第五章汽輪機的凝汽設備1一，凝汽系統及主要設備：1、最簡單的凝汽設備原則性系統圖。其主要設備有凝汽器、凝結水泵、抽氣器、循環水泵等。（1）汽輪機；（2）發電機；（3）凝汽器：使排汽在凝汽器3中不斷地凝結成水，建立高度真空；將凝結時放出的熱量排出、將生成的凝結水匯集送走；（4）循環水泵：為凝汽器提供冷卻水；（5）凝結水泵：不斷地把蒸汽凝結時生成的凝結水從凝汽器底部熱井中抽出，并送往給給水回熱加熱系統；（6）抽氣器：抽出漏入凝汽器內的空氣，以維持高度真空。2

二，凝汽設備的工作原理1，工作原理：根據汽輪發電機組的熱效率進行分析其中，------整機理想焓降；-------蒸汽初焓；(-)----為每kg蒸汽在鍋爐中的吸熱量。——排汽焓；——給水焓。3分析上式：要提高效率，則提高理想焓降，即提高新蒸汽的初焓，降低排汽焓（壓力）。本章只是討論降低排汽焓值的問題。要降低排汽焓值，就得降低排汽壓力。一般來說，排汽壓力每降低2kpa，循環熱效率就可以提高約3.5%。所以，降低排汽壓力對提高火電廠循環熱效率是一個非常有效的措施。而降低排汽壓力的最有效的辦法是：使排汽在密封容器中、在溫度較低的條件下受到冷卻而凝結成水，體積突然縮小（如在0.0049Mpa下，蒸汽比水的容積大28000倍）而形成真空。同時再用抽氣器或者真空泵將漏入空氣不斷地抽出，保持真空。在凝結中生成的凝結水，經匯集以后，又重新送入鍋爐作為給水，反復循環使用。這就是凝汽設備的工作原理。42，凝氣設備主要任務：(1）建立并維持高度真空，即降低排汽焓值，提高理想焓降，使蒸汽中較多的熱能轉變為機械能。(2）將蒸汽凝結成水，并將凝結水回收到鍋爐作為給水。3，排汽壓力的最佳值：降低排汽焓值，提高理想焓降，可以提高效率。

但不是排汽壓力越低越好。這是因為：(1）當降低排汽壓力，則蒸汽比容v增加，汽輪機排汽部分的尺寸增大，成本上升。而且制造困難，材料也受到限制。(2）當降低排汽壓力，則蒸汽比容v增加，凝汽器的冷卻面積增大，冷卻水量增大，廠用電增大。因此，對排汽壓力和其他幾個方面要作技術經濟對比而定。一般，最佳排汽壓力為pc=0.00294~0.00686Mpa(0.03~0.07ata)，通常取0.005Mpa。5

凝汽器有混合式和表面式凝汽器兩大類。

一，混合式凝汽器混合式凝汽器是使排汽在冷卻水中直接冷卻而凝結成水。在混合式凝汽器內，從汽輪機中排出的乏汽直接與冷卻水混合而得到凝結。冷卻水從安裝在混合式凝汽器上部周圍的噴嘴噴出，排汽由上部進汽口進入，與冷卻水混合而得到凝結，凝結水與冷卻水一起用水泵抽走。不凝結的空氣，用抽氣器或者真空泵不斷地抽出。這種凝汽器結構簡單，冷卻效果好，制造成本低。缺點是與不清潔的冷卻水混合，不能作為鍋爐給水。6二，表面式凝汽器

在表面式凝汽器內，冷卻工質與蒸汽由冷卻表面隔開。根據冷卻工質不同，表面式凝汽器又分為空氣冷卻和水冷卻兩種。

用水作為冷卻工質的凝汽器簡稱為表面式凝汽器。由于水的傳熱系數比空氣大，能保證凝汽器內維持高度真空和獲得潔凈的凝結水。因此，國內外火電廠主要采用這種凝汽器。

71，表面式凝汽器的結構

如圖所示，凝汽器的外殼通常鋼板做成圓柱形、橢圓形或者方箱形。外殼兩端連接著形成水室的端蓋2和3，外殼內的兩端又裝有管板4，管板4上裝有很多冷卻管。凝汽器內部空間被冷卻管分隔成兩部分：蒸汽空間（汽側）和冷卻水空間（水側）。

2，表面式凝汽器的流程

冷卻水從進口11進入水室15，通過冷卻管流到另一端水室16，轉向后，又經冷卻管進入水室17，最后由出水口12排出。這種稱為雙流程凝汽器。還有單流程、三流程、四流程。3，凝結水

