1、第四章 汽輪機的凝汽設備 凝汽式汽輪機是現代火電站和核電站中廣泛采用的典型汽輪機。凝汽設備是凝汽式汽輪機裝置的一個重要組成部分。凝汽設備工作的好壞直接影響到整個裝置的熱經濟性和運行可靠性。因此應對凝汽設備的工作原理和變工況特性等加以了解。第一節 凝汽設備的工作原理、任務和類型一、 凝汽設備的工作原理與任務凝汽設備在汽輪機裝置的熱力循環中起著冷源的作用，降低汽輪機排汽壓力和排汽溫度可以提高循環熱效率。以東方汽輪機廠生產的300Mw汽輪機參數為例，該機新汽壓力16.67MPa，新汽和再熱溫度537，再熱壓力3.665MPa，純凝汽熱力循環如圖411(b)所示，循環熱效率與汽輪機排汽壓力的關系如圖4

2、.1.1(b)所示。若沒有凝汽設備，汽輪機的最低排汽壓力是大氣壓， 循環熱效率只有37.12，而當=5.0kPa時=4555，兩者之差的相對值為l8.5，熱經濟性損失巨大。若運行不善使該機的排汽壓力比正常值下降1，也將降低1以上，即機組熱耗率的相對變化率將增大1以上，對于大型機組這是可觀的。相反若能使汽輪機排汽溫度下降5，則將增大1以上。這些都說明凝汽設備的重要性。以水為冷卻介質的凝汽設備，由凝汽器、抽氣器、循環水泵和凝結水泵以及它們之間的連接管道、閥門和附件等組成，最簡單的凝汽設備示意圖如圖所示。汽輪機的排汽進入凝汽器1，循環水泵2不斷的把冷卻水打入凝汽器，吸收蒸汽凝結放出的能量，蒸汽被冷卻

3、并凝結為水。凝結水由凝結水泵3抽走。凝汽器內壓力很低，比較容易漏入空氣，空氣將阻礙傳熱因此用抽氣器4不斷的將空氣抽走。凝汽器內為什么會形成真空？這是因為凝汽器內的蒸汽凝結空間是汽水兩相共存的，其壓力是蒸汽凝結溫度下的飽和壓力。只要冷卻水溫不高，在正常情況下蒸汽凝結溫度也就不高，如30左右的蒸汽凝結溫度所對應得飽和壓力約只有45kPa，大大低于大氣壓力，就形成了高度真空。凝汽設備的任務：一是在汽輪機的排汽管內建立并維持高度真空；二是供應潔凈的凝結水作為鍋爐給水。給水不潔凈將使鍋爐結垢和腐蝕，使新汽夾帶鹽分，此鹽分在汽輪機通流部分積鹽垢，影響電廠的安全經濟運行。300Mw機組的給水量達1000th

4、左右容量越大，給水量越大。若都靠軟化水，則沒備投資和運行費用都很昂貴。而凝汽器潔凈的凝結水，正好可大量用作鍋爐給水，為此必須保證凝結水質不被污染。如果冷卻水管被腐蝕或水管在管板上的脹口松脫，則管內壓力較高的不潔凈冷卻水將漏到凝結水一側，污染凝結水，水質不合格的凝結水，不能用作鍋爐給水。二、 凝汽器的類型現在電站使用的凝汽器主要是以水為冷卻介質的表面式凝汽器。在缺水地區和列車電站上，可用空氣凝汽器。1空氣凝汽器圖（a）是直接冷卻空氣凝汽器系統。汽輪機排汽進入熱交換器冷卻凝結，熱交換器一般用具有鰭狀散熱片的管束組成，蒸汽進入管束內側，空氣在管外流過，為了加強冷卻，可用風扇機力通風。由于空氣傳熱系數

5、很低，所以冷卻表面積很大，整個凝汽器的體積龐大，無法放在汽輪機下部，常不得不遠離汽輪機放在戶外，因此汽輪機粗大的排汽管道很長，金屬耗量和流動阻力都很大。為了克服這一缺點，出現了間接冷卻空氣凝汽器系統，如圖413(b)所示。汽輪機排汽進入噴射凝汽器中，與從干冷卻塔來的冷卻水相混合而凝結為水。噴射凝汽器體積不大，可以裝在汽輪機下面。從噴射凝汽器出來的冷卻水和凝結水的混合水流，一小部分給凝結水泵抽走作為鍋爐給水，大部分經出水泵打入干冷卻塔冷卻。在缺水地區，這種空氣凝汽器可用在大功率機組上、在熱交換器至噴射凝汽器管路上裝設水輪機、可利用水的壓頭能量。噴射凝汽器的傳熱端差為零，凝汽器內不需要冷卻水管，投

