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文檔簡介

1、華中科技大學文華學院畢業設計華中科技大學文華學院畢業設計N600-16.67/537/537沖動式汽輪機回熱系統熱經濟性評價、凝汽器熱力設計2012 年 5月 20日目 錄摘要.3Abstract.41.前言.5 1.1研究背景. .5 1.2本文主要內容.5 1.3山東鄒縣發電廠600MW汽輪機簡介.62. 600MW汽輪機回熱系統熱平衡計算.7 2.1回熱系統簡述及其熱經濟性.7 2.2計算的目的及理論基礎.9 2.3計算的方法及步驟.10 2.4根據已知條件進行熱力計算.103.凝汽器簡介及課題介紹.22 3.1凝汽器的作用.22 3.2凝汽器的結構特點.22 3.3 凝汽器真空低的原因

2、.24 3.4 影響凝氣設備運行的主要因素.244.凝汽器的熱力設計.25 4.1.理論基礎及重要參數的選擇. 25 4.2.凝汽器的熱力計算. 27結論. 30參考文獻. 31致謝. 32附錄一 凝結水給水系統圖. 33附錄二 凝汽器熱力計算程序. 34附錄三 600MW機組系統結構性示意圖. 35N600-16.67/537/537沖動式汽輪機回熱系統熱經濟性評價、凝汽器熱力設計摘要研究對象,對其回熱系統進行熱平衡計算,功率校核及凝汽器的熱力設計。目前,各發電廠采用了回熱抽汽來加熱鍋爐給水,其優點是:提高吸熱的平均溫度,減少工質吸熱量,降低了鍋爐熱負荷,可以減少受熱面,節省材料。減少進入冷

3、凝器的乏汽量,可減少換熱面積,節省材料。然而采用抽氣回熱,設備系統就更復雜了,投資就增大了。但總的來說利大于弊。另一方面,凝汽設備運行的好壞關鍵在于能否保證達到最有利的真空、并且有較小的凝結水過冷度以及提供合格的凝結水品質研究表明,凝氣設備運行對汽輪機組的運行安全性和經濟性有很大影響。所以凝氣設備及回熱系統的優化運行具有十分重要的意義。關鍵詞 :汽輪機;600MW機組;回熱系統;凝汽器設計N600-16.67/537/537impulse turbine regenerative system thermal economic evaluation, condenser thermodynam

4、ic designAbstractIn this paper, Shandong Zou County Power Plant 600MW units for the study of its heat recovery system heat balance calculation, checking and condenser thermal power design. Currently, power plants using regenerative extraction steam to heat boiler feed water, the advantages are: rais

5、e the average temperature of heat absorption and reduce the heat absorption refrigerant, reducing the boiler heat load, can reduce the heating surface, material savings. reduce the amount of exhaust steam into the condenser, can reduce the heat transfer area, to save material. However, using the exh

6、aust heat recovery equipment is more complicated systems, the investment would increase. But overall more good than harm. On the other hand, steam equipment, key to running good or bad can guarantee to achieve the most beneficial to the vacuum, and have a smaller degree of condensation of water cool

7、ing and condensation of water quality to provide qualified. Studies have shown that condensable equipment running on the safe operation of gas turbine and economy greatly. So condensable equipment and optimal operation of heat recovery system is of great significance.Keywords: Turbine ; 600MW ;Regen

8、erative system; Condenser design1 前言1.1.研究背景節約能源是我國的一項基本國策。火電廠是消耗一次能源的大戶,在當前電力需求大而能源供應緊張的情況下,作為發電單位,其任務已不再是簡單地完成年度發電任務指標,而是要致力于提供優質、低耗的電能,以滿足社會的需要,這就要求發電廠對自身機組的性能有全面的了解,提高機組效率,降低能源消耗,以最少的投入獲得最大的效益。電廠的熱力系統中,為減少循環的冷源損失,設法從汽輪機的某些中間級引出部分做過功的蒸汽,用來加熱鍋爐的給水,減少了排汽在凝汽器中的熱損失,使蒸汽的熱量得到了充分的利用,提高了整個循環的熱效率。給水回熱加熱系統