汽輪機的排汽進入凝汽器，在汽側與冷卻管接觸而凝結成水。凝結水匯集到熱井7中，由凝結水泵抽走并送到低壓加熱器。4，漏入空氣的抽出漏入凝汽器的空氣，通過抽氣口8由抽氣器抽出。為了減少抽氣器的負荷和回收熱量，使混有蒸汽的空氣再經過一次冷卻，使蒸汽凝結。在凝汽器內專門設置有空氣冷卻區9。8蒸汽在凝汽器內蒸汽的凝結過程

一，凝結特點：

假設只有水蒸汽存在，并且凝汽器內各處的壓力都相等，則蒸汽應在與壓力相對應的飽和溫度下凝結。實際上并非如此，因為：1，排汽從凝汽器進口向空氣抽出口流動，由于流動阻力存在，稱為凝汽器的汽阻，則凝汽器內各處壓力都不相同；2，整個系統不可能完全密封，有空氣漏入。則凝汽器內各處空氣分壓也不相同，凝結時的飽和溫度也不相同。這樣，由于阻力和空氣的存在，蒸汽分壓降低，使凝結水溫度低于凝汽器進口處的蒸汽溫度，造成凝結水過冷。9二，空氣漏入對凝汽器工作的影響

由于空氣的漏入，對凝汽器的工作是有影響的：1，空氣的漏入會使傳熱效果變差，傳熱端差增大。結果會使排汽壓力升高，降低了機組的經濟性；2，空氣的漏入，增加了凝結水中空氣的氧溶解度，對汽輪機裝置和管道系統金屬產生腐蝕，影響機組的安全性；3，空氣的漏入，會使空氣分壓增大，使凝結水的過冷度增加，凝結水過冷時，凝結水本身的熱量額外地被冷卻水帶走一部分，這使凝結水回熱加熱時，額外地多消耗一些汽輪機抽汽，降低了電廠的熱經濟性。10蒸汽在凝汽器內的凝結過程一，凝汽器內壓力的確定

當蒸汽處于飽和狀態時，其壓力與溫度是一一對應的。所以，凝汽器內壓力取決于蒸汽凝結溫度。為了求得凝汽器內壓力，就得先求出排汽溫度。排汽溫度的高低取決于冷卻水的進口溫度、冷卻水的溫升和傳熱端差。凝汽器內的壓力可根據相應的飽和溫度求得，而排汽溫度可表示為：=++其中，-------冷卻水的進口溫度；------冷卻水的溫升；--------傳熱端差。只要求得了溫度ts之值，就可以從水蒸汽表中查得相對應的壓力pc。

11（一）冷卻水的進口溫度

冷卻水的進口溫度取決于電廠所在的地理位置、季節和供水方式。電廠供水方式有直流供水方式和循環供水方式兩種。在直流供水系統中，電廠從河流上游取水，冷卻水流經汽輪機凝汽器、冷油器和有關冷卻器之后，排入河流下游。采用循環供水方式時，冷卻水則沿著聯結凝汽器等有關裝置的回路循環流動，取自水源的水只作為損失的補充水，故采用循環供水方式可以節約大量的水。直流供水系統比較簡單，投資少，運行費用低。我國南方的電廠，一般都建在沿江、沿河、沿海岸或者沿大的水庫。而北方的電廠，由于水源不足，多采用循環供水方式。

12（二）冷卻水的溫升

1、冷卻水的溫升可根據凝汽器的熱平衡方程式求出：(5-----6)從而，(5-----7)上二式中，------進入凝汽器的凝汽量（kg/h)；------進入凝汽器的冷卻水量（kg/h)；---------排汽焓值和凝結水焓值（kJ/kg)；-----冷卻水進出口焓值(kJ/kg)。

132、冷卻倍率

m=/稱為冷卻倍率（或循環倍率），它表示凝結單位蒸汽汽量所需要的冷卻水量。m值越大，則冷卻水的溫升越小，凝汽器內壓力越低，會使整機理想焓降增加，從而可以提高電廠熱效率。但是，m大則冷卻水量大，冷卻水泵功率大。故m值大小要通過經濟技術對比后確定。一般，對于單流程凝汽器，m=80~120范圍之內；對于雙流程凝汽器，m=60~70范圍之內。——每1kg蒸汽在凝結時所放出的潛熱，約2200kJ/kg，變化很小，這樣，式（5----7）為：

143、凝汽器的最有利真空和極限真空：（1）凝汽器的最有利真空：凝汽器的進汽量是由外界負荷決定的，而冷卻水溫升是有依靠調節冷卻水量來控制的。冷卻水量增加，可降低冷卻水溫升，降低汽輪機排汽壓力，增大理想焓降，提高經濟性。但是水泵功率要增大。這里有一個最佳冷卻水量，即冷卻水量增大，使汽輪機功率增加所得到收益大于水泵功率增大，凈收益最大。這時候的真空稱為凝汽器的最有利真空。（2）凝汽器的極限真空：若真空進一步增高，使末級葉片的斜切部分達到膨脹極限時的真空稱為凝汽器的極限真空。這時候余速損失增加。15（三）傳熱端差δt

