汽轮机凝气设备及系统专业知识讲座.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,汽轮机凝汽设备,教学目标:,使学生,了解蒸汽在凝汽器内凝结过程，凝汽器内压力确实定方法，凝汽器内不凝结气体对蒸汽凝结过程影响；发电厂空冷系统工作原理；掌握凝汽设备任务、组成及工作原理，凝汽器端差、最正确真空概念，射水式抽气器、射汽式抽气器、水环式真空泵结构及工作原理。,知识点：,凝汽设备任务、组成及工作原理；蒸汽在凝汽器内凝结过程；冷却倍率、端差、凝汽器最正确真空概念；凝汽器内压力确实定方法；凝汽器内不凝结气体对蒸汽凝结过程影响；抽气器类型、结构及工作原理；发电厂空冷系统。,重 点：,蒸汽在凝汽器内凝结过程；冷却倍率、端差、凝汽器最正确真空概念；凝汽器内压力确实定方法；凝汽器内不凝结气体对蒸汽凝结过程影响,。,难 点：,凝汽器内压力确实定方法；凝汽器内不凝结气体对蒸汽凝结过程影响,。,1,第1页,当代火电厂都用凝汽式汽轮机发电。所以，都具备凝汽设备。凝汽设备工作好坏，对火电厂经济性影响很大。,第一节 凝汽设备工作原理和任务,一、凝汽设备工作原理,1.,工作原理：,依据汽轮发电机组热效率进行分析,其 中，-整 机 理 想 焓 降；-蒸 汽 初 焓；,(-)-为 每 kg 蒸 汽 在 锅 炉 中 吸 热 量。,排汽焓；给水焓。,2,第2页,分析上式,：要提升效率，则提升理想焓降，即提升新蒸汽初焓，,降低排汽焓,（压力）。本章只是,讨论降低排汽焓值问题,。要降低排汽焓值，就得降低排汽压力。普通来说，排汽压力每降低2 kpa，循环热效率就能够提升约3.5%。所以，降低排汽压力对提升火电厂循环热效率是一个非常有效方法。而降低排汽压力,最有效方法,是：,使排汽在密封容器中、在温度较低条件下受到冷却而凝结成水，体积突然缩小（如在0.0049Mpa下，蒸汽比水容积大28000倍）而形成真空,。同时再用抽气器或者真空泵将漏入空气不停地抽出，,保持真空,。在凝结中生成凝结水，经聚集以后，,又重新送入锅炉作为给水，重复循环使用,。这就是凝汽设备工作原理。,3,第3页,2.,主要任务：,(1）,建立,并,维持,高度真空,，即降低排汽焓值，提升理想焓降，使蒸汽中,较多热能转变为机械能。,(2）将蒸汽凝结成水，并将,凝结水,回收到锅炉作为,给水,。,3.,排汽压力最正确值,：降低排汽焓值，提升理想焓降，能够提升效率。,但不是排汽压力越低越好。这是因为：,(1）当降低排汽压力，,则比容v 增加,，汽轮机,排汽部分尺寸增大,，成本上升。而且,制造困难,，材料也受到限制。,(2）当降低排汽压力，则比容v 增加，,凝汽器冷却面积增大,，冷却水量增大，,厂用电增大,。,所以，对排汽压力和其它几个方面要作技术经济对比而定。普通，,最正确排汽压力,为 =0.002940.00686Mpa，通常取0.005Mpa。,4,第4页,二、凝汽系统及主要设备：,最简单凝汽设备标准性系统图，其主要设备有凝汽器、凝结水泵、抽气器、循环水泵等。,（1）汽轮机；（2）发电机；,（3）,凝汽器：,使排汽在凝汽器3中不停地凝结成水，建立高度真空；将凝结时放,出热量排出、将生成凝结水聚集送走；,（4）,循环水泵：,为凝汽器提供冷却水；,（5）,凝结水泵：,不停地把蒸汽凝结时生成,凝结水从凝汽器底部热井中抽出，并送,往给给水回热加热系统；,（6）,抽气器：,抽出漏入凝汽器内空气，,以维持高度真空,。