汽輪機(jī)-第四章

§4汽輪機(jī)的凝汽設(shè)備第四章汽輪機(jī)的凝汽設(shè)備第一節(jié)凝汽設(shè)備的工作原理、任務(wù)和類型第二節(jié)凝汽器的真空與傳熱第三節(jié)凝汽器的管束布置與真空除氧第四節(jié)抽氣器第五節(jié)凝汽器的變工況第六節(jié)多壓式凝汽器§4汽輪機(jī)的凝汽設(shè)備§4.1凝汽設(shè)備的工作原理、任務(wù)和類型§4.1.1凝汽設(shè)備的工作原理與任務(wù)以水為冷卻介質(zhì)的凝汽設(shè)備，由凝汽器、抽氣器、循環(huán)水泵和凝結(jié)水泵以及他們之間的連接管道、閥門和附件等組成，如圖，最簡(jiǎn)單的凝汽設(shè)備示意圖：

工作原理----汽輪機(jī)的排汽進(jìn)入凝汽器1，循環(huán)水泵2不斷的把冷卻水打入凝汽器，吸收蒸汽凝結(jié)放出的熱量，蒸汽被冷卻并凝結(jié)為水。凝結(jié)水被凝結(jié)水泵3抽走。凝汽器內(nèi)壓力很低，比較容易漏入空氣，空氣將阻礙傳熱，因此不斷的用抽氣器4不斷的將空氣抽走。

任務(wù)：在汽輪機(jī)的排汽管內(nèi)建立并維持高度真空供應(yīng)潔凈的凝結(jié)水作為鍋爐給水§4.1.2凝汽器的類型現(xiàn)在電站使用的凝汽器主要是以水為冷卻介質(zhì)的表面式凝汽器。在缺水地區(qū)和列車電站上，可用空氣凝汽器?！?.1.3凝汽器真空的測(cè)量測(cè)量凝汽器真空的最簡(jiǎn)單的辦法是用水銀真空計(jì)。如圖：

是折合到標(biāo)準(zhǔn)溫度0℃下的數(shù)值?！?.1凝汽設(shè)備的工作原理、任務(wù)和類型1.簡(jiǎn)述汽輪機(jī)凝汽設(shè)備的工作原理。2.凝汽器的真空是如何形成的?3.影響凝汽器真空的因素有哪些？§4.1凝汽設(shè)備的工作原理、任務(wù)和類型（思考）§4.2凝汽器的真空與傳熱§4.2.1凝汽器內(nèi)壓力的確定蒸汽凝結(jié)過(guò)程中釋放出不凝結(jié)氣體(如化學(xué)藥劑分解產(chǎn)生或原蒸汽中夾帶)，真空系統(tǒng)不嚴(yán)密漏入系統(tǒng)的空氣，即凝汽器汽側(cè)空間是多組分介質(zhì)共存。這里，將它們分為蒸汽和不凝結(jié)氣體兩大組分。由道爾頓定律知，汽側(cè)空間的總壓力是組成氣體分壓力之和。利用混合氣體的溫度、容積相等及氣體狀態(tài)方程，求得由于不凝結(jié)氣體總量相對(duì)蒸汽量很小，因此，可以認(rèn)為總壓與蒸汽壓力相等?！?.2凝汽器的真空與傳熱凝汽器中的壓力主要決定于蒸汽分壓力，而蒸汽分壓力又決定于汽、水共存的熱平衡溫度，即對(duì)應(yīng)溫度下水、蒸汽的飽和溫度。凝汽器內(nèi)的溫度決定于蒸汽凝結(jié)和冷卻水加熱的換熱過(guò)程。影響凝汽器內(nèi)壓力的三個(gè)因素：由圖：主凝結(jié)區(qū)的凝結(jié)溫度為：冷卻水進(jìn)口溫度與環(huán)境條件緊密相關(guān)，其次受冷卻設(shè)備特性影響。進(jìn)口溫度越高，凝汽器的真空則越低。夏季環(huán)境溫度高，冷卻水溫度高，真空則低。不良的冷卻塔，冷卻水得不到充分冷卻，必然使凝汽器真空下降。冷卻水溫升§4.2凝汽器的真空與傳熱由熱平衡方程求得：只有2140～2220KJ/Kg左右，取平均值，則

