第七章 汽輪機凝汽設備及系統(tǒng)

1、第七章 汽輪機凝汽設備及系統(tǒng) 凝汽設備的組成 及任務 凝汽器內(nèi)壓力的 確定 凝汽器的運行及 變工況 抽汽設備 第一節(jié) 汽輪機凝汽設備及系統(tǒng) 一、凝汽設備的組成及任務 凝汽器 表面式 混合式 空冷 水冷 凝汽設備通常由表面式 凝汽器、抽汽設備、凝結(jié)水 泵、循環(huán)水泵以及這些部件 之間的連接管道組成。 凝汽設備的任務： 在汽輪機排汽口建立并維持 高度真空； 將汽輪機的排汽凝結(jié)成潔凈 的凝結(jié)水作為鍋爐的給水循環(huán) 使用。 圖7-2 表面式凝汽器結(jié)構(gòu) 二、凝汽器內(nèi)壓力的確定 圖7-3 凝汽器中蒸汽和冷卻水 溫度沿冷卻表面的分布 1飽和蒸汽放熱過程； 2過冷水的升溫過程 蒸汽凝結(jié)的溫度 應由下式確定： 12

2、1 1 () swww w ttttt ttt s t 12ww tt、 冷卻水進、出口溫度，； t 冷卻水溫升， 21ww ttt t傳熱端差或稱端差， 2sw ttt 1、冷卻水溫升 520 520 c w D t mD （m為凝汽器的冷卻倍率或循環(huán)倍率） 增加 ，一方面可降低汽輪機排汽壓力，使汽輪機所發(fā)功 率增加；另一方面卻增加了循環(huán)水泵耗功。所以只有在由于增 加 使汽輪機的得益大于循環(huán)水泵因此而多消耗的功率時，增 加 才是合理的。 最有利真空：提高真空所獲得的凈收益最大時的真空。 wD wD wD 2、傳熱端差 傳熱端差與冷卻面積、傳熱量及總體傳熱系數(shù)有關(guān)， 傳熱越強，端差就越小。 ,

3、KtKt 導致 的原因 水側(cè)臟污 汽側(cè)空氣量增加 漏氣 抽氣器故障 K 影響真空的主要因素： 1、 1wssc ttpp真空 2、 w D循環(huán)水量一定 csc Dttp 真空 csc Dttp 真空 c D排汽量一定 wsc Dttp 真空 wsc Dttp 真空 3、 sc ttp真空 sc ttp真空 三、凝汽器的變工況 圖7-4 傳熱端差 與熱負荷 率 及 的關(guān)系 t cc DA/ 1w t 循環(huán)水量 一定， 隨負荷 的變化規(guī)律： 從額定負荷減小不多，K基 本不變時， 與 成正比減小 再繼續(xù)減小，一方面， 隨 減小，另一方面， 真空提高，漏入空氣量增加， 導致K減小， 增加。 兩方面共同

4、作用的 結(jié)果使 下降緩慢或基 本不變。 越低，保持 不變的水平段越長。 w D t c D c D c D c Dt t c D t t t 1w t 四、凝汽器的運行 1、凝汽器的汽阻和水阻 汽阻：在空氣抽出口處的壓力 最低，而凝汽器蒸汽入口 處的壓力 最高，這兩個壓力之差就是蒸汽空氣混合物的 流動阻力，稱為凝汽器的汽阻。 水阻：冷卻水在凝汽器內(nèi)的循環(huán)通道中所受到的阻力稱為 水阻。 2、凝結(jié)水過冷 過冷度：當凝結(jié)水的溫度低于凝汽器壓力下的飽和溫度時， 即為凝結(jié)水過冷，所低 度數(shù)稱為過冷度。 運行中引起凝結(jié)水過冷的非正常原因： 汽側(cè)空氣量增多 漏氣量增大 抽氣器故障 熱井水位過高，淹沒12排銅