,5,第5页,第二节 凝汽器结构类型,凝 汽 器 有 混 合 式 和 表 面 式 凝 汽 器 两 大 类。,一、,混合式凝汽器,混合式凝汽器是使排汽在冷却水中直接冷却而凝结成水。,在混合式凝汽器内，从汽轮机中排出,乏汽直接与,冷却水混合,而得到凝结。冷却水从安装,在混合式凝汽器上部周 围喷嘴喷出，,排汽由上部进汽口 进入，与冷却水混合,而得到凝结，凝结水与冷却水一起用水,泵抽走。不凝结,空气,，用,抽气器,或者真,空泵不停地抽出。这种凝汽器结构简单，,冷却效果好，制造成本低。,6,第6页,二、表面式凝汽器,在表面式凝汽器内，冷却工质与蒸汽由冷却表面隔开。依据冷却工质不 同，表面式凝汽器又分为,空气冷却,和,水冷却,两种。,用水作为冷却工质凝汽器简称为,表面式凝汽器,。因为水传热系数比空气大，能确保凝汽器内维持高度真空和取得洁净凝结水。所以，国内外火电厂主要采取这种凝汽器。,7,第7页,1，,表面式凝汽器结构,如 图 所 示，凝汽器外壳通常钢板做成,圆柱形,、,椭圆形,或者,方箱形,。外壳两端连接着形成水室,端盖,2和3，外壳内两端又装有,管板,4，管板4上装有很多,冷却管,。凝汽器内部空间被冷却管分隔成两部分：,蒸汽空间,（汽侧）和,冷却水空间,（水 侧）。,8,第8页,2.,表面式凝汽器流程,冷却水从进口11 进入水室15，经过冷却管流到另一端水室16，转向后，又经冷却管进入水室17，最终由出水口12排出。这种 称为双流程凝汽器。还有单流程、三流程、四流程。,3.,凝结水,汽轮机排汽进入凝汽器，在汽侧与冷却管接触而凝结成水。凝结水聚集到热井 7中，由凝结水泵抽走并送到低压加热器。,4.,漏入空气抽出,漏入凝汽器空气，经过抽气口8由抽气器抽出。为了降低抽气器负荷和回收热量，使混有蒸汽空气在经过一次冷却，使蒸汽凝结。在凝汽器内专门设置有空气冷却区9。,9,第9页,5.,降低汽侧阻力,为 了 使,汽 气 混 合 物,向 抽 气 口 流 动，则抽气口压力应比凝汽器压力更低一些。压 力 差 就 是 凝 汽 器 汽 阻。汽 阻 大，会 使 凝 汽 器 入 口,压 力 升 高,、,凝结水过冷 度,和,含 氧 量 增 大,。因 此，应 设 法 减 小 汽 阻。,抽 气 口 位 置 不 同，凝 汽 器 中 汽 流 流 动 方 向 就 不 一 样，凝 汽 器 结 构 型 式 也 不 相 同。常 见 有 如,下,四 种，即,汽 流 向 下 式、汽 流 向 上 式、汽 流 向 心 式、汽 流 向 侧 式,四 种。这 些 多 用 于 中 小 型 汽 轮 机 组。,10,第10页,第三节 蒸汽在凝汽器内凝结过程,一、凝汽器内压力确实定,当 蒸 汽 处 于 饱 和 状 态 时，其 压 力 与 温 度 是 一 一 对 应 。所 以，凝 汽 器 内 压 力 取 决 于 蒸 汽 凝 结 温 度。为 了 求 得 凝 汽 器 内 压 力 ，就 得 先 求 出 排 汽 温 度 。排 汽 温 度 高 低 取 决 于 冷 却 水,进 口 温 度、冷 却 水 温 升,和,传 热 端 差,。