凝汽器的工作原理演示文稿當前第1頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的工作原理當前第2頁\共有30頁\編于星期日\19點工作原理

凝汽設備是凝汽式汽輪機裝置的重要組成部分之一，它的工作情況直接影響到整個裝置的熱經濟性和運行可靠性。凝汽設備在汽輪機裝置的熱力循環中起著冷源作用。降低汽輪機排汽的壓力和溫度，就可以減小冷源損失，提高循環熱效率。降低排汽參數的有效辦法是將排汽引入凝汽器凝結為水。若機組運行不當使排汽壓力比正常值升高1%，Δηt∕ηt將降低1%以上；若使排汽溫度下降5℃，則Δηt∕ηt將升高1%以上。這對于大型機組是很可觀的，由此可見凝汽設備的重要性。以水為冷卻介質的凝汽設備，一般由凝汽器、凝結水泵、抽氣設備、循環水泵以及它們之間的連接管道和附件組成。當前第3頁\共有30頁\編于星期日\19點工作原理1.凝結水泵2.抽汽設備3.汽輪機4.凝汽器5.循環水泵當前第4頁\共有30頁\編于星期日\19點工作原理

最簡單的凝汽設備示意圖如上圖所示。汽輪機3的排汽排入凝汽器4，其熱量被循環水泵5不斷打入凝汽器的冷卻水帶走，自身凝結為凝結水匯集在凝汽器的底部熱井，同時由凝結水泵1抽出送往鍋爐作為給水。凝汽器的壓力很低，外界空氣易漏入。為防止不凝結的空氣在凝汽器中不斷積累升高凝汽器內的壓力，采用抽氣設備2不斷將空氣抽出。在凝汽器中，不斷循環的冷卻水創造凝汽器中的低溫環境，使排汽釋放汽化潛熱而發生凝結。凝汽器中蒸汽凝結的空間是汽液兩相共存的，汽側壓力等于蒸汽凝結溫度所對應的飽和壓力。蒸汽凝結溫度由冷卻條件決定。只要冷卻水溫不高，蒸汽凝結溫度也不高，一般為30℃左右，所對應的飽和壓力約為4～5KPa，該壓力大大低于大氣壓力，從而在凝汽器中形成高度真空。當前第5頁\共有30頁\編于星期日\19點工作原理

凝汽設備的最主要的作用有兩方面：一是在汽輪機排汽口建立并維持一定的真空；二是保證蒸汽凝結并回收凝結水作為鍋爐給水。電廠運行中，為防止鍋爐及汽輪機通流部分結垢、腐蝕，對給水品質的要求非常嚴格。如果給水全用化學處理水的話，則大容量機組的設備投資和運行費用將會很昂貴。所以必須將凝汽器回收的大量凝結水作為給水，但要嚴格保證其水質。此外，凝汽設備還是凝結水和補給水去除氧器之前的先期除氧設備；并接受機組啟停和正常運行中的疏水和甩負荷過程中旁路排汽，以回收熱量和減少循環工質損失。當前第6頁\共有30頁\編于星期日\19點工作原理

凝汽器中真空的形成主要原因是由于汽輪機的排汽被冷卻成凝結水，其比容急劇縮小。如蒸汽在絕對壓力4KPa時蒸汽的體積比水的體積大3萬多倍。當排汽凝結成水后，體積就大為縮小，使凝汽器內形成高度真空。凝汽器的真空形成和維持必須具備三個條件：（1）凝汽器冷卻水管必須通過一定的冷卻水量。（2）凝結水泵必須不斷地把凝結水抽走，避免水位升高，影響蒸汽的凝結。（3）抽氣設備必須把漏入的空氣和排汽中的其它氣體抽走。當前第7頁\共有30頁\編于星期日\19點工作原理對凝汽器的要求是：（1）有較高的傳熱系數和合理的管束布置。（2）凝汽器本體及真空管路系統要有高度的嚴密性。（3）汽阻及凝結水過冷度要小。（4）水阻要小。（5）凝結水的含氧量要小。（6）便于清洗冷卻水管。當前第8頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數1.凝汽器壓力（真空度）：一般真空容器設備的真空度，是根據該設備為實現某種工藝過程所必需的工作條件而確定的。然而在汽輪機排汽口建立與維持一定的真空度，卻是凝汽器乃至凝汽設備本身的主要任務。凝汽器壓力（真空度）是表征凝汽器工作特性的主要指標。通常泛指的凝汽器壓力是凝汽器殼側蒸汽凝結溫度對應的飽和壓力。但是實際上凝汽器殼側各處壓力并不相等。當前第9頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數