9、是火力發電廠熱力系統中的主要系統之一,它對全廠的安全經濟運行影響很大。電廠回熱系統中的熱交換設備主要是給水加熱器和除氧器,利用汽輪機不同段位抽出的蒸汽對主凝結水和給水進行加熱和除氧,最終達到鍋爐所要求的給水溫度和品質。給水溫度的提高,一方面使循環的熱經濟性得到提高,使得燃料消耗量相對節省;另一方面,卻使鍋爐排煙溫度升高并增加系統的投資。通過技術經濟比較得到的給水溫度為最佳給水溫度,但長期以來,給水溫度低于最佳給水溫度,而高壓加熱器投入率不高是給水溫度偏低的主要原因。經過對高加停運情況分析得出高加頻繁停運的主要原因有:一是高加疏水管道及彎頭經長期沖刷,經常泄漏;二是高加鋼管頻繁內漏。因此,對高壓

10、加熱器進行優化設計,提高高壓加熱器的投入率,有利于提高循環的熱經濟性。1.2.本文的主要內容本文以我國山東鄒縣發電廠600MW汽輪機給水回熱系統以及高壓加熱器為研究對象,研究方向就是要保證機組的額定功率的條件下,確定各級回熱抽汽量的分配,熱經濟性及高壓加熱器的技術參數的選擇,最大限度地提高機組效率。本文共分兩大部分,第一部分進行回熱系統的熱平衡計算;第二部分進行凝汽器的熱力設計。第一部分熱經濟性計算分析常采用的方法主要分為兩類:從能量的數量角度分析的“熱力學第一定律分析法"和從能量的質量角度分析的“熱力學第二定律分析法”。第一定律分析法主要有熱平衡法、循環函數法、等效熱降法、矩陣法、

11、偏微分理論的應用;第二定律分析法主要是熱經濟學法。本文從常規回熱系統加熱器熱平衡計算方法出發,熱平衡法是最原始、最基本的方法,屬于定流量法,即計算時必須已知加熱器內水流量或者將其假設為lkg,其中心是求解各級回熱抽汽量。由于計算時必須從高壓加熱器開始向低壓加熱器逐級求解,又被稱為“串聯解法”。熱平衡法是發電廠設計、熱力系統分析、汽輪機設計最基本的方法,也是分析熱力系統的基礎,至今仍在廣泛應用。第二部分以給水回熱系統高壓加熱器為研究對象,結合以前大容量機組高壓加熱器設計、運行中存在高故障率問題,從高壓加熱器的安全、經濟性出發,研究回熱循環系統主要參數的選擇原則和熱力計算特點,探討高壓加熱器設計結

12、構、設計特點及其優化。通過我國山東鄒縣發電廠600MW汽輪機高壓加熱器運行中汽側水位存在的缺陷進行試驗調整原因分析,提出并現場進行水位測量系統的改造、完善和最佳水位調整:同時研究分析高壓加熱器切除對機組安全經濟性的影響。 1.3.山東鄒縣發電廠600MW汽輪機組簡介該機組是由東方汽輪機廠和日本日立公司合作生產制造的亞臨界壓力、一次中間再熱、沖動式、三缸四排汽機組。該機組由一個高、中壓合缸和二個雙流程低壓缸構成。高、中壓缸是具有中分面的雙層缸結構,汽缸的上、下半為整體鑄件;低壓缸分為分流式三層焊接結構,分上、下半4塊構成,可整體組裝、分塊運輸。汽輪發電機組軸系由汽輪機的1根高、中壓轉子、2根低壓

13、轉子和1根發電機轉子共4根轉子組成。各轉子通過與轉子鍛成一體的剛性聯軸器相連接。每根轉子由兩個軸承支持。汽輪發電機組軸系的推力軸承之于2號軸承座內。盤車裝置位于低壓轉子與發電機轉子的連接處。主蒸汽經位于高、中壓缸下部的2個主汽閥和4個調節氣閥進入汽輪機高、中壓缸的高壓部分。蒸汽在高壓缸中,經1個單列調節級和6個沖動式壓力級后,由汽輪機車頭側排入冷段再熱管,送至再熱器。再熱后的蒸汽,由熱段再熱管經過位于高、中壓缸中部兩側的中壓主汽/調節聯合氣閥進入高、中壓缸的中壓部分。經單流程5個沖動式壓力級之后,中壓缸的排汽從其后端上部的排汽口排出,經中、低壓缸蒸汽聯通管,分別從低壓缸中部進入雙流程2X7級的