6、資小，另外，它有結構小、無需維修等有價值的優點。2表面式凝汽器表面式凝汽器在火電站和核電站中應用廣泛。圖414是表面式凝汽器結構簡圖冷卻水管2裝在管板3上，蒸汽進入凝汽器后，在冷卻水管外汽測空間冷凝。凝結水匯集在下部熱井7中，由凝結水泵抽走。冷卻水從進水管4進入凝汽器，先進入下部冷卻水管內，通過回流水室5流入上部冷卻水管內，再由冷卻水出水管6排出。如圖414所示，同一股冷卻水在凝汽器內轉向前后兩次流經冷卻水管的、稱為雙流程凝汽器。同一股冷卻水不在凝汽器內轉向的(如圖4.3.4所示)，稱為單流程凝汽器。凝汽器的傳熱面分為主凝結區和空氣冷卻區兩部分，這兩部分之間用擋板隔開?？諝饫鋮s區的面積約占凝汽

7、器總面積的5%10%。蒸汽剛進入凝汽器時，所含空氣量不到萬分之一，凝汽器總壓力可以用蒸汽分壓力代替。蒸汽在主凝結區大量凝結，但空氣不能凝結，到達空氣冷卻區入口時，蒸汽流量以大為減小，而空氣流量未變。剩下的蒸汽和空氣混合物進入空冷區，蒸汽繼續凝結，到空氣抽出口處，蒸汽和空氣的質量流量已是同一數量級，這時蒸汽分壓力才明顯減小，所對應的飽和溫度也才降低，空氣和很少量的蒸汽才會得到冷卻?？諝獗焕鋮s后，容積流量減小，抽汽器負荷減小，抽氣效果才好。由于空氣抽出口不斷地抽除空氣，因此正在凝結的蒸汽和空氣流向抽氣口，顯然空氣抽出口的壓力最低，凝汽器入口處壓力最高。與之差是蒸汽空氣混合物的流動阻力稱為凝汽器的汽

8、阻，以表示，=。汽阻越大，凝汽器入口的壓力也越高，經濟性越低，故應盡量減小汽阻。現代凝汽器的汽阻可以小到260400Pa左右。由于空氣抽出口的位置不同，現代凝汽器分為汽流向側式(如圖4.1.4右側左視圖)與汽流向心式(如圖4.1.5，a)兩大類。由于單機功率增大，凝汽器尺寸和冷卻水管數量大大增加，為了加大管束四周的進汽周界，減短汽流途徑、減小汽阻，出現了多區域向心式凝汽器，如圖4.1.5(b)所示。獨立區域數由兩個到十幾個，平行布置于矩形外殼內。每個區域的中部都有空氣冷卻區。凝汽器給冷卻水的阻力稱為水阻。它由冷卻水管內的沿程阻力、冷卻水由水室進出冷卻水管的局部阻力與水室中的流動阻力（包括由循環

9、水管進出水室的局部阻力）等三部分組成。水阻越大，循環水泵的耗功越大，故應減少之。雙流程凝汽器的水阻較大約4978kPa，單流程水阻較小。三、凝汽器真空的測量測量凝汽器真空的最簡單的方法是用如圖4.1.6所示的水銀真空計。由圖可見，凝汽器中絕對壓力為 Pa ()式中， B是當地當時大氣壓(環境壓力)的汞注高度，H是真空計中汞柱高度，單位均為m m。將B與H折合到標準溫度0下的數值，并用與。表示，則 Pa ()或 Pa ()第二節 凝汽器的真空與傳熱一、 凝汽器內壓力Pc的確定圖中曲線1表示凝汽器內蒸汽凝結溫度t的變化，t在主凝結區基本不變，在空冷區下降較多。曲線2表示冷卻水由進口處的溫度t逐漸吸

10、熱上升到出口處的溫度t，冷卻水溫升t= t t。冷卻水的進水側溫度較低，與蒸汽的傳熱溫差較大，單位面積的熱負荷較大，故此處冷卻水溫上升較快。t與t之差稱為凝汽器端差，以t表示，t= t-t。主凝結區的蒸汽凝結溫度為 t= t+t+t （）在主凝結區，總壓力p與蒸汽分壓力p相差甚微，p可以用p代替。由上式算出t后就可求出t所對應的飽和壓力p。上式是確定凝汽器內壓力p的理論基礎。 由式可以分析影響凝汽器內壓力p的三個方面因素。1冷卻水進口溫度tt主要決定于電站所在地的氣候和季節。冬季t較低，t也低，真空高；夏季t高，t也高，真空低。用冷水塔或噴水池時，t還決定于冷卻塔或噴水池的冷卻效果。2。冷卻水