5、管 c p c p 3、空氣的影響 來源 主蒸汽帶入，量極少 從處于真空狀態(tài)下的系統(tǒng)及設備的不嚴密處漏入， 占絕大多數(shù) 危害：真空下降導致經(jīng)濟性下降 過冷度增加 凝結(jié)水含氧量增加 為了監(jiān)視凝汽設備在運行中的嚴密性，要定期作真 空嚴密性試驗。 t 4、凝結(jié)水水品質(zhì) 5、真空除氧 6、凝汽器的膠球清洗裝置 六、抽氣設備 抽氣設備的作用 啟動前建立真空 運行中維持真空 抽氣設備的型式很多，應用較多的有射汽抽氣器、射 水抽氣器和水環(huán)式真空泵等。 1、射汽抽氣器母管制機組 2、射水抽氣器 200MW以下單元制 圖7-15 射水抽氣器結(jié)構(gòu) 1擴壓管；2混合室；3噴嘴；4逆止門 3、水環(huán)式真空泵 300MW

6、以上單元制 圖7-16 水環(huán)式真空泵結(jié)構(gòu)原理 第二節(jié) 發(fā)電廠空冷系統(tǒng) 一、發(fā)電廠空冷系統(tǒng)簡介 （一）直接空冷系統(tǒng) 直接空冷是指汽輪機的排 汽直接用空氣來冷凝，空氣與 蒸汽間進行表面式換熱。所需 空氣，由機械通風方式供應。 直接空冷的凝汽設備稱為空冷 凝汽器。 優(yōu)點：設備少，系統(tǒng)簡單，基建投資較少，占地少，空 氣量的調(diào)節(jié)靈活。 缺點：運行時粗大的排汽管道密封困難，維持排汽管內(nèi)的 真空困難，啟動時為建立真空需要的時間較長。 （二）混合式間接空冷系統(tǒng) 又稱海勒式間接空冷系統(tǒng)，主要由噴射式凝汽器和裝有 福哥型散熱器的空冷塔構(gòu)成 優(yōu)點：以微正壓的低壓 水運行，較易掌握?？?與中背壓（9.8kPa左右）

7、汽輪機配套。配用海勒 系統(tǒng)的汽輪 機，其年平 均背壓低于直接空冷機 組，稍低于哈蒙 式間接 空冷機組，故機組煤耗 率較低。 缺點：設備多，系統(tǒng)復雜，冷卻水循環(huán)泵的泵坑較深，自 動控制系統(tǒng)復雜，全鋁制散熱器防凍性能差 （三）帶表面式凝汽器的間接空冷系統(tǒng) 又稱哈蒙式間接空冷系統(tǒng)，這種空冷系統(tǒng)是在海勒 式簡介空冷系統(tǒng)的運行實踐基礎上發(fā)展 起來的新系統(tǒng)。 由表面式凝汽器與空冷塔構(gòu)成。 優(yōu)點：節(jié)約廠用電，設備少， 冷卻水系統(tǒng)與汽水系統(tǒng)分開， 兩者水質(zhì)可按各自要求控制； 冷卻水量可根據(jù)季節(jié)調(diào)整， 在高寒地區(qū)，在冷卻水系統(tǒng) 中可充以防凍液防凍。 缺點：空冷塔占地大，基建投資多；系統(tǒng)中需進行兩次 換熱,且都屬

8、表面式換熱，使全廠效率有所降低 二、空冷系統(tǒng)的設計背壓及主要參數(shù) （一）設計氣溫 空冷系統(tǒng)的熱力計算采用的大氣溫度參數(shù)為大氣干球 溫度。 空冷系統(tǒng)設計計算采用的氣溫單元為小時氣溫。即將 典型年8760h的氣溫由高到低列出，制成典型年的小時氣 溫統(tǒng)計表，繪制出典型年的小時氣溫歷時頻率曲線。設計 氣溫的確定，采用較多的方法是按典型年小時氣溫統(tǒng)計表 中+5開始至最高氣溫值進行加權(quán)平均，取其平均值作為 設計氣溫。 （二）初始溫差 簡稱ITD。其值為進入空冷散熱器（或空冷凝汽器） 的熱介質(zhì)溫度與大氣干球溫度之差。對于間接空冷系統(tǒng)， 即 11ITDawtt 1 1 a w t t進入散熱器的冷卻水溫度，