14、低壓缸(A)(B),然后排入低壓凝汽器(A)和高壓凝汽器(B)。 2 600MW汽輪機回熱系統熱平衡計算2.1.回熱系統簡述及其熱經濟性.2.1.1給水回熱系統簡述 給水回熱系統是火力發電機組的重要組成部分,屬于循環經濟。其能否正常工作將直接影響機組的安全性和經濟性。給水回熱加熱是指在汽輪機某些中間級抽出部分蒸汽,送入回熱加熱器對鍋爐給水進行加熱的過程;與之相應的熱力循環叫回熱循環。目的是減少冷源熱損失,提高電廠的熱經濟性。給水回熱加熱系統意義在于采用給水回熱以后,一方面,回熱使汽輪機進入凝汽器的蒸汽量減少了。由熱量法可知,汽輪機冷源損失降低了;另一方面,回熱提高了鍋爐的給水溫度,使工質在鍋爐

15、內的平均吸熱溫度提高,使鍋爐的傳熱溫差降低。同時,汽輪機抽汽加熱給水的傳熱溫差比水在鍋爐中利用煙氣所進行加熱時的溫差小得多,因而由熵分析法可知,做功能力損失減少了。2.1.2給水回熱加熱的熱經濟性給水回熱加熱的熱經濟性主要是以回熱循環汽輪機絕對內效率來衡量。在其他條件相同的情況下,采用給水回熱加熱,可以是汽輪機組的絕對內效率提高,且回熱抽汽動力系數愈大,絕對內效率愈高。對于多級回熱循環,壓力較低的回熱抽汽做功大于壓力較高的回熱抽汽做功大于壓力較高的回熱抽汽做功。因此,盡可能利用低壓回熱抽汽,將會獲得更好的效益。所以,在蒸汽初、終參數相同的情況下,采用回熱循環的機組熱經濟性比朗肯循環機組熱經濟性

16、有顯著提高。2.1.3影響回熱過程的熱經濟性的因素 在采用回熱循環的發電廠,影響回熱過程熱經濟性的主要因素有:多級回熱給水總焓升(溫升)在各加熱器間的加熱分配;鍋爐最佳給水溫度;回熱加熱級數z。三者緊密聯系, 互有影響。(1)多級回熱給水總焓升(溫升)在各加熱器間的加熱分配 在汽輪機回熱系統中,各個加熱器給水焓升大小對回熱系統運行經濟性產生很大的影響。因此,在汽輪機熱力系統設計過程中,加熱器給水焓升的選擇一直是設計和運行部門普遍重視的一個問題。目前,加熱器給水焓升分配方法主要有:平均分配、等焓降分配、幾何級數分配、等效熱降法以及循環函數法等,這些方法由于各自的假定條件不同,所得到的結果也不相同

17、,實際應用中尚沒有一種人們普遍公認的加熱器焓升分配方法。 同一回熱系統中,每個加熱器的焓升分配差別較大,各機組焓升分配并沒有恪守某種規律,而是以系統最高的經濟效率為目標分配的。工程上一般采用了最簡單的平均分配法,平均分配法是各級加熱器內水焓升相等的最佳回熱分配法,但還必須考慮到汽輪機本身的結構特點。現有的幾種比較成熟的加熱器給水焓升分配方法,均是在理想回熱循環的基礎上得到的,即假定全部為混合式加熱器、加熱器端差為零、不計新蒸汽、抽汽壓損和給水泵耗功、忽略加熱器的散熱損失。同時也不考慮中間再熱及汽輪機軸封漏汽。則得到理想回熱循環絕對內效率為: 式中,為汽輪機凝汽份額, 為單位質量排汽在表示單位質

18、量排氣在凝汽器中的放熱量,、為抽汽在各加熱器中的放熱量, 為主蒸汽比焓,、分別分別表示單位質量給水或凝結水在各級加熱器中的焓升,kJkg。 使為最大的回熱分配為最佳回熱分配,即按照下列條件對求極值: ,(2)最佳給水溫度 回熱循環汽輪機的絕對內效率為最大值時對應的給水溫度稱為熱力學上的最佳給水溫度。隨著給水溫度的的提高,一方面,與之對應的回熱抽汽壓力隨之增加。這樣,抽汽在汽輪機中做功減少,做功不足系數增加。另一方面,隨著給水溫度的提高,工質在鍋爐中的吸熱量將會減少,汽輪機熱耗率以及絕對電耗率也會受雙重影響,反之亦然。因此,理論上存在著最佳給水溫度。單級回熱汽輪機的絕對內效率達到最大值時回熱的給