11、溫tt由凝汽器熱平衡方程是求得：Q=1000D（hh）=1000D（hh）=4187 Dt （）式中 Q 凝汽器的傳熱量，； D ，D進入凝汽器的蒸汽量與冷卻水量， ； h ，h 凝汽器中的蒸汽比焓和凝結水比焓，； h， h冷卻水流出和進入凝汽器的比焓，。由上式得 t= （）式中，m=，稱為凝汽器的冷卻倍率或循環倍率，它表明冷卻水量是被凝結蒸汽量的多少倍。m越大，t越小，真空越高。但m越大時循環水泵及電動機容量越大，循環水管越粗，末級葉片因排汽比容增大而增大，電站投資增加，故設計時恰當的m值應在汽輪機組的“冷端最佳參數選擇”任務中決定。一般m在50120之間，廠址和江河水面高差小時，取較大m值

12、，這時循環水泵耗功增加不少，而提高真空較多。（hh）是1kg排汽凝結時放出的汽化潛熱，由于排汽有10%左右的濕度，故hh將比1kg干飽和蒸汽的凝結放熱量少，只有21402220kJ/kg左右，取平均值，則 t= （）可見t主要決定于循環倍率m，或者說當D一定時，主要決定于冷卻水量D。D減少，t增大，真空降低。D主要決定于循環水泵容量和啟動臺數。然而冷卻水量D也可能由于其他的原因而減少，例如，凝汽器被管板雜草、木塊、小魚等堵塞；冷卻水管內側結垢，流動阻力增大；循環水泵局部故障；循環水吸水井水位太低，吸不上時，都可能使冷卻水量 減少，引起真空降低。3凝汽器傳熱端差t計算t的公式可由傳熱方程等公式推

13、導求得： Q=KAt ()式中 K凝汽器的總體傳熱系數，蒸汽和冷卻水之間的對數平均傳熱溫差,?？筛鶕F4.2.1寫出。由于空冷區傳熱面積較小，故一般假設蒸汽凝結溫度沿整個面積不變，這時為 （）將式（ t= （）式中各量的單位，D為t/h，A為m2，K為kJ/()?？梢?，傳熱端差t與A、K、Q、D有關。設計時，Q一定，D主要根據m決定，K只能按經驗數值取定，因此只有增大A，才能減小t。增大A需要增大投資，故也要在汽輪機“冷端最佳參數選擇”任務中決定。K越大，t越小，t越小，真空越高。凡影響K的因素，都將影響t，從而也將影響t與p。二、凝汽器的最佳真空雖然提高真空可使汽輪機的理想比焓降增大，功率增

14、大，但是無論從設計角度還是從運行角度來看，都不是真空越高越好。遠行機組主要靠增大循環水量來提高真空。然面循環水泵是廠用電的大用戶之一、耗電量占機組發電量的14、過分增大循環水量，可能使汽輪機真空提高而多發的電反而少于循環水泵多耗的電，得不償失。圖422中曲線l是背壓降低時機組電功率增量變化曲線，這是圖372中的一條曲線。曲線2是背壓降低時循環水泵所耗功率增量的變化曲線。若只有一臺循環水泵運行，且冷卻水量可連續調節，則最佳真空(Pc)。，是曲線3上為最大時的真空。實際上運行循環水泵可能有幾臺，循環水量也許不能連續調節，故應通過試驗才能定出不同負荷下的最佳真空。最佳真空點只能位于曲線1的直線段，因

15、直線段中Pc改變一定數量時，較大故最傳真空比極限真空低許多。三、空氣的危害凝汽器的空氣來源有二：一是由新蒸汽帶入汽輪機的，由于鍋爐給水經過除氧，這項來源極少；二是處于真空狀態下的低壓段各級與相應的回熱系統、排汽缸、凝汽設備等的不嚴密處漏入的，這是空氣的主要來源?？諝鈬烂苄哉r，進入凝汽器的空氣量不到蒸汽量的萬分之一，雖然很少，但危害很大。這主要是因為空氣阻礙蒸汽放熱，使傳熱系數K減小，t增大，從而使真空下降?？諝夥謮阂矊⑹筽增大，真空下降，但在主凝結區這一影響很微?？諝獾牡诙笪：κ鞘鼓Y水過冷度增大。凝結水溫低于凝汽器入口蒸汽溫度這一現象稱為過冷現象，所低的度數稱為過冷度。1凝汽器中蒸汽和

16、空氣的分壓力 以、和分別表示蒸汽的分壓、比容、熱力學溫度和氣體常數，以、和分別表示空氣的分壓、比容、熱力學溫度和氣體常數，寫出蒸汽和空氣的狀態方程：，。蒸汽的容積流量，x是蒸汽干度；空氣的容積流量，是空氣的質量流量，由此求出和并把它們代入上面兩個狀態方程后，得和的公式，對于混合氣體必有=，=加上，就可推導出，將此式和凝汽器總壓力+。聯立求解得 （） （）空氣抽出口處，由于，故空氣抽出口抽出的蒸汽流量為 (4.2.9)式中，和表示空氣抽出口處的蒸汽分壓力與空氣分壓力，可由空氣抽出口處量得的蒸汽溫度求飽和壓力而得：，是在空氣抽出口處測得的總壓力。減少，可減小工質損失。降低，可減少。 空氣嚴密性合格