凝汽器內是蒸汽和空氣組成的混合氣體，它的壓力Pco是蒸汽分壓力Ps與空氣分壓力Pa之和。但在占凝汽器很大一部分的蒸汽凝結區內，空氣的相對含量很小，可以忽略不計，故起決定作用的還是蒸汽，因此，可以很準確地認為凝汽器內的壓力由與之相對應的飽和溫度ts來確定。冷卻水以溫度tw1進入凝汽器，其溫度隨冷卻面積的增加而升高，出口溫度為tw2；進入凝汽器內的蒸汽隔著冷卻水管首先與出口冷卻水進行熱交換，根據傳熱原理，蒸汽放熱后的溫度一定高于冷卻水出口溫度tw2兩者之差稱為端差δt，則汽輪機排入凝汽器的蒸汽飽和溫度可由下式確定：當前第10頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數圖所示為凝汽器中蒸汽和冷卻水沿冷卻面積的溫度變化關系當前第11頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數ts＝tww1＋Δt＋δt式中ts——凝汽器壓力Pco相對應的蒸汽飽和溫度，℃；tww1——循環冷卻水進口溫度，℃；Δt——循環冷卻水出、進口溫差δt——汽輪機排汽溫度與循環冷卻水出口溫度之差由上式可知，凝汽器內的壓力決定于冷卻水進口溫度tw1、冷卻水溫升Δt和端差δt。當前第12頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數

關于凝汽器壓力（真空度），還有三個很重要的概念，即凝汽器的極限真空、最有利真空和額定真空。凝汽設備在運行中應該從各方面采取措施以獲得良好真空。但真空的提高也不是越高越好，而有一個極限。這個真空的極限由汽輪機最后一級葉片出口截面的膨脹極限所決定。當通過最后一級葉片的蒸汽已達到膨脹極限時，如果繼續提高真空，不可能得到經濟上的效益，反而會降低經濟效益。簡單地說，當蒸汽在末級葉片中的膨脹達到極限時，所對應的真空稱為極限真空，也有的稱之為臨界真空。當前第13頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數

對于結構已確定的凝汽器，在極限真空內，當蒸汽參數和流量不變時，提高真空使蒸汽在汽輪機中的可用焓降增大，就會相應增加發電機的輸出功率。但是在提高真空的同時，需要向凝汽器多供冷卻水，從而增加循環水泵的耗功。由于凝汽器真空提高，使汽輪機功率增加與循環水泵多耗功率的差數為最大時的真空值稱為凝汽器的最有利真空（即最經濟真空）。當前第14頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數

影響凝汽器最有利真空的主要因素是：進入凝汽器的蒸汽流量、汽輪機排汽壓力、冷卻水的進口溫度、循環水量（或是循環水泵的運行臺數）、汽輪機的出力變化及循環水泵的耗電量變化等。

一般汽輪機銘牌排汽絕對壓力對應的真空是凝汽器的額定真空。這是指機組在設計工況、額定功率、設計冷卻水溫時的真空。這個數值并不是機組的極限真空值。當前第15頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數

2.凝汽器的熱負荷:凝汽器熱負荷是指單位時間內凝汽器內蒸汽和凝結水傳給冷卻水的總熱量（包括排汽、加熱器疏水等熱量）。凝汽器的單位負荷是指單位時間內單位面積所冷凝的蒸汽量，即進入凝汽器的蒸汽流量與冷卻面積的比值。當前第16頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數

3.冷卻水進口溫度tw1：冷卻水溫度越低，凝汽器壓力越低，對汽輪機的經濟運行越有利。但是冷卻水的進口溫度不取決于凝汽器的運行工況，而取決于供水方式、氣候條件和所處地區。冬季的水溫低、所以真空較好，夏季的水溫高，真空要差一些。開式供水比閉式供水的水溫低。所以開式供水的真空較閉式供水的真空高。當前第17頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數

4.冷卻水溫升Δt：冷卻水溫升是凝汽器冷卻水出口溫度與進口溫度的差值，溫升是凝汽器經濟運行的一個重要指標，溫升可監視凝汽器冷卻水量是否滿足汽輪機排汽冷卻之用，因為在一定的蒸汽流量下有一定的溫升值。另外，溫升還可供分析凝汽器銅管是否堵塞、清潔等。溫升大的原因有：蒸汽流量增加；冷卻水量減少；冷卻水管清洗后較干凈。溫升小的原因有：蒸汽流量減少；冷卻水量增加；冷卻水管結垢或臟污；真空系統漏空氣嚴重。當前第18頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數

5.凝汽器循環倍率m：凝汽器冷卻水的流量Dw與進入凝汽器的蒸汽總量Dco之比，稱為凝汽器的循環倍率。

現代凝汽式汽輪機的m值在50～70范周內，多流程凝汽器選用的值較小，單流程的凝汽器選用的值較大。當前第19頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數

