华北电力大学凝汽器ppt课件.ppt
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1、第四章,汽轮机的凝汽设备,第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型第二节 凝汽器的真空与传热第三节 凝汽器的管束布置与真空除氧第四节 抽气器第五节 凝汽器的变工况第六节 多压式凝汽器,第四章 汽轮机的凝汽设备,第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型,一、凝汽设备的工作原理与任务,汽轮机排汽进入凝汽器,被由循环水泵供给的冷却水冷却凝结为水,凝结水不断被凝结水泵抽走。由于凝汽器内压力很低,会有空气从凝汽器及与其相联接的管道、阀门等部件的不严密处漏入凝汽器,由于空气不能凝结,同时会阻碍排汽和冷却水之间的换热,需不断的用抽气器将漏入凝汽器的空气抽走。,1.凝汽设备的工作原理,第一节 凝汽设备的工作原理、
2、任务和类型,汽轮机排汽压力变化对机组热经济性的影响,以东方汽轮机厂N300-16.67/537/537机组为例,如机组设计排汽压力为5kPa,若排汽压力升高1kPa,则机组热耗将增加1%。,如设计煤耗为330g/kW.h,排汽压力升高1kPa, 使煤耗增加3.3g/kW.h,按年平均运行小时按6000小时计,每年多耗煤:6000301043.3/106=5940t标煤(450元/吨,267万元),第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型,一、凝汽设备的工作原理与任务,汽轮机的凝汽设备,由凝汽器、抽气器、循环水泵和凝结水泵以及他们之间的连接管道、阀门和附件等组成。,2. 凝汽设备的任务,(1) 在
3、汽轮机排口建立并维持规定的真空;,(2) 保持凝结水的洁净。,3. 凝汽设备的组成,第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型,按冷却介质与凝结水是否接触,凝汽器分为表面式和混合式。按冷却介质分为:水冷和空冷。表面式凝汽器既用于水冷机组,也用于空冷机组。,二、凝汽器的类型,空冷:,水冷:,真空较低,投资大,耗水量小,冷却系统本身节水97以上,全厂性节水约65。用于富煤缺水地区( 如山西、 内蒙),可以保持较高的真空(即排汽压力较低),一次投资较小, 耗水量大。( 应用广泛),两种冷却方式比较,水冷机组冷却水系统示意图,空冷机组冷却水系统示意图p211,表面式凝汽器,第一节 凝汽设备的工作原理、任务
4、和类型,单流程,双流程,第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型,汽流向侧流动,汽流向心流动,6-热井,多区域汽流向侧流动,基本概念,第一节 凝汽设备的工作原理、任务和类型,凝汽器真空:,当地大气压与凝汽器内绝对压力的差值。,凝汽器汽阻:,凝汽器蒸汽入口压力pc与抽汽口处压力pc差值, pc= pc- pc,凝汽器水阻:,凝汽器冷却水入口压力与冷却水出口压力差值。,第二节 凝汽器的真空与传热,一、 表面式凝汽器内压力 的确定,凝汽器汽侧空间多组分介质共存,蒸汽,不凝结气体:,原蒸汽中夹带(很少)+真空系统不严密漏入系统的空气,凝汽器空间:汽侧空间+水侧空间,凝汽器压力:汽侧空间压力,第二节 凝汽
5、器的真空与传热,道尔顿定律:,凝汽器内压力很低(一般在0.00490.018MPa范围) ,视为理想气体,取一控制体,有,汽侧空间的总压力=各组分分压力之和,c-凝汽器总压力;ps-蒸汽分压力;pa-空气分压力,,,蒸汽:,空气:,控制体内的水蒸汽质量为ms= XDc,空气质量为ma =Da 。其中, Dc 、 Da 分别为进入凝汽器的水蒸气和空气质量流率, X为控制体内蒸汽干度。,第二节 凝汽器的真空与传热,第二节 凝汽器的真空与传热,有,蒸汽分压力,上式表示了控制体内蒸汽分压力与控制体内总压力之间的关系,也就是凝汽器内各点蒸汽分压力与总压力之间的关系。,对于严密性合格的机组, Da/ Dc
