工作原理
凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪機(jī)裝置的重要組成部分之一，它的工作情況直接影響到整個(gè)裝置的熱經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性。凝汽設(shè)備在汽輪機(jī)裝置的熱力循環(huán)中起著冷源作用。降低汽輪機(jī)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(jī)組運(yùn)行不當(dāng)使排汽壓力比正常值升高1%，Δηt∕ηt將降低1%以上；若使排汽溫度下降5℃，則Δηt∕ηt將升高1%以上。這對于大型機(jī)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。
1.凝結(jié)水泵 2.抽汽設(shè)備 3.汽輪機(jī) 4.凝汽器 5.循環(huán)水泵
最簡單的凝汽設(shè)備示意圖如上圖所示。汽輪機(jī)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(shí)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。
凝汽設(shè)備的最主要的作用有兩方面：
一是在汽輪機(jī)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(yùn)行中，為防止鍋爐及汽輪機(jī)通流部分結(jié)垢、腐蝕，對給水品質(zhì)的要求非常嚴(yán)格。如果給水全用化學(xué)處理水的話，則大容量機(jī)組的設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用將會(huì)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(yán)格保證其水質(zhì)。此外，凝汽設(shè)備還是凝結(jié)水和補(bǔ)給水去除氧器之前的先期除氧設(shè)備；并接受機(jī)組啟停和正常運(yùn)行中的疏水和甩負(fù)荷過程中旁路排汽，以回收熱量和減少循環(huán)工質(zhì)損失。
凝汽器中真空的形成主要原因是由于汽輪機(jī)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(shí)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(gè)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。
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(yán)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(shí)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(jī)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(biāo)。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(shí)際上凝汽器殼側(cè)各處壓力并不相等。
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(jì)，故起決定作用的還是蒸汽，因此，可以很準(zhǔn)確地認(rèn)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(jìn)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(jìn)入凝汽器內(nèi)的蒸汽隔著冷卻水管首先與出口冷卻水進(jìn)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δt，則汽輪機(jī)排入凝汽器的蒸汽飽和溫度可由下式確定：
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
ts＝tww1＋Δt＋δt
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(jìn)口溫度，℃；
Δt——循環(huán)冷卻水出、進(jìn)口溫差
δt——汽輪機(jī)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(jìn)口溫度tw1、冷卻水溫升Δt和端差δt。
關(guān)于凝汽器壓力（真空度），還有三個(gè)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(yùn)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(gè)極限。這個(gè)真空的極限由汽輪機(jī)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(dá)到膨脹極限時(shí)，如果繼續(xù)提高真空，不可能得到經(jīng)濟(jì)上的效益，反而會(huì)降低經(jīng)濟(jì)效益。簡單地說，當(dāng)蒸汽在末級葉片中的膨脹達(dá)到極限時(shí)，所對應(yīng)的真空稱為極限真空，也有的稱之為臨界真空。
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(shí)，提高真空使蒸汽在汽輪機(jī)中的可用焓降增大，就會(huì)相應(yīng)增加發(fā)電機(jī)的輸出功率。但是在提高真空的同時(shí)，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(jī)功率增加與循環(huán)水泵多耗功率的差數(shù)為最大時(shí)的真空值稱為凝汽器的最有利真空（即最經(jīng)濟(jì)真空）。
影響凝汽器最有利真空的主要因素是：
進(jìn)入凝汽器的蒸汽流量、汽輪機(jī)排汽壓力、冷卻水的進(jìn)口溫度、循環(huán)水量（或是循環(huán)水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)）、汽輪機(jī)的出力變化及循環(huán)水泵的耗電量變化等。
一般汽輪機(jī)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(jī)組在設(shè)計(jì)工況、額定功率、設(shè)計(jì)冷卻水溫時(shí)的真空。這個(gè)數(shù)值并不是機(jī)組的極限真空值。
2.凝汽器的熱負(fù)荷:
凝汽器熱負(fù)荷是指單位時(shí)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(fù)荷是指單位時(shí)間內(nèi)單位面積所冷凝的蒸汽量，即進(jìn)入凝汽器的蒸汽流量與冷卻面積的比值。
3.冷卻水進(jìn)口溫度tw1：
冷卻水溫度越低，凝汽器壓力越低，對汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行越有利。但是冷卻水的進(jìn)口溫度不取決于凝汽器的運(yùn)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。
4.冷卻水溫升Δt：
冷卻水溫升是凝汽器冷卻水出口溫度與進(jìn)口溫度的差值，溫升是凝汽器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)，溫升可監(jiān)視凝汽器冷卻水量是否滿足汽輪機(jī)排汽冷卻之用，因?yàn)樵谝欢ǖ恼羝髁肯掠幸欢ǖ臏厣?。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(yán)重。
5.凝汽器循環(huán)倍率m：
凝汽器冷卻水的流量Dw與進(jìn)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(jī)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。
6.凝汽器端差δt：
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δt 的計(jì)算方法。影響端差δt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δt就要增大凝汽器冷卻面積Aco，因而使凝汽器造價(jià)提高。所以在設(shè)計(jì)時(shí)δt不宜選的過小，一般δt =3～5℃。
對一定的凝汽器，端差的大小與凝汽器冷卻水進(jìn)口溫度、凝汽器單位面積蒸汽負(fù)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(gè)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(fù)荷下就有一定的端差值指標(biāo)，一般端差值指標(biāo)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(fù)荷愈大，端差愈大，反之亦然。實(shí)際運(yùn)行中，若端差值比端差指標(biāo)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。
端差δt與負(fù)荷率Dco/Aco及tw1的關(guān)系
7.凝結(jié)水過冷度Δts：
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Δts。
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(jī)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(shí)，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。
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(yùn)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(shí)凝結(jié)水質(zhì)嚴(yán)重惡化，如硬度超標(biāo)等）；
（5）凝汽器冷卻水量過多或水溫過低。
凝結(jié)水過冷卻會(huì)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(jì)性，因?yàn)槟Y(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(jì)性降低1％
凝汽器內(nèi)蒸汽的壓力Pco 隨排汽量Dco、冷卻水DW，冷卻水進(jìn)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(gè)以上的汽輪機(jī)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(jī)組有兩個(gè)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(gè)汽室，冷卻水串行流過各汽室。各汽室進(jìn)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。
1.多壓凝汽器的平均折合壓力的計(jì)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。
2.多壓凝汽器的特點(diǎn)：
（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(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。在汽輪機(jī)功率相同時(shí)，可減少冷卻面積和冷卻水量。
（2）多壓凝汽器可將低壓凝結(jié)水引入高壓側(cè)加熱，以提高凝結(jié)水溫，減小低壓加熱器的抽氣量，減小發(fā)電熱耗率。
多壓凝汽器凝結(jié)水的回?zé)岱椒?/span>
一種方法是將低壓凝結(jié)水用泵打至高壓汽室內(nèi)特制噴嘴中，使水霧化，充分與高壓汽室蒸汽接觸而被加熱。
另一種方法是將低壓凝結(jié)水水位提高，從而克服兩汽室的壓差，依靠重力作用使低壓凝結(jié)水自流到高壓側(cè)的底盤上，再由底盤下的許多小孔流出被蒸汽加熱。
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