水側(cè)管壁足夠清潔(大修清掃后或新投運機組)以及汽輪機真空系統(tǒng)嚴密性正常時，可認為水側(cè)冷凝管壁運行清潔 及汽側(cè)空氣量修正系數(shù)為1,即Ca = Cf =1亦即二者對凝汽器總體傳熱系數(shù)無影響。取現(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)，按照熱平衡原理的方法計算

10、所得凝汽器實際總平均傳熱系數(shù)Kn1，按照別爾曼公式計算出凝汽器實際總平均傳熱系數(shù)Kn2，貝UCsKm(6.19)Cs的大小反映了管束布置的好壞，即 Cs越大，說明管束布置越合理,反之亦然14。此系數(shù)可用來評價凝汽器管束布置的傳熱效果。2.4相關(guān)參數(shù)對凝汽器真空影響的理論分析凝汽器真空是汽輪機組經(jīng)濟運行的主要指標。提高汽輪機經(jīng)濟性的方法很多, 比方改造設(shè)備、改造運行方式、調(diào)整配汽機構(gòu)、減小節(jié)流損失以及提高凝汽器的 真空等。相對而言提高凝汽器真空較其它方法更為易行。在運行中只要對汽輪機 系統(tǒng)有針對性地開展工作，就可以使凝汽器真空有較大地提高。 提高凝汽器真空 可以增加循環(huán)熱效率，使機組熱耗率降低，

11、煤耗減少，因此凝汽器真空被做為重 要的監(jiān)測量。影響凝汽器真空的相關(guān)參數(shù)很多，如凝汽器循環(huán)水入口溫度、汽輪機排汽量、 循環(huán)水量、真空系統(tǒng)嚴密性等20。相關(guān)參數(shù)對凝汽器真空影響的理論分析是基于偏微分原理， 即下述四個原始 公式所式，公式中包含以上四個未知數(shù)，針對每個公式，對上述四個未知數(shù)逐一 進行偏微分求解，最終求解出排汽壓力對以上四個因素的偏導(dǎo)。對某一變量偏導(dǎo) 時，其他三個變量保持不變，即單因素分析。理論分析所需原始公式如下：h De(6.20)4187D, e4.187Dw(6.21)ts(6.22)Ps 9.81100t57.667.46 h變化很小，約為2180kj/kg。(6.23)注：

12、在凝汽式汽輪機通常的排汽壓力變化范圍內(nèi)，(1)、循環(huán)水入口溫度對凝汽器真空度影響的理論分析循環(huán)水入口溫度直接影響凝汽器的真空。現(xiàn)場實驗和理論計算均說明，循環(huán)水入口溫度越低，凝汽器真空越高。而循環(huán)水入口溫度由環(huán)境氣溫和供水方式?jīng)Q 定。對直流供水系統(tǒng)而言，主要與氣候有關(guān)，如冬季比夏季水溫低，真空較高;對于循環(huán)供水系統(tǒng)而言，循環(huán)水入口溫度不僅與氣溫有關(guān)，而且與冷卻設(shè)備的性 能和運行狀態(tài)有關(guān)21。計算循環(huán)水入口溫度對凝汽器真空的影響時，假定其它參數(shù)保持不變，且真空系統(tǒng)嚴密性正常，即空氣修正系數(shù) Ca=l;凝汽器水側(cè)管壁足夠清潔，及水側(cè)管 壁運行清潔系數(shù)Cf=1。循環(huán)水溫度修正系數(shù)t對循環(huán)水入口溫度tw

13、1的偏導(dǎo):t 2bJtw11000 (35 tw1)(6.24)循環(huán)水流程修正系數(shù)(6.25)z對循環(huán)水入口溫度tw1的偏導(dǎo):z 2 z循環(huán)水流速修正系數(shù)w對循環(huán)水入口溫度tw1的偏導(dǎo):(6.26)wtw1In仝4 d1xtw10.6Xtw10.018(6.27)x-0.60tw1(6.28)凝汽器總平均傳熱系數(shù) K對循環(huán)水入口溫度K4070 d Cs Ca ( t z(6.29) tw1tw1的偏導(dǎo):Lw1凝汽器傳熱端差s t對循環(huán)水入口溫度tw1的偏導(dǎo):I (t t)V1tt A4187Dwtw1 675(6.30)凝汽器排汽壓力對應(yīng)下飽和溫度(6.31)ts對循環(huán)水入口溫度twi的偏導(dǎo):

14、凝汽器排汽壓力tstw11Ps對循環(huán)水入口溫度tw1的偏導(dǎo):6.46匹 1.26921tw1ts 10057.66 (6.32)表中的數(shù)據(jù)是在其他條件不變時，單獨改變循環(huán)水入口溫度，利用上訴數(shù)學(xué) 模型計算得到的。如圖和所示，凝汽器排汽壓力隨著循環(huán)水入口溫度的增加而升 高，當循環(huán)水入口溫度較高時，凝汽器排汽壓力隨著循環(huán)水入口溫度增加而升高 的幅度加大。(2)、汽輪機排汽量對凝汽器真空度影響的理論分析由循環(huán)水溫升關(guān)系式知，當循環(huán)水量不變時，循環(huán)水溫升和凝汽器蒸汽負荷 成正比。由別爾曼公式和傳熱端差的關(guān)系式可以看出：當凝汽器蒸汽負荷變化時， 總體傳熱系數(shù)隨之改變，所以傳熱端差與蒸汽負荷的變化關(guān)系比擬復(fù)雜。計算汽輪機排汽量對凝汽器真空的影響時，假定其它參數(shù)保持不變，且真空系統(tǒng)嚴密性正常，即空氣修正系數(shù) Ca=l