循環(huán)倍率m----，冷卻水量與被凝結(jié)蒸汽量之比。循環(huán)水的溫升決定于循環(huán)倍率，循環(huán)倍率越大，溫升(4.2.3)§4.2凝汽器的真空與傳熱凝汽器傳熱端差傳熱端差與傳熱系數(shù)有關(guān)，而傳熱系數(shù)是管外凝結(jié)放熱、管壁及污垢導(dǎo)熱和冷卻水對(duì)流傳熱有關(guān)。則越小，凝汽器的真空就越高。即在循環(huán)水量一定時(shí)，機(jī)組負(fù)荷越大，循環(huán)水溫升就越高，凝汽器真空則越低。反之，機(jī)組負(fù)荷一定時(shí)，循環(huán)水量越多，溫升越小，凝汽器真空就越高。由傳熱方程等公式推得的計(jì)算公式：(4.2.6)§4.2凝汽器的真空與傳熱§4.2.2凝汽器的最佳真空循環(huán)水量增大，凝汽器真空上升，機(jī)組理想焓降提高。循環(huán)水量增大的代價(jià)是增大循環(huán)水泵功耗。當(dāng)循環(huán)水泵的功耗增大量與機(jī)組有效出力增多量相等時(shí)，對(duì)應(yīng)的真空即為最佳(或經(jīng)濟(jì))真空。若只有一臺(tái)循環(huán)水泵運(yùn)行，且冷卻水量可連續(xù)調(diào)節(jié)，則最佳真空為為最大時(shí)的真空。而實(shí)際并非如此，故應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能定出不同負(fù)荷下的最佳真空?！?.2.3空氣的危害凝汽器的空氣來(lái)源：由新蒸汽帶入汽輪機(jī)由設(shè)備不嚴(yán)密處漏入危害：由于空氣膜的存在，阻礙了蒸汽向冷卻水管的凝結(jié)放熱，使，真空↓。在冷卻水管外表面附近，由于空氣的聚集，使得蒸汽分壓力降低，從而使明顯低于，使蒸汽的凝結(jié)溫度，增大了凝結(jié)水的過(guò)冷度。增加了低壓管道的腐蝕。過(guò)冷度----凝結(jié)水溫度低于凝汽器入口蒸汽溫度的現(xiàn)象稱為過(guò)冷現(xiàn)象，所低的度數(shù)稱為過(guò)冷度?！?.2凝汽器的真空與傳熱§4.2凝汽器的真空與傳熱§4.2.4凝汽器的傳熱將冷卻水管的圓筒形管壁傳熱近似看成平壁傳熱，則傳熱系數(shù)為：R----凝汽器總熱阻

----蒸汽空氣混合物向冷卻水管外放熱的熱阻

----蒸汽空氣混合物向冷卻水管外放熱的放熱系數(shù)

----管壁本身熱阻，是管壁厚度，是管壁導(dǎo)熱系數(shù)

