凝汽器的工作原理ppt課件

凝汽器的工作原理 工作原理 凝汽設(shè)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(jīng)濟性和運行可靠性 凝汽設(shè)備在汽輪機裝置的熱力循環(huán)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(huán)熱效率 降低排汽參數(shù)的有效辦法是將排汽引入凝汽器凝結(jié)為水 若機組運行不當(dāng)使排汽壓力比正常值升高1 t t將降低1 以上 若使排汽溫度下降5 則 t t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(shè)備的重要性 以水為冷卻介質(zhì)的凝汽設(shè)備 一般由凝汽器 凝結(jié)水泵 抽氣設(shè)備 循環(huán)水泵以及它們之間的連接管道和附件組成 工作原理 1 凝結(jié)水泵2 抽汽設(shè)備3 汽輪機4 凝汽器5 循環(huán)水泵 工作原理 最簡單的凝汽設(shè)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(huán)水泵5不斷打入凝汽器的冷卻水帶走 自身凝結(jié)為凝結(jié)水匯集在凝汽器的底部熱井 同時由凝結(jié)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(jié)的空氣在凝汽器中不斷積累升高凝汽器內(nèi)的壓力 采用抽氣設(shè)備2不斷將空氣抽出 在凝汽器中 不斷循環(huán)的冷卻水創(chuàng)造凝汽器中的低溫環(huán)境 使排汽釋放汽化潛熱而發(fā)生凝結(jié) 凝汽器中蒸汽凝結(jié)的空間是汽液兩相共存的 汽側(cè)壓力等于蒸汽凝結(jié)溫度所對應(yīng)的飽和壓力 蒸汽凝結(jié)溫度由冷卻條件決定 只要冷卻水溫不高 蒸汽凝結(jié)溫度也不高 一般為30 左右 所對應(yīng)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 工作原理 凝汽設(shè)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(jié)并回收凝結(jié)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(jié)垢 腐蝕 對給水品質(zhì)的要求非常嚴格 如果給水全用化學(xué)處理水的話 則大容量機組的設(shè)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(jié)水作為給水 但要嚴格保證其水質(zhì) 此外 凝汽設(shè)備還是凝結(jié)水和補給水去除氧器之前的先期除氧設(shè)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(huán)工質(zhì)損失 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(jié)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(dāng)排汽凝結(jié)成水后 體積就大為縮小 使凝汽器內(nèi)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(jié)水泵必須不斷地把凝結(jié)水抽走 避免水位升高 影響蒸汽的凝結(jié) 3 抽氣設(shè)備必須把漏入的空氣和排汽中的其它氣體抽走 工作原理 對凝汽器的要求是 1 有較高的傳熱系數(shù)和合理的管束布置 2 凝汽器本體及真空管路系統(tǒng)要有高度的嚴密性 3 汽阻及凝結(jié)水過冷度要小 4 水阻要小 5 凝結(jié)水的含氧量要小 6 便于清洗冷卻水管 凝汽器的控制參數(shù) 1 凝汽器壓力 真空度 一般真空容器設(shè)備的真空度 是根據(jù)該設(shè)備為實現(xiàn)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(shè)備本身的主要任務(wù) 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(cè)蒸汽凝結(jié)溫度對應(yīng)的飽和壓力 但是實際上凝汽器殼側(cè)各處壓力并不相等 凝汽器的控制參數(shù) 凝汽器內(nèi)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(jié)區(qū)內(nèi) 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(nèi)的壓力由與之相對應(yīng)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(nèi)的蒸汽隔著冷卻水管首先與出口冷卻水進行熱交換 根據(jù)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 t 則汽輪機排入凝汽器的蒸汽飽和溫度可由下式確定 凝汽器的控制參數(shù) 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(guān)系 凝汽器的控制參數(shù) ts tww1 t t式中ts 凝汽器壓力Pco相對應(yīng)的蒸汽飽和溫度 tww1 循環(huán)冷卻水進口溫度 t 循環(huán)冷卻水出 進口溫差 t 汽輪機排汽溫度與循環(huán)冷卻水出口溫度之差由上式可知 凝汽器內(nèi)的壓力決定于冷卻水進口溫度tw1 冷卻水溫升 t和端差 t 凝汽器的控制參數(shù) 關(guān)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(shè)備在運行中應(yīng)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(dāng)通過最后一級葉片的蒸汽已達到膨脹極限時 如果繼續(xù)提高真空 不可能得到經(jīng)濟上的效益 反而會降低經(jīng)濟效益 簡單地說 當(dāng)蒸汽在末級葉片中的膨脹達到極限時 所對應(yīng)的真空稱為極限真空 也有的稱之為臨界真空 凝汽器的控制參數(shù) 對于結(jié)構(gòu)已確定的凝汽器 在極限真空內(nèi) 