19、水溫度為=(其中為新蒸汽壓力下的飽和水溫度,為凝汽器壓力下的飽和水溫度),此溫度為回熱的最佳給水溫度。多級抽汽回熱循環的最佳給水溫度與回熱級數、回熱加熱在各級之間的分配有關。經濟上的最佳給水溫度與整個裝置的綜合技術經濟性有關。給水溫度的提高,將使鍋爐設備投資增加,或使鍋爐排煙溫度升高從而降低了鍋爐效率。因此,經濟上最有利的給水溫度的確定,應在保證系統簡單、工作可靠、回熱的收益足以補償和超過設備費用的增加時,才是合理的。實際給水溫度要低于理論上的最佳值,通常可以取為。(3)給水回熱加熱級數當給水溫度一定時,隨著回熱級數z的增加冷源損失將減小,汽輪機絕對內效率將增加。由熱量法可知,隨著回熱級數的增

20、加,能更充分地利用較低壓抽汽,從而使回熱抽汽做功增加,因此,回熱循環的效率也提高了。當給水溫度一定時,回熱加熱的級數z越多,循環熱效率越高。在選擇回熱加熱級數時,應該考慮到每增加一級加熱器就要增加設備投資費用,所增加的費用應當從節約燃料的收益中得到補償。同時還要盡量避免發電廠的熱力系統過于復雜,以保證運行的可靠性。因此,小機組一般1-3級,大機組7-9級。目前,600MW機組都是采用三高四低一除氧外加軸封抽汽。高壓加熱器均設置蒸汽冷卻段和疏水冷卻段,低壓加熱器設置疏水冷卻段,以提高經濟效益。哈爾濱第三電廠600MW機組采用的是八級回熱抽汽。2.2.計算的目的及理論基礎此次熱平衡計算的目的就是要

21、確定汽輪機在某一工況下的熱經濟型指標和各部分汽水流量;根據以上的計算結果選擇有關輔助設備和汽水管道;確定某些工況下汽輪機功率或新汽耗量。要對回熱系統進行熱平衡計算,必須一致計算工況下機組的類型,容量,參數,回熱參數,再熱參數及回熱系統的連接方式,機組的相對內效率,機械效率,發電效率等,看懂發電廠原則性熱力系統圖。 具體的計算必須掌握的理論基礎是以下三個基本公式:(1) 加熱平衡式 吸熱量=放熱量或流入熱量=流出熱量(2) 汽輪機物質平衡式D=D-或-(3) 汽輪機的功率方程式 3600Pe=W=Dw其中 W=Dh+Dq-Dh w=h+q-h2.3.計算的方法和步驟(1)整理原始資料,根據給定的

22、已知參數,查表或圖完善相關數據列出參數表。(2)回熱抽汽計算 對凝氣式機組按高到底進行回熱抽汽量D或抽汽系數的計算。(3)物質平衡式計算由物質平衡式可計算出凝汽流量D或凝氣系數的計算 (4)計算結果校核利用物質平衡式或汽輪機功率方程式進行校核,誤差范圍在1%-2%即可。(5)熱經濟性指標的計算2.4.根據已知條件進行熱力計算設計題目:600MW汽輪機熱力設計 此設計題目為模仿我國山東鄒縣發電廠600MW汽輪機(我國東方汽輪機廠和日本日立公司合作生產),進行熱力平衡計算、凝汽器熱力設計。 給定條件:型號:N600-16.67/537/537汽輪機(沖動式) 全名:亞臨界壓力、一次中間再熱、單軸、

23、沖動式、三缸四排汽汽輪機主要技術參數: 額度功率:600MW 冷卻水溫度:20 排汽壓力:4.3/5.6 kPa 給水溫度:271.5 工作轉速:3000r/min; 控制系統:DEH 通流級數:40 級 高壓部分:(1調節級+6沖動級) 中壓部分: 5 級 低壓部分: (2×7) +(2×7)一、高壓缸:(1調節級+6 沖動級) 主蒸汽壓力: =16.67 MPa 主蒸汽溫度: =538 主蒸汽初焓值: =3396.5 kJ/kg 主蒸汽流量: =1810 t/h 高壓缸排汽壓力: = 3.96 MPa 高壓缸排汽溫度: =331.5 高壓缸排汽焓值: =3053.7 k

24、J/kg 高壓缸排汽流量: =1576.3 t/h(去中壓缸部分)二、中壓缸: 2×9 級 再熱蒸汽壓力: =3.61MPa 再熱蒸汽溫度:=538 再熱蒸汽初焓值: =3534.6 kJ/kg 再熱蒸汽流量: =1517.4 t/h 中壓缸排汽壓力: =1.147 MPa 中壓缸排汽溫度: =374.0 中壓缸排汽焓值: =3202.2 kJ/kg 中壓缸排汽流量: =1380 t/h(去低壓缸部分)三、低壓缸: (2×7) +(2×7) 級 進汽壓力: =1.147 MPa 進汽溫度: =374.0 進汽初焓值: =3202.2kJ/kg 進汽流量: =138