,凝 汽 器 内 压 力 可 根 据 相 应 饱 和 温 度 求 得，而 排 汽 温 度 可 表 示 为：,=+（5-1）,其 中，-冷 却 水 进 口 温 度；,-冷 却 水 温 升；,-传 热 端 差。,只要求得了温度 之 值，就能够,从水蒸汽表,中查得相对应压力 。,11,第11页,（一）冷却水进口温度,冷 却 水 进 口 温 度 取 决 于 电 厂 所 在,地 理 位 置、季 节,和,供 水 方 式,。电 厂 供 水 方 式 有,直 流 供 水 方 式,和,循 环 供 水 方 式,两 种。,在,直 流 供 水 系 统,中，电 厂 从 河 流 上 游 取 水，冷 却 水 流 经 汽 轮 机 凝 汽 器、冷 油 器 和 有 关 冷 却 器 之 后，排 入 河 流 下 游。,采 用,循 环 供 水 方 式,时，冷 却 水 则 沿 着 联 结 凝 汽 器 等 有 关 装 置 回 路 循 环 流 动，取 自 水 源 水 只 作 为 损 失 补 充 水，故 采 用 循 环 供 水 方 式 可 以 节 约 大 量 水。,直 流 供 水 系 统 比 较 简 单，投 资 少，运 行 费 用 低。我 国 南 方 电 厂，一 般 都 建 在,沿 江、沿 河、沿 海 岸,或 者 沿 大,水 库,。而,北 方,电 厂，由 于 水 源 不 足，多 采 用,循 环 供 水 方 式。,12,第12页,（二）冷却水温升,1、,冷 却 水 温 升,可 根 据 凝 汽 器,热 平 衡 方 程 式,求 出：,从 而，,上 二 式 中，-进 入 凝 汽 器 凝 汽 量（kg/h)；,-进 入 凝 汽 器 冷 却 水 量（kg/h)；,-排 汽 焓 值 和 凝 结 水 焓 值（kJ/kg)；,-冷 却 水 进 出 口 焓 值(kJ/kg)。,13,第13页,2、冷 却 倍 率,m =/称 为 冷 却 倍 率（或 循 环 倍 率），它 表 示 凝 结 单 位 蒸 汽 汽 量 所 需 要 冷 却 水 量。m 值 越 大，则 冷 却 水 温 升 越 小，凝 汽 器 内 压 力 越 低，会 使 整 机 理 想 焓 降 增 加，从 而 可 以 提 高 电 厂 热 效 率。但 是，m 大 则 冷 却 水 量 大，冷 却 水 泵 功 率 大。故 m 值 大 小 要 通 过 经 济 技 术 对 比 后 确 定。一 般，对 于 单 流 程 凝 汽 器，m =80 120 范 围 之 内；对 于 双 流 程 凝 汽 器，m =6070 范 围 之 内。,每1kg蒸汽在凝结时所放出,潜热,，约2200kJ/kg，改变很小，这么，上式可写为：,14,第14页,3、凝汽器最有利真空和极限真空,：,（1）,凝汽器最有利真空,：,凝汽器进汽量是由外界负荷决定，而冷却水温升是有依靠调整冷却水量来控制。冷却水量增加，可降低冷却水温升，降低汽轮机排汽压力，增大理想焓降，提升经济性。不过水泵功率要增大。这里有一个最正确冷却水量，即冷却水量增大，使汽轮机功率增加所得到收益大于水泵功率增大，净收益最大。这时候真空称为凝汽器最有利真空。,（2）凝汽器极限真空,：,若真空深入增高，使末级叶片斜切部分到达膨胀极限时真空称为凝汽器极限真空。这时候余速损失增加。,（三）传热端差,传热端差 和 冷 却 面 积、传 热 量 及 传 热 系 数 有 关 系。设 计 时，一 般 取 =3 10 。