凝汽器真空度對(duì)汽輪機(jī)效率的影響分析

1、凝汽器真空度對(duì)汽輪機(jī)效率的影響分析凝汽系統(tǒng)及凝汽器真空影響因素凝汽設(shè)備是汽輪機(jī)組的重要輔機(jī)之一，是朗肯循環(huán)中的重要一節(jié)。對(duì)整個(gè)電廠的建設(shè)和安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(jī)組最終參數(shù)的高低，對(duì)循環(huán)效率所產(chǎn)生的影響是和機(jī)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(jī)的理想焙降增大，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(jī)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(jī)；凝汽器；真空-2 -2凝汽器性能計(jì)算及真空度影響因素分析提高朗肯循環(huán)熱效率的途徑提高平均吸熱溫度的直接方法是提高初壓和初溫.在相

2、同的初溫和背壓下,提高初壓可使熱效率增大，但提高初壓也產(chǎn)生了一些新的問題，如設(shè)備的強(qiáng)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。42 2.2凝汽系統(tǒng)的工作原理5、抽氣設(shè)備1、循環(huán)水泵圖6.1是汽輪機(jī)凝汽系統(tǒng)示意圖，系統(tǒng)由凝汽器4、凝結(jié)水泵6以及相連的管道、閥門等組成。-14 -圖6.1汽輪機(jī)凝汽系統(tǒng)示意圖1-抽氣設(shè)備；2-汽輪機(jī)；3-發(fā)電機(jī);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(diǎn)9:(1)凝結(jié)

3、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)峒訜岫鳛殄仩t給水重復(fù)使用。(2)建立并維持一定的真空這是降低機(jī)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?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的裝置中的凝汽器和沸水堆核電機(jī)組的凝汽器，都要求有除氧的作用，以適應(yīng)機(jī)組的防腐要求。(4)蓄水作用凝汽器的蓄水作用既是匯集和貯存凝結(jié)水、熱力系統(tǒng)中的各種疏水、排汽和化學(xué)補(bǔ)給水的需要，也是緩沖運(yùn)行中機(jī)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(shí)還是確保凝結(jié)水泵必要的吸水壓頭的需要。為了達(dá)到上述作用，僅有凝汽器是不夠的。要保證凝汽器的正常工作，必須隨時(shí)維持

4、三個(gè)平衡：。1熱量平衡，汽輪機(jī)排汽放出的熱量等于循環(huán)水帶走的熱量，故在凝汽系統(tǒng)中設(shè)置循環(huán)水泵。2質(zhì)量平衡，汽輪機(jī)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。3空氣平衡，在凝汽器和汽輪機(jī)低壓部分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(dāng)汽輪機(jī)末級(jí)排汽進(jìn)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0.0049MPa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(duì)應(yīng)的蒸汽飽和壓力，溫度越低，真空越高。為了保持

5、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)逐漸積累，惡化凝汽器真空15o2.2 凝汽器性能指標(biāo)在電廠中，需要監(jiān)測(cè)凝汽器的性能指標(biāo)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(yùn)行清潔系數(shù)等160凝汽器中蒸汽和循環(huán)水溫度變化情況見圖6.2。圖6.2凝汽器中蒸汽和循環(huán)水溫度沿冷卻面的分布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：PaPs(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(jī)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

6、對(duì)應(yīng)的飽和溫度，C；h2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:ttw2twi(6.3)式中：t為端差，c；twi為凝汽器進(jìn)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(duì)應(yīng)的飽和溫度與凝汽器熱井水溫度的(6.4)值tctstc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(yùn)行清潔系數(shù)是指凝汽器實(shí)際總平均傳熱系數(shù)與理想總平均傳熱系數(shù)之比，即:CfKo(6.5)式中：Cf為水側(cè)冷凝管壁運(yùn)行清潔系數(shù);Kn為凝汽器實(shí)際總平均傳熱系數(shù)，按照熱平衡原理方法計(jì)算(3.2.3節(jié)介紹)，w/(m2.k); K0為凝汽器理想總平均

7、傳熱系數(shù)，按照別爾曼公式方法計(jì)算(2.2.3節(jié)介紹)，w/(m2k)。Ko4070wtzdCsCa(6.6)2.3 凝汽器總平均傳熱系數(shù)的計(jì)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/(m2k)；Cp為循環(huán)水定壓比熱，取為4.187kj/(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(shí)驗(yàn)和理論分析得到的別爾曼公式13(已修K 4070w t z d CsCa Cf(6.8)x1.1VwId(6.9)bw0(35tw1)2(6.10)z2tw11(1上)1545式中:(6.11)B一考慮冷卻表面設(shè)計(jì)清潔狀況和冷卻管材料及壁厚

8、的修正系數(shù);Vw 一循環(huán)水在冷凝管內(nèi)的流速,m/s；* x三 一 0.60.12 (1 0.15twi)(6.12)x一0.6(6.13)b 0.520.0072dk(6.14)dk為蒸汽負(fù)荷率，g/(m2s);Z一循環(huán)水流程數(shù)；&一冷凝管內(nèi)徑，mm;w、t、z、d一考慮循環(huán)水流速、循環(huán)水溫度、循環(huán)水流程數(shù)和蒸汽負(fù)荷率等影響的修正系數(shù)；Cs、Ca、Cf一考慮冷凝管布置、漏入空氣量和水側(cè)冷凝管壁運(yùn)行清潔度等影響的修正系數(shù)120當(dāng)_dj1時(shí)crDcd1；(6.15)星1時(shí)crDc(6.16)其中，Dc為實(shí)際排汽量;Dcn為凝汽器設(shè)計(jì)排汽量;Dccr為臨界排氣量Dccr(0.80.01tw1