17、的機組，調入凝汽器的空氣量小于蒸汽量的萬分之一，現從偏于安全的角度假定l10000，來計算蒸汽有99、99.9與99.99已凝結，即干度x分別為0.01、0.001與0.000l時的蒸汽分壓，分別得的值為0.9938、0.9414與0.6165?？梢娫谥髂Y區，即使x0.01，也就是有99的蒸汽已凝結只剽下1的蒸汽時，蒸汽分壓，仍近似等于總壓力。等到x0.0001時，即時，才明顯地小于，才下降，蒸汽空氣混合物才被冷卻，這反映了空氣冷卻區的工作情況。 2空氣對凝汽器真空的影響 由上述計算知，在主凝結區，空氣對真空的影響不在于使略微增加，而是空氣阻礙蒸汽向凝汽器的冷卻水管外側放熱。圖4.2.3橫坐

18、標是蒸汽空氣混合物中空氣的質量百分比縱坐標是蒸汽空氣混合物放熱系數占純凈蒸汽放熱系數的百分比。由圖可見，越大時越小?？諝夂考词怪挥?1000左右，放熱系數也將近降低l0左右。主凝結區的空氣平均分壓雖然很小，但冷卻水管外圍的空氣分壓明顯增大。如圖424所示，熱流和蒸汽空氣混合物一起向冷卻水管外圍流動，蒸汽在冷卻水管外表面凝結為水后滴下來流走。空氣不可能逆混合氣流方向流動，因此冷卻水管外圍的空氣含量增大許多，空氣分壓也增大許多，越靠近冷卻水管，蒸汽分壓越小，蒸汽飽和調度也越低。空氣在冷卻水管外圍增多，使蒸汽分子只有通過擴散才能靠近冷卻水管外側，故空氣大大阻礙蒸汽放熱。實驗所得：純凈蒸汽達6300

19、0kJ()，凝汽器中有了少量空氣，使平均值只有28000kJ()左右，空氣冷卻區空氣含量大增，只有20006500KJ()，使總體傳熱系數大為減小。若漏入空氣量增大，則傳熱系數K進一步減小真空進一步降低。即使真空系統的嚴密性較好，若抽氣器故障，不能有效地抽除空氣。也將使空氣越積越多引起K減小和真空降低。3空氣對過冷度的影響空氣的第二大危害是使凝結水的過冷度增大。導致凝汽器運行中凝結水過冷的正常原因是：1） 管子外表蒸汽分壓低于管束之間平均蒸汽分壓，使蒸汽凝結溫度t低于管束之間混合氣流溫度。2） 管子外表面的水膜包括上排管束淋下來的凝結水在內，受管內冷卻水冷卻，因而使水膜平均溫度（t+ t）/2

20、（見圖）低于水膜外表面的蒸汽凝結溫度t。僅這兩項就使凝結水的固有過冷度達到2.8左右。3） 汽阻使管束內層壓力降低，也使凝結溫度t降低。產生過冷度的不正常原因有：1）冷卻水管束排列不合理；2）漏入空氣多或抽氣器工作不正常，使空氣分壓增大；3）凝結水水位過高，淹沒冷卻水管，使凝結水被進一步冷卻。凝汽器內有蒸汽通道，剛進入凝汽器的蒸汽可直接到達底部，加熱凝結水，如圖4.1.4、圖4.1.5，圖4.3.2圖4.3.4所示，稱為回熱式凝汽器。實際上現在已沒有非回熱式凝汽器?；責嵝Ч脮r，凝結水的過冷度可小于1左右。性能良好的大型凝汽器，即使熱水井內不采用專門的加熱除氧結構，自身也可以作到無過冷。當漏入

21、空氣增多或抽氣器失常時，非但真空降低還將使過冷度增大；若只是冷卻水減少，則只使真空降低，不會使過冷度增大。可用這兩條來判斷真空下降的原因。若是真空下降，又伴隨過冷度增大，可從空氣量增多方面查找原因；若真空下降并未伴隨過冷度增大，可在冷卻水量減少方面查找原因。這樣可以縮小查找真空下降原因的范圍。二、凝汽器的傳熱將冷卻水管的圓筒形管壁傳熱近似看成平壁傳熱，則傳熱系數為 K= （）式中 R 凝汽器總熱阻； R蒸汽空氣混合物向冷卻水管外壁放熱的熱阻，R =1/a； a蒸汽空氣混合物向冷卻水管外壁放熱的放熱系數； R管壁本身熱阻，R=，是管壁厚度，是管壁導熱系數； R管內壁到冷卻水放熱熱阻； a水側放熱