----管內(nèi)壁到冷卻水的放熱熱阻

----水側(cè)放熱系數(shù)式中：(4.2.10)1.什么是凝汽器的最佳真空？2.空氣對(duì)凝汽設(shè)備及系統(tǒng)有什么危害？§4.2凝汽器的真空與傳熱（作業(yè)與思考）§4.3凝汽器的管束布置和真空除氧§4.3.1凝汽器的管束布置冷卻水管在凝汽器板上的基本排列方法有三種：三角形排列法；正方形排列法；輻向排列法。凝汽器管束布置是從減小汽阻，減小過(guò)冷度，均勻各部分傳熱面積上的熱負(fù)荷（即總體傳熱系數(shù)較高）的要求出發(fā)的。評(píng)價(jià)凝汽器優(yōu)劣有五個(gè)指標(biāo)：①真空；②凝結(jié)水過(guò)冷度；③凝結(jié)水含氧量；④水阻；⑤空冷區(qū)排出的汽氣混合物的過(guò)冷度?！?.3.2真空除氧凝結(jié)水含氧量大是導(dǎo)致銅管腐蝕、凝結(jié)水系統(tǒng)管道閥門腐蝕嚴(yán)重以致降低設(shè)備壽命的重要原因，故凝汽器都設(shè)有真空除氧裝置。真空除氧裝置有熱力除氧和鼓泡除氧。1.冷卻水管在凝汽器板上的基本排列方法有幾種，各是什么？2.凝汽器為什么都要設(shè)置真空除氧裝置？§4.3凝汽器的管束布置和真空除氧§4.4抽氣器作用：抽取凝汽器汽側(cè)空間的不凝結(jié)氣體，以保持汽側(cè)良好的傳熱狀態(tài)和凝汽器真空。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，在汽輪機(jī)內(nèi)部建立真空，加快汽缸及轉(zhuǎn)子加熱。類型：主要采用射流式抽氣器和機(jī)械真空泵兩種型式。其中，射流式有射汽抽氣器和射水抽氣器；機(jī)械真空泵有水環(huán)式和水葉片式?！?.4.1射汽抽氣器以蒸汽為動(dòng)力。具有一定壓力和溫度的蒸汽在噴嘴中降壓增速，出口達(dá)到超音速，在混合室中吸附凝汽器中的不凝結(jié)氣體，并發(fā)生動(dòng)量交換，然后在擴(kuò)壓管中降速增壓排出。由于抽氣器的絕熱壓縮效率反比于壓比，故射汽抽氣器通常采用多級(jí)?！?.4.2射水抽氣器以壓力水為動(dòng)力。壓力水在噴嘴中降壓增速，形成水射流，在混合室中牽連不凝結(jié)氣體運(yùn)動(dòng)。水射流達(dá)到一定行程后發(fā)生破碎，與不凝結(jié)氣體產(chǎn)生碰撞與強(qiáng)烈的動(dòng)量交換，壓縮升壓，然后利用水柱對(duì)其進(jìn)一步壓縮。為提高射水抽氣器的效率，要求噴嘴距離水面高度應(yīng)大于水射流破碎長(zhǎng)度，這就是長(zhǎng)喉管射水抽氣器的工作原理。§4.4.3水環(huán)式真空泵置于水室中的偏心葉輪，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生與水室同心的水環(huán)，利用葉片與水環(huán)間空間容積隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周由小變大和由大變小的變化，完成吸氣、壓縮。水環(huán)真空泵的效率約為高效射水抽氣器的2倍。故新建機(jī)組主要采用水環(huán)真空泵。§4.4抽氣器1.抽氣器有什么作用？2.長(zhǎng)喉部射水抽氣器有什么特點(diǎn)？§4.4抽氣器（作業(yè)與思考）§4.5凝汽器的變工況蒸汽負(fù)荷、冷卻水量、冷卻水進(jìn)口溫度、等都是引起凝汽器壓力變化的主要因素，這些因素改變時(shí)，凝汽器壓力隨著變化，凝汽器的工況離開了設(shè)計(jì)參數(shù)，稱為凝汽器的變工況。§4.5.1主要因素改變對(duì)凝汽器壓力的影響變工況下的變化規(guī)律變工況下的變化規(guī)律可用下式表示：當(dāng)不變時(shí)，a是常數(shù)。也就是說(shuō)正比于。改變后，a也變了，算出新的a，確定和新的比例關(guān)系。（4.5.1）變工況下的變化規(guī)律當(dāng)不變時(shí)，a為常數(shù)，由式（4.2.6）與式（4.5.1）得：(4.5.2)§4.5凝汽器的變工況凝汽器已制造好，Ac不變。若K也不變，則成正比，也就是與dc成正比，如圖輻射線所示：變工況下的確定在冷卻水量一定時(shí)，根據(jù)不同的和，求出和，由算出，求得對(duì)應(yīng)的飽和壓力，在主凝結(jié)區(qū)認(rèn)為誤差很小，就可確定?！?.5凝汽器的變工況§4.5.2凝汽器特性曲線的計(jì)算與繪制凝汽器的特性曲線如圖所示，它是根據(jù)不同的Dc、tw1和Dw，由Δt和Δt隨Dc的變化規(guī)律，求得相應(yīng)的Δt和