9、)Dcn(6.17)冷卻表面設(shè)計(jì)清潔狀況和冷卻管材料及壁厚的修正系數(shù)按下式計(jì)算:(6.18)式中3一冷卻表面設(shè)計(jì)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(shí)，3取0.800.85;循環(huán)供水和化學(xué)處理(氯化、二氧化碳)的水時(shí)，3取0.750.80;污臟水和可能形成礦物沉淀的水，3取0.650.7Sm冷卻管材料及壁厚修正系數(shù)，對(duì)于壁厚lmm的黃銅管為1.0,B5管為0.95,B30管為0.92,不銹鋼管為0.85。冷凝管布置修正系數(shù)Cs的確定13：對(duì)實(shí)際運(yùn)行的凝汽器，當(dāng)凝汽器水側(cè)管壁足夠清潔(大修清掃后或新投運(yùn)機(jī)組)以及汽輪機(jī)真空系統(tǒng)嚴(yán)密性正常時(shí)，可認(rèn)為水側(cè)冷凝管壁運(yùn)行清潔及汽側(cè)空氣量修正系

10、數(shù)為1,即Ca=Cf=1亦即二者對(duì)凝汽器總體傳熱系數(shù)無影響。取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，按照熱平衡原理的方法計(jì)算所得凝汽器實(shí)際總平均傳熱系數(shù)Kni,按照別爾曼公式計(jì)算出凝汽器實(shí)際總平均傳熱系數(shù)KKn1Cs口Kn2(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(píng)價(jià)凝汽器管束布置的傳熱效果。2.4相關(guān)參數(shù)對(duì)凝汽器真空影響的理論分析凝汽器真空是汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要指標(biāo)。提高汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性的方法很多，比如改造設(shè)備、改造運(yùn)行方式、調(diào)整配汽機(jī)構(gòu)、減小節(jié)流損失以及提高凝汽器的真空等。相對(duì)而言提高凝汽器真空較其它方法更為易行。在運(yùn)行中只要對(duì)汽輪機(jī)系統(tǒng)有針對(duì)性地開展

11、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(jī)組熱耗率降低，煤耗減少，因此凝汽器真空被做為重要的監(jiān)測(cè)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(jī)排汽量、循環(huán)水量、真空系統(tǒng)嚴(yán)密性等20。相關(guān)參數(shù)對(duì)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(gè)原始公式所式，公式中包含以上四個(gè)未知數(shù)，針對(duì)每個(gè)公式，對(duì)上述四個(gè)未知數(shù)逐一進(jìn)行偏微分求解，最終求解出排汽壓力對(duì)以上四個(gè)因素的偏導(dǎo)。對(duì)某一變量偏導(dǎo)時(shí)，其他三個(gè)變量保持不變，即單因素分析。理論分析所需原始公式如下：(6.20)thDc4.187Dw(6.21)* ttK-A4187De w 1tstwit

12、t(6.22)7.46ts100Ps9.8157.66h變化很小，約為(6.23)注：在凝汽式汽輪機(jī)通常的排汽壓力變化范圍內(nèi)，A2180kj/kg。(1)、循環(huán)水入口溫度對(duì)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?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算均表明，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(duì)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(duì)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(yùn)行狀態(tài)有關(guān)210計(jì)算循環(huán)水入口溫度對(duì)凝汽器真空的影響時(shí)，假定其它參數(shù)保持不變，且真空系統(tǒng)嚴(yán)密性正常，即空氣修正系數(shù)Ca=

13、l;凝汽器水側(cè)管壁足夠清潔，及水側(cè)管壁運(yùn)行清潔系數(shù)Cf=1。循環(huán)水溫度修正系數(shù)t對(duì)循環(huán)水入口溫度twi的偏導(dǎo):t 2b.1000(35 twi)(6.25)循環(huán)水流速修正系數(shù)w對(duì)循環(huán)水入口溫度twi的偏導(dǎo):(6.26)w twil 1.1vwxw 口 4 d1tw1(6.27)x 0.6 時(shí)x一 0.018tw1(6.24)循環(huán)水流程修正系數(shù)z對(duì)循環(huán)水入口溫度tw1的偏導(dǎo):z2ztw16750.6tw1(6.28)凝汽器總平均傳熱系數(shù)K對(duì)循環(huán)水入口溫度twi的偏導(dǎo):K4070(6.29)tw1dCsCa(tzwwz-wtz)twitwitwi凝汽器傳熱端差6t對(duì)循環(huán)水入口溫度&1的偏導(dǎo)

14、:t(tt)tAKtwit4187Dwtwi(6.30)凝汽器排汽壓力對(duì)應(yīng)下飽和溫度ts對(duì)循環(huán)水入口溫度twi的偏導(dǎo):(6.31)tstwi1ttwi凝汽器排汽壓力Ps對(duì)循環(huán)水入口溫度twi的偏導(dǎo)：6.46Psts100ts上1.26921-stwi57.66tw1(6.32)表6.4中的數(shù)據(jù)是在其他條件不變時(shí)，單獨(dú)改變循環(huán)水入口溫度，利用上訴數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到的。如圖6.4和6.5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(dāng)循環(huán)水入口溫度較高時(shí)，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(jī)排汽量對(duì)凝汽器真空度影響的理論分析由循環(huán)水溫開關(guān)系式知，當(dāng)循環(huán)水量不變時(shí)，循環(huán)水溫升和凝汽器蒸汽負(fù)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(dāng)凝汽器蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，總體傳熱系數(shù)隨之改變，所以傳熱端差與蒸汽負(fù)荷的變化關(guān)系比較復(fù)雜。計(jì)算汽輪機(jī)排汽量對(duì)凝汽器真空的影響時(shí)，假定其它參數(shù)保持不變，且真空系統(tǒng)嚴(yán)密性正常，即空氣修正系數(shù)Ca