22、系數。管壁熱阻可以準確地算出，它沿冷卻表面基本不變，如圖4.2.5下部所示。水側放熱系數和熱阻也可以比較準確地算出，如圖4.2.5中部所示。汽側放熱熱阻的計算相當復雜。汽側熱阻由管壁外凝結水膜熱阻與蒸汽向水膜外側的放熱熱阻兩部分組成。水膜內外存在溫差，如圖4.2.4所示。由于蒸汽凝結雖不同，溫差為1.36.7不等，因此這部分熱阻數值是變化的。含有空氣的蒸汽向水膜外側放熱的現象更加復雜只有水膜表面逸出列空間的水分于數少于射向水面的水分子數時，蒸汽才可能連續凝結?？諝獾南鄬垦鼗旌蠚怏w流動方向上的變化很大：故蒸汽向水膜外側的放熱熱阻變化也很大。的變化如圖4.2.5所示。由于影響汽側放熱的因素十分

23、復雜，因此不可能由理論公式算出，傳熱系數K也不可能由式(4.2.10)算出。但式(4.2.10)可在分析凝汽器傳熱時，建立清晰的概念。到目前為止，設計凝汽器用的總體傳熱系數尺均按實驗求得的經驗公式或經驗圖表來確定。全蘇熱工研究所根據實驗與理論分析提出的總體傳熱系數K的計算公式為 ()式中 冷卻表面清潔程度修正系數，直流供水時40.80.85，回流供水時；0.750.8，冷卻水不潔凈時0.650.75，冷卻水流速和管徑的修正系數，是冷卻水流速、管于內徑、進口水溫 及清潔度修正系數的函數，即冷卻水進口溫度修正系數，；冷卻水流程數z的修正系數，凝汽器單位面積蒸汽負荷的修正系數、，當在設計值與臨界值之

24、間時l，新設計凝汽器時l，蒸汽負荷小于臨界值時，。式(4.2.11)適用于黃銅管凝汽器，應在及ms范圍內使用。上述五個修正系數是影響傳熱系數K的五項因素。而影響K的因紊都將影響偏差，影響凝汽器真空。以上是蘇聯的傳熱系數公式。美、英等國的傳熱系數計算公式或輔助圖雖各不相同，但也都考慮清潔度、冷卻水溫、管徑、管材等修正因素。70年代后期，日本除考慮上述管子與水側放熱修正外，還增加了蒸汽流速和空氣濃度的修正提出了研究總傳熱系數的更加完善的計算公式第三節 凝汽器的管束布置和真空除氧一、 凝汽器的管束布置冷卻水管在凝汽器管板上的基本排列方法有三種：三角形排列法；正方形排列法；輻向排列法。三角形排列法的管

25、子中心位于等邊三角形的頂點，這種排列法在節距相同時，管子密集程度最大，每根管子在管板上的占地面積最小，布置在希望蒸汽空氣混合物流速增大之處。正方形排列法的管子中心位于正方形的四個角上，密集程度小于三角形法。輻向排列法構成上寬下窄的通道。后兩種排列法宜用在希望汽阻較小的地方。凝汽器管束布置是從減小汽阻、減小過冷度、均勻各部分傳熱面積上的熱負荷的要求出發的。評定凝汽器優劣有五個指標：真空；凝結水過冷度；凝結水含氧量；水阻；空冷區排出的汽氣混合物的過冷度。管束布置好壞與上述大部分指標有關，管束布置一般遵循下面幾條原則，可以結合國產N30007型凝汽器管束布置(圖4.3.2)與圖4.3.3、圖4.3.

26、4、圖4.1.5(b)來理解。1) 蒸汽剛進入第一排管束時流量最大，通汽面積突變，總汽阻力頗大一部分在第一排。為了減小汽阻，應把最初幾排管子排的較稀，或開進汽側通氣道，或用多區域向心式布置等方法增大進汽周界，使第一排管束出的氣流速度不大于50m/s。2) 隨著蒸汽的凝結，管束內層的熱負荷必然減小，進汽側應有蒸汽通道深入管束內層，以便提高管束內層的熱負荷。3) 為了減小汽阻，蒸汽空氣混合物向抽氣口運動的途徑應短而直，可在管束進汽側和出汽側都開相應的汽流通道，且要求沿汽流流動方向的管子排數不宜過多。4) 應力求避免剛進入管束的蒸汽與來自管束其他部分含空氣較多的蒸汽混合而降低傳熱系數；應防止蒸汽不經