，最終求得凝汽器壓力pc及繪制而成，具體計(jì)算步驟如下：1)任意選定冷卻水進(jìn)口溫度tw1值及某個(gè)蒸汽負(fù)荷Dc；2)在冷卻水量Dc不變的條件下，由式Δt=αDc求得Δt§4.5凝汽器的變工況3)求出對(duì)應(yīng)于Dw下的冷卻水流速cw，即,其中，一道水流程中的管子數(shù)nz=n/z，n為凝汽器內(nèi)管子總數(shù)，z為水流程數(shù)；4)求出總體傳熱系數(shù)K＝14650φφwφ1φtφd；5)由式ts=tw1+Δt+求得凝汽器內(nèi)蒸汽凝結(jié)溫度ts，進(jìn)而可得相對(duì)應(yīng)的飽和壓力ps；即為凝汽器內(nèi)的壓力pc；6)在冷卻水量Dw不變的條件下，在同一個(gè)冷卻水進(jìn)口溫度tw1下，由不同的蒸汽負(fù)荷Dc，根據(jù)上列步驟，就可求得相應(yīng)的不同的凝汽器壓力pc，得到圖中某一根曲線；7)在不改變冷卻水量Dw的條件下，按另一個(gè)tw1，對(duì)應(yīng)于不同的Dc，求出相應(yīng)的pc依此類推，即可得到如圖所示在某個(gè)冷卻水量Dw下，在不同的冷卻水進(jìn)口溫度tw1下，一組蒸汽負(fù)荷與凝汽器內(nèi)壓力pc之間的關(guān)系。8)在不同的冷卻水量Dw下，重復(fù)上列步驟就可得到多幅pc＝f(Dw、tw1、Dc)關(guān)系曲線?！?.5凝汽器的變工況1.變工況下是如何確定的？§4.5凝汽器的變工況（作業(yè)與思考）§4.6多壓式凝汽器有兩個(gè)以上排汽口的大容量機(jī)組的凝汽器可以制成多壓凝汽器。下圖為雙壓凝汽器的示意圖。冷卻水由左側(cè)進(jìn)入，右側(cè)排出。凝汽器汽側(cè)用密封的分割板隔成兩部分，進(jìn)水側(cè)的冷卻水溫較低，汽側(cè)壓力也低；出水側(cè)冷卻水溫較高，汽側(cè)壓力也較高，這就構(gòu)成了雙壓凝汽器。依此類推，可以制成三壓式、四壓式，在美國(guó)最多有六壓式。

原理：溫差傳熱產(chǎn)生不可逆損失。由凝汽器的換熱過(guò)程知，換熱溫差差異較大。要減少不可逆損失，必須減小傳熱溫差。理想的過(guò)程如等溫差，即凝結(jié)溫度§4.6.1多壓凝汽器隨換熱過(guò)程而變，亦即凝汽器壓力是連續(xù)變化的。這就是采用多壓凝汽器的基本原理。

優(yōu)點(diǎn)：一是降低平均凝汽溫度，亦即降低平均凝汽器真空。二是利用高壓凝汽器的高溫凝結(jié)水加熱低壓凝汽器的低溫凝結(jié)水，減少低壓加熱器吸熱量。

缺點(diǎn)：系統(tǒng)復(fù)雜，增大水阻?！?.6多壓式凝汽器§4.6.2凝汽器的維護(hù)凝汽器冷卻水管常常會(huì)受到污染，包括汽側(cè)污染和水側(cè)污染。汽側(cè)污染主要是亞硫酸鹽和石碳酸鹽附著在冷卻水管外表面所致，一般可用80～90~C的熱水沖洗掉。

較為嚴(yán)重的是水側(cè)污染，不論是開式供水還是閉式供水，冷卻水所帶人的泥沙、污穢的物質(zhì)和加熱過(guò)程中分解出的鹽分等均會(huì)不同程度地沉積在冷卻水管的內(nèi)表面上。其中的有機(jī)物質(zhì)附著在管子內(nèi)表面形成微生物附面層。由于附著物的傳熱性能很差，將導(dǎo)致凝汽器真空降低，影響汽輪機(jī)的出力和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。此外，它還會(huì)加速冷卻水管的腐蝕，甚至造成穿孔，使冷卻水漏人凝結(jié)水中，惡化凝結(jié)水水質(zhì)，影響機(jī)組安全運(yùn)行，因此在火電廠中廣泛采用凝汽器膠球自動(dòng)清洗裝置?！?.6多壓式凝汽器1.多壓凝汽器工作的基本原理是什么？2.多壓式凝汽器有什么優(yōu)缺點(diǎn)？3.討論是否可以把現(xiàn)有單壓凝汽器改造成多壓