25、0 t/h 低壓缸排汽壓力: =0.0049 MPa 低壓缸排汽焓值: =2598 kJ/kg 低壓缸排汽流量: =1100.54 t/h(去凝汽器)四、回熱系統: 共8段抽汽分別在 第一段抽汽于高壓缸第5級后(對8號高壓加熱器) 第二段抽汽于高壓缸排汽(即高壓缸第七級,對7號高壓加熱器) 第三段抽汽于中壓缸第3級后(對6號高壓加熱器) 第四段抽汽于中壓缸排汽(用于除氧器、小汽輪機) 第五、六、七、八段抽汽于低壓缸A/B第1、3、4、5級后(分別對4、3、2、1號高壓加熱器) 熱力系統圖(下頁)1.計算回熱抽氣系數與凝氣系數采用相對量方法進行計算。(1)8號高壓加熱器(H)由H的熱平衡式求aH

26、的疏水系數(2)7號高壓加熱器(H) =0.088917+0.058558 =0.147475 再熱蒸汽系數 = 1-0.058558-0.088917 = 0.852525(3)6號高壓加熱器(H)由H的熱平衡式得 H的疏水系數(4)除氧器HD第5段抽氣a由除氧器加熱蒸汽a和汽動給水泵用汽a兩部分組成,即由除氧器的物質平衡可知除氧器的進水系數a為由于除氧器的進出口水量不等,a是未知數。為避免在最終的熱平衡式中出現兩個未知數,可先不考慮加熱器的效率,寫出除氧器的熱平衡式:吸熱量=放熱量,即將的關系代入,整理成以進水焓為基準,并考慮的熱平衡式:吸熱量/=放熱量,可得 = =0.044959=1-

27、0.170022-0.044959=0.785019=0.044959+0.03181853=0.076777(5)4號低壓加熱器()直接由的熱平衡式可得 =0.052965H的疏水系數0.052965(6)3號低壓加熱器(H)同理,有 = =0.023818H的疏水系數 = 0.052965+0.023818= 0.076783(7)2低壓加熱器(H)= = 0.028535H的疏水系數 = 0.076783+0.028535 = 0.105318(8)1號低壓加熱器()與軸封加熱器(SG)為了計算方便,將與SG作為一個整體考慮,采用下圖所示的熱平衡范圍來列出物質平衡和熱平衡式。由熱井的物質

28、平衡式,可得根據吸熱量=放熱量,寫出熱平衡式將消去,并整理成以吸熱為基礎以進水焓為基準的熱平衡式,得 =0.04706(9)凝汽系數的計算與物質平衡校核由熱井的物質平衡計算 =0.785019-0.105318-0.00257129-0.04706-0.03181853=0.59825由汽輪機通流部分物質平衡來計算,以校核計算的準確性 =1-(0.058558+0.088917+0.022547+0.076777 +0.052965+0.023818+0.028535+0.04706+0.00257129)=0.59825 兩者計算結果相同,表明以上計算正確。2.新汽量計算及功率校核根據抽汽做

29、功不足多好新汽的公式來計算(1) 計算 凝氣的比內功為=3396.5+480.9-2598 =1279.4(KJ/Kg) =1731.3145t/h(2)計算 各級抽汽做功不足系數如下:(t/h)(=)=0.058558=3144.287=184.123=0.80286=0.04701=124.7203=0.088917=3054.271=271.574=0.73250=0.06513=189.3808=0.022547=3333.111=75.151=0.57457=0.014656=48.02195=0.076777=3202.902=245.909=0.47280=0.03630=163

30、.5243=0.052965=3071.018=162.656=0.36971=0.01958=112.808=0.023818=2834.882=67.521=0.18575=0.00440=50.72901=0.028535=2724.351=77.739=0.09875=0.00281=60.77556=0.04706=2598.328=122.2773=0=0=100.2312=0.59825=2598=1554.2535-=1274.1920.001463137.58=4.60060.42175=0.00061=3.1230140.001103137.58=3.46670.42175