对 于 单 流 程 凝 汽 器，取 =(7 9 )，对 于 多 流 程 凝 汽 器，取 =(4.5 6.5)。,15,第15页,二、,进入凝汽器空气量和空气分压,1.空气量：,（1）空气起源,：新蒸汽带入；汽轮机装置密封不严；负荷降低时真空前移，,扩大漏汽范围；,（2）设计漏汽量预计,（经验公式）：要准确确定空气漏入量是有困难，通,惯用下面经验公式进 估 计：,其 中，-漏 入 空 气 量(kg/h)；,-凝 汽 器 设 计 进 汽 量(t/h)；,-严 密 系 数，一 般 取 =5。,上 式 也 可 以 用 于 检 查 凝 汽 设 备 严 密 程 度。这 时，为 抽 汽 口 测 得 被 抽 出 空 气 量。为 评 定 严 密 等 级 系 数：=1 为 优，=2 为 良 好，=3 为 中 等。,16,第16页,2.蒸汽与空气分压：,因为空气漏入，凝汽器内,总压力,为,蒸汽分压,和,空气分压,之 和：,=+,其 中，,其中，x为蒸汽,干度,。实际上，在凝汽器中大部分区域，蒸汽占绝大多数，空气含量很小。在正常情况下，这 样，,当 有 99%蒸 汽 凝 结，即 x=0.01，这么，由上式可得 =0.99382 。即 蒸汽分压 靠近于总压力。绝大部分蒸汽在压力饱和温度 下 凝 结。,空 气 对 蒸 汽 凝 结 影 响，只 是 在 沿 流 程 末 尾 区 段,（空 气 冷 却 区）才 明 显。,17,第17页,三、空气漏入对凝汽器工作影响,因为空气漏入，对凝汽器工作是有,影响,：,1，空气漏入会使,传热效果变差,，传热端差增大。结果会,使排汽压力升高，降低了机组经济性；,2，空气漏入，增加了凝结水中空气溶解度，对汽轮机,装置和管道系统金属产生,腐蚀,，影响机组安全性；,3，空气漏入，会使空气分压增大，,使凝结水过冷度增,加,，影响了机组经济性。,18,第18页,第四节 抽气器,1，抽气器作用,抽 气 器 作 用 是 将 漏 入 凝 汽 器 内 空 气 不 断 地 抽 出，以 维 持 凝 汽 器 内 高 度 真 空。故 抽 气 器 工 作 好 坏 对 凝 汽 器 工 作 影 响 很 大。任 何 一 种 抽 汽 器，不 论 其 结 构 和 工 作 原 理 如 何，都 是 一 种 压 气 器，它 将 汽 气 混 合 物 从 凝 汽 器 抽 气 口 压 力 压 缩 到 高 于 大 气 压 出 口 压 力。,2，抽气器型式,抽 气 器 型 式 有,机 械 式,和,喷 射 式,两 种。喷 射 式 抽 气 器 结 构 简 单、工 作 可 靠、制 造 成 本 低、维 护 方 便、建 立 真 空 快。常 用 喷 射 式 抽 气 器 有,射 汽 抽 气 器,和,射 水 抽 气 器,两 种，工 作 原 理 相 同 工 质 不 同。前 者 用 蒸 汽 作 工 质，后 者 用 水 作 工 质。,19,第19页,一、射 汽 抽 气 器,1.开启抽气器结构和工作原理,：,启 动 抽 气 器 作 用 是 在 汽 轮 机 启 动 前 给 凝 汽 器 建 立 真 空，以 缩 短 机 组 启 动 时 间。下列图 为 启 动 抽 气 器 示 意 图，它 主 要 由,工 作 喷 嘴 A,、,混 合 室 B,和,扩 压 管 C,所 组 成。工 质 是 新 蒸 汽，新 蒸 汽 进 入 工 作 喷 嘴 A，在 喷 嘴 A 膨 胀 加速 造 成 一 个 远 高 于 音 速,高 速 汽 流,射 入 混 合 室。