9、環(huán)境大氣干球溫度， 循環(huán)水熱水溫度 取決于汽輪機的排汽溫度（在凝汽 器端差一定時）： 1ITDactt 1wt tttcw1 t tc 汽輪機的排汽溫度， 凝汽器端差， 對于直接空冷系統(tǒng)，即 ct直接空冷凝汽器裝置進口溫度，即汽輪機排汽溫度。 由以上公式可知，當環(huán)境空氣溫度一定時，ITD的大 小，取決于凝汽器的排汽溫度。ITD高，空冷散熱器可利 用的傳熱溫差大，所需散熱元件即可減少、即空冷系統(tǒng)投 資可減少，但汽輪機熱效率降低，機煤耗增加。反之，增 加空冷散熱元件、增大空冷系統(tǒng)投資，但汽輪機熱效率提 高，機組煤耗降低，機組運行費用減少。 在火電廠空冷系統(tǒng)的設計中，ITD的選擇是根據(jù)電廠在 電網(wǎng)中

10、的性質(zhì)、當?shù)貧庀髼l件以及其他因素進行綜合比較 而確定。在工程設計中，最值ITD值需進行優(yōu)化確定。 （三）汽輪機設計背壓 汽輪機的實際背壓與大氣干球溫度、設計ITD值密切 相關(guān)。當設計氣溫確定之后，根據(jù)優(yōu)選的ITD值，即可確 定汽輪機的設計背壓。 三、空冷汽輪機的變工況運行特點和結(jié)構(gòu)要求 （一）汽輪機變工況運行特點 間接空冷系統(tǒng)的汽輪背壓變化范圍530kPa；直接空 冷系統(tǒng)的汽輪機背壓 范圍在1020kPa?？绽淦啓C的主 要技術(shù)特點是： 1.末級葉片容積流量變化大 （1）氣溫低、背壓低、負荷大時，汽輪機容積流量偏大。 后果是： a.余速損失大； b.由于蒸汽速度加大，作用力增加，葉片彎曲應力增

11、加； c.當背壓過低，容積流量過大時，因馬赫數(shù)增大，有可 能在末級葉片通流截面造成汽流阻塞，即使背壓再降 低，也不能增加機組功率。 (2)當氣溫高、背壓高、負荷較小時，汽輪機末級葉片容積 流量過小。葉片根部、頂部均會出現(xiàn)脫流現(xiàn)象，使得該 處的蒸汽倒流，速度三角形發(fā)生了很大的變化，如下圖 所示。 2.在威爾遜（Wilson）區(qū)運行的末級葉片有鹽分沉積 威爾遜區(qū)就是蒸汽濕度為2%4%的區(qū)域。此時，蒸汽 中的鹽分將沉積于葉片上，造成對葉片腐蝕。通常，空冷 汽輪機末級葉片濕度的變化范圍為2%8%，即汽輪機運 行時，末級葉片要通過威爾遜區(qū)，鹽分將在末級葉片上沉 積，產(chǎn)生腐蝕凹坑，從而降低了葉片材料在高頻

12、和低頻下 的許用交變應力幅值。 3.低壓缸排汽溫度變化大 由右圖可見，空冷汽輪機 背壓在不同工況下的變化很 大，換句話說，排汽溫度的 變化也很大，致使低壓缸各 部分熱膨脹發(fā)生差異。 （二）空冷汽輪機的機構(gòu)特點 1.末級葉片 為了保證機組的安全，要從千古的、剛度及控制震動 方面設計末級葉片。具體措施是： （1）通常采用較濕冷機組的末級葉片。 （2）采用松拉金?？梢栽黾尤~片振動的機械阻尼和剛度， 對防止顫振有重要作用，拉金緊緊地壓在拉金孔外側(cè)，阻 止蒸汽或其他干擾力引起葉片顫振。 （3）葉片型線的設計應滿足背壓變化打的特點。常規(guī) 濕冷機組在設計工況下汽輪機末級葉片根部反動度較小， 在部分負荷下出現(xiàn)負反動度，甚至出現(xiàn)根部倒流。對于 空冷機組，將汽輪機末級靜葉片的安裝角增大2，增 大動靜葉片的軸向間距，使動葉末根部反動度提高 23.9%，推遲了小容積流量下倒流的出現(xiàn)。 2.低壓缸噴水裝置 低壓缸出口一般均設有噴水裝置，空冷汽輪機更為重 要。當末級葉片蒸汽容積流量過小，不能及時將摩擦鼓風 產(chǎn)生的熱量帶走時，或背壓過高，蒸汽仍處于過熱區(qū)時， 排汽溫度均能升高。為了保護末級葉片，保證排汽缸溫度