31、=0.00045=2.353282-=2769.2731-=0.187136=2129.86于是,抽汽做功不足汽耗增加系數為=1/ =則汽輪機新汽耗量為=1731.31451.2302=2129.86t/h(3)功率校核1Kg新汽比內功=3396.5+0.852525480.9-2769.2731=1037.206KJ/Kg據此,可得汽輪機發電機的功率為 =2129.861037.2060.990.985/3600 =598.3909298MW計算誤差=誤差較小,在工程允許范圍內,表示上述計算正確。3.熱經濟指標計算1Kg新汽的比熱耗 =3396.5+0.8517481-1189.5 =261

32、6.6677Kg/Kg汽輪機絕對內效率汽輪機發電機組絕對電效率=0.3963320.9850.99=38.6483%汽輪機發電機組熱好率q汽輪機發電機汽好率d 3 凝汽器簡介及課題介紹3.1凝汽器的作用 凝汽器的主要功能是在汽輪機的排汽部分建立低背壓,使蒸汽能最大限度地做功,然后冷卻下來變成凝結水,并予以回收。凝汽器的這種功能由真空抽氣系統和循環冷卻水系統給予配合和保證。真空抽氣系統的正常工作,將漏入凝汽器的氣體不斷抽出;循環冷卻水系統的正常工作,確保了進入凝汽器的蒸汽能夠及時地凝結變成凝結水,體積大大縮小(在0.0049MPa的條件下,單位質量的蒸汽與水的體積比約為2800),既能將水回收,

33、又保證了排汽部分的高真空。3.2凝汽器的結構特點凝汽器主要由殼體、管板、管束-中間管板等部件組成。管板將凝汽器殼體分割為蒸汽凝結區和循環冷卻水進出口水室;中間管板用于管束的支持和定位。凝汽器下部還設有收集凝結水的空間,成為熱井。凝結水匯集到熱井之后,由凝結水泵輸送到回熱加熱系統。凝汽器蒸汽凝結區的布置方式和循環冷卻水的流程布置方式,對凝汽器的結構、性能有很大的影響。目前大功率汽輪機組的凝汽器管束采用被稱為“教堂窗式”的布置方式。使用經驗證明,這種布置方式的換熱效果良好,氣流在管束中的穩定性也較好。下圖是這種管束布置方式。由1圖可以看出,在凝汽器的蒸汽進口處,管道形成的蒸汽通道較大,流速較低,因

34、而汽阻較小。隨著蒸汽不斷從橫向進入管束,氣道逐漸變窄,蒸汽量因沿途凝結而減少,但在其逐漸變窄的通道中仍能保持流速基本不變,這樣可以防止蒸汽滯止區域的存在,有利于后排管子的換熱效果。此外,這種汽道的布置方式使得蒸汽橫穿管子的排數較少從而減小汽液兩相流動的壓力降。由于管束布置的合理,凝結水下落時不斷沖擊下排管束的外表面,使管子外表面的層流層不斷受到破壞,始終不能增厚,從而改善傳熱效果。在凝汽器中,有一部分蒸汽直接從管束底部向上進入管束,這部分蒸汽不斷地對自上而下流動的凝結水產生較劇烈的擾動,加熱凝結水。這樣,一方面可使凝結水脫氧,另一方面還可以減小凝結水的過冷度。“教堂窗式”管束的中間空氣冷卻區,

35、依靠真空泵的抽吸作用使此區域形成較低的壓力,管束中所有不凝結的氣體在壓差的作用下,都流到此區域,并不斷被抽出。在空氣冷卻區之前的管束內布置有特殊的預冷區,此預冷區內氣流維持較高的雷諾數,傳熱效果好,能用于補償蒸汽凝結后期區域中,由于不凝結氣體增加,造成對傳熱效果的不利影響。由圖5-3中可以看出,當采用單背壓凝汽器并聯運行方式時,循環水溫由t1升至t2,凝汽器內凝結水的溫度為ts;當采用雙背壓的凝汽器并改為串聯運行方式時,在同樣水量、同樣出入口水溫的情況下,兩個凝汽器內凝結水的溫度分別為ts1和ts2,顯然tar=(ts1+ts2)/2,tar<ts,故雙背壓可以提高凝汽器平均真空,從而降

36、低了汽輪機組的冷端損失,一般熱耗可降低0.2%0.3%。但如果取很低的背壓,就需要增加循環水的冷卻倍率或增大凝汽器的冷卻面積,這將會增加運行費用或設備的成本。 3.3.凝汽器真空低的原因凝汽式汽輪機的凝汽設備通常由表面式凝汽器,抽氣設備,凝結水泵,循環水泵以及這些部件之間的連接管道組成。 排氣離開汽輪機后進入凝汽器,凝汽器內流入由循環水泵提供的冷卻工質,將汽輪機乏汽凝結為水。由于蒸汽凝結為水時,體積驟然縮小,從而在原來被蒸汽充滿的凝汽器封閉空間中形成真空。為保持所形成的真空,抽氣器則不斷的將漏入凝汽器內的空氣抽出,以防不凝結氣體在凝汽器內積聚,使凝汽器內壓力升高。集中與凝汽器底部的凝結水,則通