當(dāng)蒸汽參數(shù)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(yīng)增加發(fā)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(huán)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(huán)水泵多耗功率的差數(shù)為最大時的真空值稱為凝汽器的最有利真空 即最經(jīng)濟真空 凝汽器的控制參數(shù) 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(huán)水量 或是循環(huán)水泵的運行臺數(shù) 汽輪機的出力變化及循環(huán)水泵的耗電量變化等 一般汽輪機銘牌排汽絕對壓力對應(yīng)的真空是凝汽器的額定真空 這是指機組在設(shè)計工況 額定功率 設(shè)計冷卻水溫時的真空 這個數(shù)值并不是機組的極限真空值 凝汽器的控制參數(shù) 2 凝汽器的熱負荷 凝汽器熱負荷是指單位時間內(nèi)凝汽器內(nèi)蒸汽和凝結(jié)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(nèi)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 凝汽器的控制參數(shù) 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(jīng)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(qū) 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 凝汽器的控制參數(shù) 4 冷卻水溫升 t 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(jīng)濟運行的一個重要指標 溫升可監(jiān)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(jié)垢或臟污 真空系統(tǒng)漏空氣嚴重 凝汽器的控制參數(shù) 5 凝汽器循環(huán)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(huán)倍率 現(xiàn)代凝汽式汽輪機的m值在50 70范周內(nèi) 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 凝汽器的控制參數(shù) 6 凝汽器端差 t 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(dǎo)方程式可以推導(dǎo)出端差 t的計算方法 影響端差 t的因素較多 而且它們之間的關(guān)系也較復(fù)雜 在除Aco以外的其它條件不變的情況下 減小 t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(shè)計時 t不宜選的過小 一般 t 3 5 凝汽器的控制參數(shù) 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(nèi)的漏入空氣量以及冷卻水在管內(nèi)的流速有關(guān) 一個清潔的凝汽器 在一定的循環(huán)水溫度和循環(huán)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(dāng)循環(huán)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(cè)或汽側(cè)結(jié)垢 凝汽器汽側(cè)漏入空氣 冷卻水管堵塞 冷卻水量減少等 凝汽器的控制參數(shù) 端差 t與負荷率Dco Aco及tw1的關(guān)系 凝汽器的控制參數(shù) 7 凝結(jié)水過冷度 ts 排汽壓力對應(yīng)的飽和溫度ts和凝結(jié)水溫度tco之差 稱為凝結(jié)水的過冷度 ts 一般凝汽器的過冷度不應(yīng)超過0 5 1 具有過冷度的凝結(jié)水 要使汽輪機消耗更多的回?zé)嵴羝?以使它加熱到預(yù)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 凝汽器的控制參數(shù) 出現(xiàn)凝結(jié)水過冷的原因有 1 凝汽器構(gòu)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(jié)水自上部管子流下 落到下部管子的上面再度冷卻 從而產(chǎn)生過冷卻 2 凝汽器水位高 以致部分銅管被凝結(jié)水淹沒而產(chǎn)生過冷卻 3 凝汽器汽側(cè)漏空氣或抽氣設(shè)備運行不良 造成凝汽器內(nèi)蒸汽分壓力下降而引起過冷卻 4 凝汽器銅管破裂 凝結(jié)水內(nèi)漏入循環(huán)水 此時凝結(jié)水質(zhì)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 凝汽器的控制參數(shù) 凝結(jié)水過冷卻會造成以下危害 1 凝結(jié)水過冷卻 使凝結(jié)水易吸收空氣 結(jié)果使凝結(jié)水的含氧量增加 加快了設(shè)備和管道的銹蝕 降低了設(shè)備和管道使用的安全性和可靠性 2 影響發(fā)電廠的熱經(jīng)濟性 因為凝結(jié)水溫度低 在除氧器加熱就要多耗抽汽量 在沒有給水回?zé)岬臒崃ο到y(tǒng)中 凝結(jié)水每冷卻7 相當(dāng)于發(fā)電廠的熱經(jīng)濟性降低1 凝汽器性能曲線 凝汽器內(nèi)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(guān)系稱為凝汽器的變工況特性 其關(guān)系曲線稱為凝汽器性能曲線 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(cè)分隔 水側(cè)串連的真空不同的若干汽室中加以凝結(jié)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(cè)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(gòu)成雙壓式凝汽器 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(jié)溫度 ts r對應(yīng)的飽和壓力 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 提高機組的熱經(jīng)濟性