27、過主管束直接進入空氣冷卻區而增大空冷區負荷；應防止蒸汽空氣混合物不經過空冷區而直接到達抽氣口，增大抽氣負荷。為此可設擋汽板或靠管束布置來達到要求（見圖，c）。5) 管束之間或兩側應有適當的蒸汽通道，以便剛進入凝汽器的蒸汽到達底部加熱凝結水，減小過冷度。6) 應有空氣冷卻蒸汽空氣混合物，以增大排出的蒸汽空氣混合物的過冷度，減少工質損失，降低抽氣負荷。7) 為了避免從上部管束流下來的凝結水落在下部管束外側被冷卻，在管束之間可設置凝結水擋板，擋板的位置和方向應符合汽流流以動規律，減少汽阻。但日本日立制作所的試驗結論是：設擋水板反而增大汽阻與過冷度(見圖4.3.3，c)。 圖4.3.2是國產N 509

28、0535型機組的凝汽器截面圖，圖中管束布置是上述原則的具體應用之一例。它的管束布置成曲折的狹長帶狀，進汽側有蒸汽通道以增大進汽周界。出汽側也有蒸汽通道，沒有擋汽板與擋水板，有空冷區，兩管束之間有蒸汽通道直達熱井，以回熱凝結水。圖4.3.3(a)是蘇聯哈爾科夫工廠的與T160Mw機組配套的凝汽器管束布置圖。圖4.3.3(b)是法國阿爾斯通公司單流程凝汽器管束布置圖，又稱“將軍帽”式布置，用于與540Mw、900 Mw等機組配套，冷卻面積達72838m2及50555m2。圖4.3.3(b)是日本日立制作所的平衡降流式凝汽器的管束布置圖，圖中只畫出了一組管束的一半，同一個凝汽器中并排布置兩組管束。這

29、種布置中，不設擋水板，外圍管束放射狀排列，中間管束密集排列，空氣收集管位于管束中下部，空氣由收集管流到上部空氣冷卻區冷卻后抽除。由于不設擋水板，不再有汽流停滯區，汽流也不再受到擋板的摩擦阻力，原被摩擦和渦流損耗的動能可以均勻地轉變為壓力能，減少了流動損失。另外，由試驗所得的上下左右管子的數量分配和排列方式，使上下左右熱負荷比較均勻，因而流向下部的汽流比較充分，凝結水的回熱效果較好，真空比傳統型凝汽器的提高1333Pa左右，過冷度減小0.510。圖4.3.4是與國產300Mw機組配套的N15000l型凝汽器的結構示意圖，它采用兩個區域的汽流向心式布置，每個區域中心都有空氣冷卻區。它的外殼采用方形

30、結構。二、真空除氧凝結水含氧量大是導致銅管腐蝕、凝結水系統管道閥門腐蝕嚴重以致降低設備壽命的重要原因，故凝汽器多設有真空除氧裝置。凝結水含氧量少是評價凝汽器的五個重要指標之一。國外為了降低電站投資，克服布置困難，趨于不設除氧器，只靠真空除氧。如法國大多數核電站和一部分火電站就不設除氧器，這樣對真空除氧要求就更高。圖4.3.5是圖4.3.4所示的N15000l型凝汽器熱井中設置的水封淋水盤凝結水真空陳氧裝置。凝結水進入熱井時，首先流入帶有許多小孔的淋水盤，水自小孔流下，形成水簾，凝結水表面積增大，被上面流下的蒸汽加熱。只要加熱到熱井壓力下的沸騰溫度，就可把溶于水中的氧氣和其他氣體除掉；水簾落下，

31、落在角鐵上，濺成水滴，表而積又增大，可被進一步加熱與除氧。不能凝結的氣體經過許多根空氣導管導入空冷區最后由空冷區抽出。一般真空除氧裝置大約在60額定負荷以上工作時的除氧效果較好。滿負荷工作時的除氧效果最好。但在低負荷和機組啟動時，由于蒸汽量少，蒸汽在管束上部就已凝結，不能到達熱井回熱凝結水而且凝汽器壓力降低，漏入空氣量增大，使凝結水的含氧量增大過冷度也就增大，這時一般的真空除氧裝置效果較差。蘇聯熱電站凝汽器中，廣泛采用鼓泡除氧，效果較好。美國凝汽器中的鼓泡除氧裝置如圖4.3.6所示熱井中的凝結水被蒸汽鼓泡攪動而混合和加熱，凝結水被加熱到飽和溫度時釋放出非凝結氣體。這種裝置可以在機組啟動、低負荷

32、和其他非正常工況下投運。第四節 抽 氣 器抽氣器的作用是抽出凝汽器內不能凝結的氣體，以保持凝汽器的真空和傳熱良好。抽氣器的實質上起壓氣機的作用，它將蒸汽空氣混合物從很低的壓力壓縮到略高于大氣壓，以排入大氣。抽氣器的增壓比一般為1540。國內電站中的小型機組上一般采用射汽抽氣器；大型單元再熱機組上一般用射水抽氣器；近幾年來開始應用水環式真空泵。一、 射汽抽氣器射汽抽氣器如圖所示，由工作噴嘴A、外殼B和擴壓管C組成。工作蒸汽進入噴嘴A，A中的高速氣流在混合室中與周圍氣體分子產生動量交換，夾帶氣體分子前進，使周圍形成真空。外殼的入口與凝汽器抽氣口相連，蒸汽空氣混和物不斷的被吸入混合室進入擴壓管。在這