37、過凝結水泵送往除氧器方向作為鍋爐給水。 所以,凝汽設備的任務是: (1) 在汽輪機排汽口建立并維持高度真空; (2) 將汽輪機的排汽凝結成潔凈的凝結水作為鍋爐的給水循環使用。 要是說單純的凝汽器的作用,就是把乏汽凝結成水。 總結起來:凝汽器的功能是將介質由氣態轉換成液態,介質由氣態轉換成液態時體積僅為原來體積的萬分之幾,容器內自動變成真空狀態。3.4.影響凝氣設備運行的主要因素(一)凝結水過冷度 凝結水過冷度定義為凝汽器入口處(喉部)壓力下的飽和溫度t與 熱井中凝結水溫度之差。即凝結水產生過冷的原因為:設計時冷卻水管束排列不當,在凝結水下落過程中受冷卻水的多次冷卻,產生過冷;凝汽器內聚集的空氣

38、增多,空氣分壓提高,熱井附近蒸汽分壓降低,產生過冷;凝汽器的汽阻過大,使得凝汽器內管束中、下部形成的凝結水溫度偏低,產生凝結水過冷;凝汽器運行中熱井的水位過高,淹沒了凝氣器下部的冷卻水管,使凝結水再次被冷卻,過冷度增大。凝結水過冷是不可避免的,但過大的過冷度增大了冷卻水帶走的熱量,降低了汽輪機組的熱經濟性,同時凝結水過冷度增大,使凝結水中含氧量升高,加速了低壓回熱設備和管道的腐蝕。(二)凝汽器的汽阻凝汽器的汽阻定義為從凝汽器喉部到抽氣口的壓力降。汽阻一般微260400Pa。凝汽器的汽阻主要由兩個部分組成:蒸汽進入第一排冷卻管時的局部阻力;蒸汽流經主凝結區和空氣冷卻區的沿程阻力。過大的凝汽器汽阻

39、存在,使在同樣的抽氣口壓力下,凝汽器壓力升高,降低了汽輪機組的經濟性。是在同樣的凝汽器壓力下,汽阻越大,抽氣口的壓力勢必要求更低,導致抽氣設備的功耗增大,凝結水過冷度和含氧量也會相應增大。(三)凝汽器的水阻凝汽器的水阻定義為冷卻水流經凝汽器是的流動阻力。水阻產生的原因:冷卻水在水室及進、出冷卻水管的局部阻力;冷卻水在冷卻水管中的沿程阻力。當冷卻水管被雜物堵塞時,水阻明顯增大。水阻的大小對循環水泵的選擇和循環水管的布置均有影響。水阻是不可避免的,但水阻增大,將使循環水泵好功增加。(四)凝汽器內部泄露為了確保凝汽器的正常運行,汽側與外界、水側與汽側之間都應是密封隔離的。若凝汽器內部管束等發生裂紋或

40、間隙,則在壓差推動下,會發生空氣漏入汽側或冷卻水漏入汽側。空氣漏入原因主要是汽輪機低壓部分設備或管閥密封性下降。凝汽器內空氣泄露嚴重時,會直接導致凝汽器真空惡化,使汽輪機排氣壓力和溫度升高,降低機組的經濟性;低壓缸還會因溫度升高而變形,造成機組震動;空氣分壓增大,增加了空氣在水中的含氧量增加;空氣的聚集使凝汽器傳熱端差增大、過冷度增大。冷卻水漏入的原因:冷卻水管受蒸汽沖蝕嚴重而損壞;冷卻水對入口處管壁沖蝕;冷卻水管材質差;冷卻水管在管板上固定不良等。冷卻水泄露會惡化凝結水質,也會使凝結水過冷度增大。(五)凝汽器真空惡化凝汽器壓力異常升高,即真空惡化,對汽輪機及凝汽器都會產生很大的危害。對凝汽器