高 速 汽 流 有,很 强 空 吸 作 用,，从 而 将 从 抽 气 口 来 汽 气 混 合 汽 流 带 走，并 进 入 扩 压 管 C。混 合 汽 流 在 扩 压 管 C 中 不 断 扩 压，直 到 压 力 稍 大 于 大 气 压 力 后 排 入 大 气。,启 动 抽 气 器 功 率 大 建 立 真 空 快，但 工 质 和 工 质 热 量 不 能 回 收，,有 经 济 损 失,。故 它 只,作 为 启 动 时 用。一 旦 汽,轮 机 正 常 工 作 以 后，主,抽 气 器 便 投 入 工 作，启,动 抽 气 器 停 止 工 作。,20,第20页,2.主 抽 气 器,主抽气器作用,：,是在汽轮机正常工作时使用，以维持凝汽器高度真空,。主抽气器普通都采取带中间冷却器多级型式。其目标在于能够得到更高真空度，同时也能够,回收工质,和,热量,，提升经济性。图5-9为两级射汽抽气器工作原理图。凝汽器内汽气混合物由第一级抽气器抽出，并压缩到某一中间压力（低于大气压力），然后进入中间冷却器2。在中间冷却器2中，混合物中部分蒸汽被凝结成水，而未凝结,汽气混合物又被第二级抽走。在第二级,抽气器中，汽气混合物被压缩到略高于,大气压力，再经第二级冷却器4深入,凝结并回收工质和热量。最终空气,和少 量未凝结蒸汽一起排入大气。,21,第21页,（二）射 水 抽 气 器,射水抽气器,工作原理,：射水抽气器工作原理同射汽抽气器相同，如图5-12所表示。它主要由,工作水进口1,、,喷嘴2,、,混合室5,、,扩压管7,和,逆止阀6,等部件所组成。压力水由,射水泵,供给，经喷嘴形成,高速射流,射出，从而将凝汽器中汽气混合物抽出。,射水抽气器,不消耗新蒸汽,，运行费用较射汽抽气器低。系统简单、运行可靠、维护方便。但,需 要 另 外 安 装 射 水 泵,。现 代 大 型 汽 轮 机 都 采 用 射 水 抽 气 器。国 产 200 MW 汽 轮 机 就 是 采 用 射 水 抽 气 器 作 为 主 抽 汽 器。中 小 型 汽 轮 机 多 采 用 射 汽 抽 气 器 作 为 主 抽 汽 器。,22,第22页,（三）水 环 式 真 空 泵,国产300MW和600MW汽轮机组抽气装置都是采取水环式真空泵。其主要部件有,叶轮,和,壳体,。壳体内形成一个,圆柱体空间,，叶轮,偏心地安装,在壳体内。在壳体上开有,吸气口,和,出气口,，实施轴向吸气和排气。叶轮带有前弯叶片，偏心地安装在充有适量工作水（密封水）椭圆形泵体内。当叶轮旋转时，因为离心力作用，水向周围运动，形成一个,运动着圆环,（密封水环）。因为偏心地安装，水环内表面也就与叶轮偏心，叶轮轮毂与水环间形成一个月形空间。,叶轮每转一周，每两个,相邻叶片与水环间所形成空间由小到大，,又由大到小地周期性改变,。当空间处于由小,到大改变时，该空间产生真空，由进气口吸,入气体。当空间处于由大到小改变时，该空,间产生压力，吸入气体被压缩并经排气口,排出。这么，当叶轮连续运转时，就不停地,重复上述过程，起到一个连续抽气作用。,23,第23页,作业与思索题,1，画出最简单凝汽系统图，其主要设备及其作用。,2，凝汽器内压力怎样确定？影响凝汽器内真空原因有哪些？,3，什么是凝汽器最有利真空和极限真空？,24,第24页,