33、里氣流動能轉化為壓力能，速度降低，壓力升高。蒸汽空氣混合物最終排入大氣。 當抽氣器擴壓管的增壓比太大時，效率較低。因此、長期遠行的主抽氣器均作成兩級或三級，且使每一級的擴壓管增壓比都較小，效率較高，以減少工作蒸汽的總的消耗量。同等容量的三級射汽抽氣器約比兩級的少10的工作蒸汽。二、 射水抽氣器短喉部射水抽氣器結構示意圖如圖4.4.2所示。一般由專用水泵供給工作水，工作水進入水室1，然后進入噴嘴2，形成高速水流，在高速水流周圍形成高度真空，凝汽器的蒸汽空氣混合構被吸進混合室3，與工作水相混合，部分蒸汽立即在工作水表面凝結，然后一起進入擴壓管4，速度減小、壓力升高后排出擴壓管。為了節省能量消耗，擴

34、壓管出口常接一直徑與它相同的2.54m長排水管6，插在排水井水面以下，這一排水管中的水柱借助重力下落，可使擴壓管出口壓力減小24.539.2kPa，從而節省工作水的能量捎耗。當專用水泵或其電動機故隨或廠用電中斷時，工作水室水壓立即消失，混合室內就不能建立真空。這時凝汽器壓力仍是很低的，而排水井水面的壓力是大氣壓力，故不潔凈的工作水(循環水)將從擴壓管倒流入凝汽器污染凝結水。為此在混合室入口處設置了逆止閥5，用以阻止工作水倒流。射水抽氣器結構簡單，工作可靠，啟動運行方面。通常需專設工作水泵，工作水量較大。被抽出的混合氣體中蒸汽含量較大，不能回收，工質損失較多，但不像射汽抽氣器需要考慮工作蒸汽來源

35、。適用于滑參數啟動和滑壓運行的單元制再熱機組。東方汽輪機廠通過大量試驗于1980年研制成長喉部射水抽氣器，如圖443所示。這種長喉部射水抽氣器用于200Mw、300 Mw機組時，消耗功率由原來短喉部射水抽氣器的190 kw降為91kw，單位功耗(即每小時抽lkg空氣量的功率消耗)由2.46kW/()降至1.25kw()。達到當時法、意等國的同類產品的水平、被推廣到全國200Mw、300Mw等大機組上使用。一般認為提高射水抽氣器經濟性的關鍵在于高速流體降速、升壓之前，流速能等于或大于當地音速，即達到臨界工況，因為在臨界工況下沒有倒流損失，突然壓縮損失最小，擴壓充分，排出速度低，余速動能損失較小。

36、獲得臨界工況又以在突然壓縮區之前獲得均勻的兩相混合流為前提。流體在喉部進口處是混合得極不均勻的，長候部提供了均勻混合的條件，在流動過程中使兩相流體均勻混合的程度逐漸增加從而達到臨界工況。到喉部出口附近的區間，流體突然被壓縮，壓力提高到足以排出抽氣器的程度，因而大大節省了功耗。圖4.4.4是CS4.575l型長喉部射水抽氣器在工作水壓0255MPa不變。工作水溫變化時的特性曲線，縱坐標是抽氣壓力橫坐標是被抽除的干空氣量。由圖可見，工作水溫高時，同一抽氣量下的抽氣壓力將升高。這是因為工作水溫升高時，相應的飽和壓力也升高，在抽氣器高速水流所形成的相同負壓下、會使更多的工作水汽化，混合室內水蒸汽分壓升

37、高，使抽氣壓力升高。工作水溫t升高的原因有二：一是射水泵的耗功由于工作水與管壁及水分子之間的摩擦和碰撞而絕大部分轉變成熱能，加熱工作水；二是從凝汽器抽出來的汽氣混合物中的蒸汽在工作水流表面凝結時所放出的大量汽化潛熱以及空氣所含的很少量熱量。隨著工作水溫t的不斷升高，射水抽氣器抽氣壓力p升高，將使凝汽器真空降低。所以射水抽氣器運行時必須監視工作水溫的變化，定期的或連續的溢出高溫工作水，補充低溫工作水，防止工作水溫過高。圖是C-35-25-1型短喉部射水抽氣器工作水溫t不變，工作水壓p改變時的特性曲線，由圖可見，當工作水壓p由98.1kPa增加到177kPa時，抽汽壓力p是逐漸降低的，這是因為工作