6.凝汽器端差δt：凝汽器壓力下的飽和溫度與凝汽器冷卻水出口溫度之差稱為端差。利用熱傳導方程式可以推導出端差δt的計算方法。影響端差δt的因素較多，而且它們之間的關系也較復雜。在除Aco以外的其它條件不變的情況下，減小δt就要增大凝汽器冷卻面積Aco，因而使凝汽器造價提高。所以在設計時δt不宜選的過小，一般δt=3～5℃。當前第20頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數

對一定的凝汽器，端差的大小與凝汽器冷卻水進口溫度、凝汽器單位面積蒸汽負荷、凝汽器銅管的表面潔凈度、凝汽器內的漏入空氣量以及冷卻水在管內的流速有關。一個清潔的凝汽器，在一定的循環水溫度和循環水量及單位蒸汽負荷下就有一定的端差值指標，一般端差值指標是當循環水量增加，冷卻水出口溫度愈低，端差愈大，反之亦然；單位蒸汽負荷愈大，端差愈大，反之亦然。實際運行中，若端差值比端差指標值高得太多，則表明凝汽器冷卻水管臟污，致使傳熱條件惡化。端差增加的原因有：凝汽器冷卻水管水側或汽側結垢；凝汽器汽側漏入空氣；冷卻水管堵塞；冷卻水量減少等。當前第21頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數端差δt與負荷率Dco/Aco及tw1的關系當前第22頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數

7.凝結水過冷度Δts：排汽壓力對應的飽和溫度ts和凝結水溫度tco之差，稱為凝結水的過冷度Δts。一般凝汽器的過冷度不應超過0.5～1℃。具有過冷度的凝結水，要使汽輪機消耗更多的回熱蒸汽，以使它加熱到預定的鍋爐給水溫度，增大了熱耗。同時，過冷度也使含氧量增加，從而加速管道腐蝕，所以過冷度要盡可能小。當前第23頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數出現凝結水過冷的原因有：（1）凝汽器構造上存在缺陷，管束之間蒸汽沒有足夠的通往凝汽器下部的通道，使凝結水自上部管子流下，落到下部管子的上面再度冷卻，從而產生過冷卻；（2）凝汽器水位高，以致部分銅管被凝結水淹沒而產生過冷卻；（3）凝汽器汽側漏空氣或抽氣設備運行不良，造成凝汽器內蒸汽分壓力下降而引起過冷卻；（4）凝汽器銅管破裂，凝結水內漏入循環水（此時凝結水質嚴重惡化，如硬度超標等）；（5）凝汽器冷卻水量過多或水溫過低。當前第24頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器的控制參數凝結水過冷卻會造成以下危害：（1）凝結水過冷卻，使凝結水易吸收空氣，結果使凝結水的含氧量增加，加快了設備和管道的銹蝕，降低了設備和管道使用的安全性和可靠性；（2）影響發電廠的熱經濟性，因為凝結水溫度低，在除氧器加熱就要多耗抽汽量，在沒有給水回熱的熱力系統中，凝結水每冷卻7℃，相當于發電廠的熱經濟性降低1％。當前第25頁\共有30頁\編于星期日\19點凝汽器性能曲線

凝汽器內蒸汽的壓力Pco隨排汽量Dco、冷卻水DW，冷卻水進口溫度tW1的變化而變化，它們之間的變化關系稱為凝汽器的變工況特性，其關系曲線稱為凝汽器性能曲線當前第26頁\共有30頁\編于星期日\19點多壓凝汽器

多壓凝汽器是指將來自兩個以上的汽輪機排汽口的蒸汽引入汽側分隔，水側串連的真空不同的若干汽室中加以凝結的凝汽器。只要機組有兩個以上的排汽口，就可以采用多壓凝汽器。如圖所示，凝汽器汽側用密封分隔板隔為兩個汽室，冷卻水串行流過各汽室。各汽室進口水溫不同，形成高壓汽室和低壓汽室，構成雙壓式凝汽器。當前第27頁\共有30頁\編于星期日\19點多壓凝汽器1.多壓凝汽器的平均折合壓力的計算：雙壓凝汽器的平均壓力用平均折合壓力表示。它不等于兩汽室壓力的平均值，而等于平均蒸汽凝結溫度(ts)r對應的飽和壓力。當前第28頁\共有30頁\編于星期日\19點多壓凝汽器2.多壓凝汽器的特點：（1）在一定條件下，多壓凝汽器的平均折合壓力低于單壓凝汽器的壓力，提高機組的