41、帶來的危害:使凝汽器內溫度升高,由于水管與管板的材質不同,其膨脹系數存在差異,是冷卻水管與管板的連接容易松動而產生泄露;若真空惡化是由于空氣分壓力增大造成的,則使凝結水含氧量增大,容易產生低溫腐蝕。4 凝汽器的熱力設計4.1.理論基礎和重要參數的選擇 實際情況下,汽輪機排汽的飽和溫度,必然大于以下兩個極限排汽的飽和溫度必須大于自然水溫;技術極限冷卻水在凝汽器內冷卻汽輪機排汽的過程中,由于冷卻蒸汽的凝汽器冷卻面積不可能無窮大的緣故,排汽的飽和溫度應該在自然水溫的基礎上加上冷卻水溫升和傳熱端差。 t=+ =t-t式中 t排汽飽和溫度,攝氏度t,t冷卻水進出口溫度,攝氏度冷卻水在凝汽器的溫升,一般在

42、612攝氏度凝汽器的傳熱端差,一般在310攝氏度冷卻水進口溫度t決定于地區的氣溫和供水方式,在其他條件不變的情況下,t越底真空越高,因此,冬季比夏季水溫低真空也較高。冷卻水溫升可根據凝汽器的熱平衡方程式求出: D(h-h)=D(h-h)式中 D進入凝汽器的蒸汽量(kg/h) D 進入凝汽器的冷卻水量(kg/h) h, h蒸汽和凝結水焓(kj/kg) h, h進出口冷卻水焓值(kj/kg)在低溫范圍內,水的焓值在數值上等于水溫的4.187倍,于是有 D(h-h)=D(h-h)=4.187D=M表示冷卻倍率,凝結1千克蒸汽所需要的冷卻水量,m越大,越小,凝汽器可以達到較低的壓力,因此消耗的冷卻水量

43、和耗功業越大。現代凝汽器的m取在50120之間,最佳值應通過經濟比較才能確定。4.1.2傳熱端差傳熱端差與冷卻面積,傳熱量及傳熱系數有關,傳熱越強,端差越小。由凝汽器的傳熱方程知,傳給冷卻水的熱量Q為 Q=D(-h)=Fk=4.187D若以冷卻水的對數平均溫差作為蒸汽與冷卻水之間的平均傳熱溫差,并假定蒸汽溫度t跟冷卻面積不變,則tm=式中F表示冷卻水表面總面積(m)K表示蒸汽至冷卻水的平均總傳熱系數kJ/(mhk)D冷卻水量(kg/h)K值受到很多因素的影響,如冷卻水的進口溫度,冷卻水的流速,管徑,流程數,管子材料,冷卻表面的潔凈程度,空氣含量,蒸汽速度及管子的排列方式等。所以k值只能根據經驗

44、公式和理論分析得到K=14654.5式中 -冷卻面積清潔修正系數,一般取0.8-0.85 -冷卻水流速和管徑修正系數,它是冷卻水流速w,管內徑d,進口水溫t和的函數=()-冷卻水進口溫度修正系數 =1-(35-t) -冷卻水流程修正系數, =1+(1-) -凝汽器的單位蒸汽負荷的修正系數,新設計取1 本文將根據以上的理論和已知的參數重點進行凝汽器的技術參數的設計計算。 4.2.凝汽器的熱力計算已知:小汽輪機的排汽量為G=57.591t/h,焓值為h=1381.644kJ/kg,低壓缸排汽量為G=1100.54 t/h,焓值為h=2598 kJ/kg,凝汽器壓力為p=0.0043Mpa.選定冷卻

45、水進口溫度為t=20,冷卻水管徑為d2/d1=25/23mm.冷卻倍數為m=58,冷卻水流速為w=2.2m/s,流程為z=2,凝結水溫tc=34.3,冷卻水量:67700t/h,確定該凝汽器的冷卻面積F,管子數目n,長度L,水阻h。(1)求對數平均溫差tm由Pc=0.0049Mpa,差得相應的飽和溫度ts=32.5,KJ/Kg冷卻水過冷度=冷卻水溫升 =(2598-143.6)/(4.187=10.106冷卻水出口溫度tw2= tw1+t=10.106+20=30.106則對數平均溫差tm=5.35(2)傳熱系數取清潔系數=0.8冷卻水流速修正系數=()=(1.12.2/230.25)0.120.8(1+0.2520)=1.05冷卻水溫修正系數=1-(35-t)=1-0.0010.420.80.5(35-20)2=0.916熱負荷的修正系數取1傳熱系數 K=14654.5=14654.50.81.050.961=11275.76kj/(m2h)(3)傳熱量的計算Q=G(H-h)+G(H-h)0.98=0.98(1381.64

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