第七章 汽輪機(jī)凝汽設(shè)備及系統(tǒng)

1、第七章 汽輪機(jī)凝汽設(shè)備及系統(tǒng) 凝汽設(shè)備的組成 及任務(wù) 凝汽器內(nèi)壓力的 確定 凝汽器的運(yùn)行及 變工況 抽汽設(shè)備 第一節(jié) 汽輪機(jī)凝汽設(shè)備及系統(tǒng) 一、凝汽設(shè)備的組成及任務(wù) 凝汽器 表面式 混合式 空冷 水冷 凝汽設(shè)備通常由表面式 凝汽器、抽汽設(shè)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(shè)備的任務(wù)： 在汽輪機(jī)排汽口建立并維持 高度真空； 將汽輪機(jī)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(yīng)由下式確定： 12

2、1 1 () swww w ttttt ttt s t 12ww tt、 冷卻水進(jìn)、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(jī)排汽壓力，使汽輪機(jī)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(jī)的得益大于循環(huán)水泵因此而多消耗的功率時(shí)，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(shí)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(qiáng)，端差就越小。 ,

3、KtKt 導(dǎo)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(fù)荷 率 及 的關(guān)系 t cc DA/ 1w t 循環(huán)水量 一定， 隨負(fù)荷 的變化規(guī)律： 從額定負(fù)荷減小不多，K基 本不變時(shí)， 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(dǎo)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(yùn)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(gè)壓力之差就是蒸汽空氣混合物的 流動(dòng)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(dāng)凝結(jié)水的溫度低于凝汽器壓力下的飽和溫度時(shí)， 即為凝結(jié)水過冷，所低 度數(shù)稱為過冷度。 運(yùn)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(shè)備的不嚴(yán)密處漏入， 占絕大多數(shù) 危害：真空下降導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)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(shè)備在運(yùn)行中的嚴(yán)密性，要定期作真 空嚴(yán)密性試驗(yàn)。 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(shè)備 抽氣設(shè)備的作用 啟動(dòng)前建立真空 運(yùn)行中維持真空 抽氣設(shè)備的型式很多，應(yīng)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(jī)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(kuò)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(jī)的排 汽直接用空氣來冷凝，空氣與 蒸汽間進(jìn)行表面式換熱。所需 空氣，由機(jī)械通風(fēng)方式供應(yīng)。 直接空冷的凝汽設(shè)備稱為空冷 凝汽器。 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)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(diǎn)：運(yùn)行時(shí)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(dòng)時(shí)為建立真空需要的時(shí)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(diǎn)：以微正壓的低壓 水運(yùn)行，較易掌握。可 與中背壓（9.8kPa左右）

7、汽輪機(jī)配套。配用海勒 系統(tǒng)的汽輪 機(jī)，其年平 均背壓低于直接空冷機(jī) 組，稍低于哈蒙 式間接 空冷機(jī)組，故機(jī)組煤耗 率較低。 缺點(diǎn)：設(shè)備多，系統(tǒng)復(fù)雜，冷卻水循環(huán)泵的泵坑較深，自 動(dòng)控制系統(tǒng)復(fù)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(yùn)行實(shí)踐基礎(chǔ)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(diǎn)：節(jié)約廠用電，設(shè)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(diǎn)：空冷塔占地大，基建投資多；系統(tǒng)中需進(jìn)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(shè)計(jì)背壓及主要參數(shù) （一）設(shè)計(jì)氣溫 空冷系統(tǒng)的熱力計(jì)算采用的大氣溫度參數(shù)為大氣干球 溫度。 空冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算采用的氣溫單元為小時(shí)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(shí)氣 溫統(tǒng)計(jì)表，繪制出典型年的小時(shí)氣溫歷時(shí)頻率曲線。設(shè)計(jì) 氣溫的確定，采用較多的方法是按典型年小時(shí)氣溫統(tǒng)計(jì)表 中+5開始至最高氣溫值進(jìn)行加權(quán)平均，取其平均值作為 設(shè)計(jì)氣溫。 （二）初始溫差 簡稱ITD。其值為進(jìn)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(duì)于間接空冷系統(tǒng)， 即 11ITDawtt 1 1 a w t t進(jìn)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(jī)的排汽溫度（在凝汽 器端差一定時(shí)）： 1ITDactt 1wt tttcw1 t tc 汽輪機(jī)的排汽溫度， 凝汽器端差， 對(duì)于直接空冷系統(tǒng)，即 ct直接空冷凝汽器裝置進(jìn)口溫度，即汽輪機(jī)排汽溫度。 由以上公式可知，當(dāng)環(huán)境空氣溫度一定時(shí)，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(jī)熱效率降低，機(jī)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(jī)熱效率提 高，機(jī)組煤耗降低，機(jī)組運(yùn)行費(fèi)用減少。 在火電廠空冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，ITD的選擇是根據(jù)電廠在 電網(wǎng)中