6、 0.0001,这里我们取Da/ Dc 0.0001 。,第二节 凝汽器的真空与传热,现在我们来讨论蒸汽分压力与控制体内总压力之间的关系。,分别取 X=0.01,X =0.001,和X=0.0001(即排入凝汽器内的蒸汽分别有99%,99.9%和99.99%凝结)情况,带入上式,得,蒸汽凝结99%,干度x=0.01,蒸汽凝结99.9%,干度x=0.001,蒸汽凝结99.99%,干度x=0.0001,ps=0. 9938pc,ps=0. 9414pc,ps=0. 6265pc,可见,进入凝汽器的蒸汽在99% 、甚至99.9% 已凝结的情况下,蒸汽的分压力仍近似为凝汽器的压力。因此在整个凝汽器空间
7、内,绝大部分区域(主凝区)的蒸汽分压力近似等于凝汽器的压力,只有在绝大部分蒸汽已经凝结的空冷区,蒸汽分压力才明显小于凝汽器压力,而且越靠近抽气口蒸汽的分压力越小,空气的分压力越大。,第二节 凝汽器的真空与传热,假设凝汽器内各处压力近似不变(实际上,凝汽器进口与抽气口之间存在一压差,即汽阻,其值很小,大型机组一般为0.00020.0003MPa)。因此,凝汽器内蒸汽分压力(凝结温度)在凝汽器的主冷区也近似不变,只有在空冷区才明显逐渐降低。,第二节 凝汽器的真空与传热,凝汽器内蒸汽凝结温度及冷却水温度变化曲线,主凝区,空冷区,第二节 凝汽器的真空与传热,冷却水在凝汽器内,吸收蒸汽凝结放热,温度升高
8、,tw1tw2 。,蒸汽在凝汽内凝结,主凝区凝结水温度基本不变,由于,tsps,pspc,所以,凝汽器压力决定于冷却水入口温度、冷却水温升和凝汽器端差。,第二节 凝汽器的真空与传热,二、 影响凝汽器压力 的因素,2.1 与冷却水进口温度tw1有关的因素,影响凝汽器内压力的因素来自三个方面:冷却水进口温度、冷却水温升和凝汽器端差。,影响冷却水进口温度的因素:,冷却水进口温度越低,凝汽器真空越高。,(1)环境因素:环境温度高,tw1高。夏季比冬季真空低。,(2)冷却塔的冷却效果:如果冷却塔达不到设计的冷却效果,将造成tw1比设计值高。凝汽器真空降低。对直流供水,热水回流。空冷机组的热风再循环。,第
9、二节 凝汽器的真空与传热,式中,Xc,hc,hc,Dw ,Cp分别为汽轮机排汽湿度、排汽焓、凝结水焓,冷却水流量和冷却水定压比热。,2.2 与冷却水温升t有关的因素,冷却水温升可由下式得到:,一般汽轮机排汽为湿蒸汽(湿度大约为610%), 每1kg排汽在凝汽器内放出的汽化潜热约为 xc(hc-hc) =21402220kJ/kg ,取平均值2217kJ/kg,取Cp=4.187kJ/kgk,第二节 凝汽器的真空与传热,(2)冷却水量。冷却水量越小,冷却水温升越高,机组真空越低。,有,可以看出,影响t的因素有:,(1)汽轮机排汽量,即汽轮机负荷。负荷越高,冷却水温升越高,机组真空越低。,m=Dw
10、/Dc为凝汽器的冷却倍率或循环倍率,设计时一般取m =50120。,第二节 凝汽器的真空与传热,机组负荷由外界需求决定,在机组负荷一定的情况下,可以通过增大循环水量(增大冷却倍率),减小循环水温升来提高凝汽器真空。,增大循环水量,凝汽器会提高真空,增大蒸汽在汽轮机内的焓降,增加机组的发电功率;但同时增大循环水量,会增加循环水泵的耗功,减小机组的输出功率。,如果增大循环水量,凝汽器真空提高,使机组多发的电,比循环水泵多耗的电多,则增大循环水量是有益的; 否则是不利的。,作为企业,都追求利润的最大化,即希望得到最大的产出投入比。,第二节 凝汽器的真空与传热,对于一台机组而言,最佳的循环水量,应是增
11、大循环水量时,使机组真空提高多发的电功率Pel,与增加循环水量循环水泵所多消耗的电功率Pp 之间的差值Pnet为最大。 该循环水量所对应的真空称为凝汽器的最佳真空,(pc)opt,(pc)lim,因此,m值的大小由凝汽器的最佳真空确定。,第二节 凝汽器的真空与传热,凝汽器的最佳真空是这样定义的:如依靠增加循环水量来提高真空,因真空提高机组所多发的电功率,与增加循环水量所多消耗的电功率之间的差值为最大时的真空,即为凝汽器的最佳真空。,m的取值:直流供水取较大值(90-100),循环供水取较小值(70左右)。,第二节 凝汽器的真空与传热,式中,K为凝汽器的传热系数;Ac为凝汽器的传热面积;tm 为
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