38、水壓升高時，工作水量增加，噴嘴出口流速增大，故在抽吸同量空氣的條件下，抽氣壓力p就會降低，凝汽器真空就會升高。但當工作水壓由177kPa增加到216kPa時，抽氣壓力p卻升高了，這是因為抽氣器結構尺寸已定，工作水壓p繼續升高使流量進一步增加，在擴壓管出口會發生排水阻塞現象，使排水管水壓升高，影響到混合式的抽氣壓力p也升高。通過試驗還可以確定時水抽氣器工作水壓的最佳值 三、水環式真空泵。水環式真空泵的功耗低。運行維護方便，在西歐等國已較多地用在電站凝汽設備上。我國300Mw與600Mw反動式考核機組也是用它配套的。水環式真空泵的結構原理如圖4.4.6所示。葉輪偏心地安裝在泵殼內朝箭頭方向轉動，水

39、的離心力所形成的旋轉水環的近似圓與泵殼同心水環、葉片與葉輪兩端的側扳構成若干個小的密閉空腔。側扳上有吸入氣體和壓出氣體的槽所以側扳又稱分配器。在前半轉，即由圖中a處轉到b處時，在水活塞的作用下，空腔增大壓力降低，這時通過分配器吸入氣體。在后半轉，即由c轉到d處，空腔減小，壓力升高，這時通過分配器可排出氣體。隨氣體一起排出的有一小部分水，經過氣水分離器分離氣體后，這一小部分水又送回泵內、所以水的損失很少。為了保證恒定的水環在運行中需要向泵內補入凝結水，但補水量很少。轉子兩端用填料和凝結水密封。圖4.4.7是武漢水泵廠引進德國技術生產的2BEI3530型水環式真空泵(與300Mw機組配套)的特性曲

40、線。 水環式真空泵遠行可靠方便，不易損壞，耗電量小，除真空泵外不需另設供水泵。但價格較貴、而且真空越高，抽吸的質量流量越小。第五節 凝汽器的變工況汽輪機組運行時，蒸汽負荷D、冷卻水量D、冷卻水進口溫度t等都要變化，漏入空氣量也要變化，凝汽器的冷卻表面可能變臟，等等，這些都將引起凝汽器的壓力變化。凝汽器的工況離開了設計參數，成為凝汽器的變工況。一、 主要因素改變對凝汽器壓力的影響D、 D、 t是決定凝汽器壓力的主要因素，這些因素改變時，和將改變，從而使t和凝汽器壓力改變。1變工況下的變化規律變工況下的變化規律可用下式表示： ； （）由于（）變化很小，可近似看作常數，故當D不變時，是常數。也就是說

41、，D不變時，正比與D。D改變后，也變了，在新的D下，算出新的，確定和D的新的比例關系。2變工況下的變化規律當D不變時，為常數，由式（ （） 凝汽器已制造好，A不變。若K也不變，則與D成正比，也就是與d（稱為比蒸汽負荷）成正比，如圖中的輻射線（包括虛線）所示。試驗證明，當凝汽器負荷下降不大時，漏入空氣量不變，確實與D成正比，當蒸汽負荷下降較多時，汽輪機處于真空下的級數增多，凝汽器真空提高，漏入的空氣量增大，K減小，由式（）可見增大D減小使減小。兩方面共同作用的結果，下降緩慢或不變。實線轉折段和水平段所示。對于凝汽器嚴密性很好的機組、隨著負荷的降低，調入的空氣量幾乎不變，所以圖4.5.1中的傾斜實

42、線特向左延長，轉折段出現在更小的處，每一根水平實線均向左下方移動。圖4.5.1中，較小的曲線在上部，其原因可從式(4.2.11)中的看出，較小時、也小， K也小，這時由式(4.5.2)算出的較大，所以較小的曲線在上側。較小的曲線的轉折點出現在較大處的原因是，較小時真空較高，調入空氣量較大，所以在較大處就使K減小。冷卻水量改變后，以新的算出與D的關系，作出與、的關系曲線。3、變工況下p的確定 在冷卻水量D一定時，根據不同的d和 t求出 t、和，由t= t+算得t,求得t對應的飽和壓力p.在主凝結區認為p p誤差較小，就可確定p。作出這一冷卻水量下的特性曲線、如圖4.5.2所示。冷卻水量改變后、根據新的再次計算，作出新的的另一張凝汽器持性曲線圖。4.6 多壓式凝汽器有兩個以上排汽口的大容量機組的凝汽器可以制成多壓式凝汽器。圖461是雙壓式凝汽器的示意圖。冷卻水由左倒進入，右側排出。凝汽器汽側用密封的分隔板隔成兩部分。進水側的冷卻水阻較低，汽側壓力也較低；出水側冷卻水阻較高，汽側壓力也較高，這就構成了雙壓式凝汽器。以此類推，可以制成三壓式、四壓式，在美國最多有六壓式的。多壓式凝汽器有下列優點：1) 一定條件下，多壓式凝汽器的平均折合壓力比單壓式的低。