10、的性質(zhì)、當(dāng)?shù)貧庀髼l件以及其他因素進(jìn)行綜合比較 而確定。在工程設(shè)計(jì)中，最值ITD值需進(jìn)行優(yōu)化確定。 （三）汽輪機(jī)設(shè)計(jì)背壓 汽輪機(jī)的實(shí)際背壓與大氣干球溫度、設(shè)計(jì)ITD值密切 相關(guān)。當(dāng)設(shè)計(jì)氣溫確定之后，根據(jù)優(yōu)選的ITD值，即可確 定汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)背壓。 三、空冷汽輪機(jī)的變工況運(yùn)行特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)要求 （一）汽輪機(jī)變工況運(yùn)行特點(diǎn) 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(jī)背壓 范圍在1020kPa。空冷汽輪機(jī)的主 要技術(shù)特點(diǎn)是： 1.末級(jí)葉片容積流量變化大 （1）氣溫低、背壓低、負(fù)荷大時(shí)，汽輪機(jī)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(yīng)力增

11、加； c.當(dāng)背壓過低，容積流量過大時(shí)，因馬赫數(shù)增大，有可 能在末級(jí)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(jī)組功率。 (2)當(dāng)氣溫高、背壓高、負(fù)荷較小時(shí)，汽輪機(jī)末級(jí)葉片容積 流量過小。葉片根部、頂部均會(huì)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(yùn)行的末級(jí)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(shí)，蒸汽 中的鹽分將沉積于葉片上，造成對(duì)葉片腐蝕。通常，空冷 汽輪機(jī)末級(jí)葉片濕度的變化范圍為2%8%，即汽輪機(jī)運(yùn) 行時(shí)，末級(jí)葉片要通過威爾遜區(qū)，鹽分將在末級(jí)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(yīng)力幅值。 3.低壓缸排汽溫度變化大 由右圖可見，空冷汽輪機(jī) 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(jī)的機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 1.末級(jí)葉片 為了保證機(jī)組的安全，要從千古的、剛度及控制震動(dòng) 方面設(shè)計(jì)末級(jí)葉片。具體措施是： （1）通常采用較濕冷機(jī)組的末級(jí)葉片。 （2）采用松拉金?？梢栽黾尤~片振動(dòng)的機(jī)械阻尼和剛度， 對(duì)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(shè)計(jì)應(yīng)滿足背壓變化打的特點(diǎn)。常規(guī) 濕冷機(jī)組在設(shè)計(jì)工況下汽輪機(jī)末級(jí)葉片根部反動(dòng)度較小， 在部分負(fù)荷下出現(xiàn)負(fù)反動(dòng)度，甚至出現(xiàn)根部倒流。對(duì)于 空冷機(jī)組，將汽輪機(jī)末級(jí)靜葉片的安裝角增大2，增 大動(dòng)靜葉片的軸向間距，使動(dòng)葉末根部反動(dòng)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(shè)有噴水裝置，空冷汽輪機(jī)更為重 要。當(dāng)末級(jí)葉片蒸汽容積流量過小，不能及時(shí)將摩擦鼓風(fēng) 產(chǎn)生的熱量帶走時(shí)，或背壓過高，蒸汽仍處于過熱區(qū)時(shí)， 排汽溫度均能升高。為了保護(hù)末級(jí)葉片，保證排汽缸溫度