傳熱端差和冷卻面積、傳熱量及傳熱系數有關系。設計時，一般取δt=3~10℃。對于單流程凝汽器，取δt=(7~9)℃，對于多流程凝汽器，取δt=(4.5~6.5)℃。16多壓凝汽器

現代大功率汽輪機都采用多缸多排汽口。為了提高大功率汽輪機的經濟性，常采用多壓凝汽器。多壓凝汽器就是將凝汽器的汽側分隔成與汽輪機排汽口個數相同的兩個或更多的互不相通的部分。圖5---16為雙壓凝汽器的示意圖。進水側的冷卻水溫度較低，其對應汽側壓力也較低；出水側的冷卻水溫度較高，因此，其對應汽側壓力也較高。同理，也有三壓、四壓凝汽器。采用多壓凝汽器可以提高機組的經濟性。

17抽氣器1，抽氣器的作用

抽氣器的作用是將漏入凝汽器內空氣不斷地抽出，以維持凝汽器內

的高度真空。故抽氣器工作的好壞對凝汽器工作的影響很大。任何一種抽汽器，不論其結構和工作原理如何，都是一種壓氣器，它將汽氣混合物從凝汽器抽氣口的壓力壓縮到高于大氣壓的出口壓力。

2，抽氣器的型式

抽氣器的型式有機械式和噴射式兩種。噴射式抽氣器結構簡單、工作可靠、制造成本低、維護方便、建立真空快。常用的噴射式抽氣器有射汽抽氣器和射水抽氣器兩種，工作原理相同工質不同。前者用蒸汽作工質，后者用水作工質。

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一、射汽抽氣器1.啟動抽氣器的結構和工作原理：啟動抽氣器的作用是在汽輪機啟動前給凝汽器建立真空，以縮短機組啟動時間。圖為啟動抽氣器示意圖，它主要由工作噴

嘴A、混合室B和擴壓管C所組成。工質是新蒸汽，新蒸汽進入工作噴嘴A，在噴嘴A膨脹加速造成一個遠高于音速的高速汽流射入混合室。高速汽流有很強的空吸作用，從而將從抽氣口來的汽氣混合汽流帶走，并進入擴壓管C。混合汽流在擴壓管C中不斷擴壓，直到壓力稍大于大氣壓力后排入大氣。啟動抽氣器功率大建立真空快，但工質和工質的熱量不能回

收，有經濟損失。故它只作為啟動時用。一旦汽輪機正常工作以后，主抽氣器便投入工作，啟動抽氣器停止工作。192.主抽氣器

主抽氣器的作用：是在汽輪機正常工作時使用，以維持凝汽器的高度真空。主抽氣器一般都采用帶中間冷卻器的多級型式。其目的在于可以得到更高的真空度，同時也可以回收工質和熱量，提高經濟性。圖為兩級射汽抽氣器工作原理圖。凝汽器內的汽氣混合物由第一級抽氣器抽出，并壓縮到某一中間壓力（低于大氣壓力），然后進入中間冷卻器2。在中間冷卻器2中，混合物中的部分蒸汽被凝結成水，而未凝結的汽氣混合物又被第二級抽走。在第二級抽氣器中，汽氣混合物被壓縮到略高于大氣壓力，再經第二級冷卻器4進一步凝結并回收工質和熱量。最后的空氣和少量未凝結的蒸汽一起排入大氣。20（二）射水抽氣器

射水抽氣器的工作原理：射水抽氣器的工作原理同射汽抽氣器相同，如圖所示。它主要由工作水進口1、噴嘴2、混合室5、擴壓管7和逆止閥6等部件所組成。壓力水由射水泵供給，經噴嘴形成高速射流射出，從而將凝汽器中的汽氣混合物抽出。射水抽氣器不消耗新蒸汽，運行費用較射汽抽氣器低。系統簡單、運行可靠、維護方便。但需要另外安裝射水泵。現代大型汽輪機都采用射水抽氣器。國產200MW汽輪機就是采用射水抽氣器作為主抽汽器。中小型汽輪機多采用射汽抽氣器作為主抽汽器。21（三）水環式真空泵

國產300MW和600MW汽輪機組的抽氣裝置都是采用水環式真空泵。其主要部件有葉輪和殼體。殼體內形成一個圓柱體空間，葉輪偏心地安裝在殼體內。在殼體上開有吸氣口和出氣口，實行軸向吸氣和排氣。葉輪帶有前彎葉片，偏心地安裝在充有適量工作水（密封水）的橢圓形泵體內。當葉輪旋轉時，由于離心力作用，水向周圍運動，形成一個運動著的圓環