1、大连理工大学硕士学位论文600MW机组凝汽器最佳经济方案选择及特性分析姓名：季万红申请学位级别：硕士专业：动力工程指导教师：尹洪超20080601大连理工大学专业学位硕士学位论文摘 要凝汽设备是汽轮机组的重要辅机之一。蒸汽在凝汽器中的凝结过程是电厂热力循环中的重要环节，对整个火电厂的安全、经济运行有重要的影响。本论文以某厂600MW汽轮机组为例，根据汽轮机的设计参数，选择不同的冷却倍率以及流程数，从经济角度确定凝汽器的最佳运行方案，计算得出冷却倍率为70的双流程凝汽器为最佳设计方案。此外本文还利用Matlab编程绘制了该凝汽器在不同机组负荷下，不同冷却水量及不同冷却水进口温度下的特性曲线，并对
2、几个典型工况曲线进行了分析，得出了以下结论：在一定凝汽量和冷却水温度下，凝汽器压力随冷却水量的增加而降低；在一定冷却水温度和冷却水量下，凝汽器的压力随着凝汽量的增大而升高；在一定冷却水量和凝汽量下，凝汽器的压力随着冷却水温的增加而升高；当冷却面积和冷却水流量同时减少到设计值的一半时(即冷凝器半边清洗时)，冷却水温度较低时才能保证凝汽器的压力接近于设计值，因此最好选择在冬季进行反冲洗或停运检修，以保证凝汽器压力的最高界限。此结论可为凝汽器的运行，改造提供参考依据。关键词：凝汽器；最佳经济运行方案；特性曲线600MW机组凝汽器最佳经济方案选择及特性分析Choose of Optimal Econo
3、mic S cheme and Characteristic Analysisof a 600 MW Steam TurbineS CondenserAbst raotCondenser iS one of the important auxiliary machines in the steam turbine unitnlecoagulation of steam in condenser is the most important process in thermal circle of thepower plant，which makes a great effect on secur
4、ity and economical operation of this kind ofunitThis thesis confirms the optimal economical operation project by studying the differentcooling rate and numbers of flowTakes a certain 600MW steam turbine for example，it isseventy for cooling rate and two for flow for the optimal projectIn addition，thi
5、s thesisdraws and analyse the characteristic curves according to the variational load and thevariationaI flux and tempreture of cooling water with the software of MatlabOn the basis ofthe characteristic curves，we carl conclude that the increase of the flux of cooling water carldecrease the vacuum pr
6、essure of condenser when the steam flow and t11e tempreture ofcooling water are determinate and the increase of the steam flow can increase the vacuumpressure of condenser when the tempreture of cooling water and the flux of cooling water aredeterminate and the increase of the tempreture of cooling
7、water Can increase the vacuumpressure of condenser when the flux of cooling water and the steam flow are determinateWhen cooling area and flux of cooling water both reduce half,or when half of condenser iScleaned，only low tempreture can assure vacuum pressure，SO it is better to clean thecondenser in
8、 winterT11iS conclusion call offer great reference for the economical operationof steam turbineKey Words：Condenser；Optimal Economical Operation Project；Characteristic CurvesII-独创性说明作者郑重声明：本工程硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。
9、与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：么互纽 日期：大连理工大学硕士研究生学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：叠垒纽导师签名：大连理工大学专业学位硕士学位论文1绪论凝汽器是凝汽式汽轮机的主要辅机之一，其作用是在汽轮机排汽口形成并维持
10、一定的真空，将汽轮机的排汽冷凝成凝结水。因此，凝汽器冷却效果的好坏直接影响机组的循环热效率，保证凝汽器换热效果良好对电厂经济运行至关重要。11凝汽器国内外现状111凝汽器的分类就蒸汽动力装置的广泛意义而言，可按其配置对象分为蒸汽机凝汽器和汽轮机凝汽器，主凝汽器(配置于主机)和辅凝汽器(配置于辅机)，固定式(电站)凝汽器和运输式(船舶、机车)凝汽器；按电站汽轮机功率大小的概念，可相应地分为大型、中型、小型凝汽器；按蒸汽凝结的方式，可分为混合式凝汽器和表面式凝汽器。表11大型凝汽器分类Fig 11 finds of big condenser600MW机组凝汽器最佳经济方案选择及特性分析电站凝汽器
11、仅限于采用表面式凝汽器，其中冷却介质与蒸汽被冷却表面隔开互不接触，以保证得到适用于锅炉或蒸汽发生器给水的洁净的凝结水。当有部分蒸汽不流经管束而直接流向凝汽器热井去加热凝结水，减小乃至消除凝结水过冷度，则称之为回热式凝汽器，现代大型电站凝汽器均取这种型式。综上所述，大型电站凝汽器是一种以水做冷却介质的表面式、间热式凝汽器。大型电站凝汽器还可按其布置、冷却水供水进水方式、总体构造型式等分类如表12所示。112凝汽器的运输组合方式随着汽轮机组容置的增大，凝汽器尺寸增加，分段运输法的采用也受到运输条件和制造厂车间加工组合条件的限制，因而出现了大件运输组合法。这种方法的特征是：冷却管的安装、胀管在电站工
12、地进行，壳体乃至喉部分割成若干大件运输至工地：在工地组合、装管、胀管和水压试验，并进行整台凝汽器的安装和连接固定。这是目前我国中、大型凝汽器，(包括从国外引进的凝汽器)广泛采用的运输组合方式。但是必须指出，这种运输组合方式存在一些缺点，特别是当凝汽器尺寸进一步增加时，例如对于1000MW级火电、核电机组凝汽器，这些缺点就更突出。凝汽器大件运输组合法的主要缺点有下列6条。(1)为了保证各大件在工地顺利地组合，各大件在制造厂车间应进行对中和试组合。这往往受车间空间条件限制而无法进行。(2)由于车间起吊高度的限制，将单个大件竖起来装焊的条件也感常不具备。(3)受运输的影响是多方面的。铁路运输对构件尺
13、寸大小有严格限制。为了创造公路运输条件，其代价一般也是很大的。如果采用水路运输，则构件尺寸大的问题易十解决，但是也存在厂外运输、港口码头的租用或建设、上岸后清路和运输费用高等一系列问题。(4)箱形结构的壳体及喉部一经分割，强度便受削弱113真空系统漏气点的查找本文介绍采用以高真空技术已使用过的仪器为基础的新的找漏方法一卤素检漏仪查找漏气点。苏联大型机组是采用方法的典型实例。利用卤素检漏仪查找漏气点的基本原则是，当炽热状态下的铂处在含有卤素气体(氟氯烷、四氧碳等)的工质中时，铂的离子发射作用将显著增强。假如用含有卤素的气体吹扫真空系统中某一不严密处，并在凝汽器抽气处装设传感器，则该气体将与漏气一
14、起进入真空系统，从而在传感器上将有所反映。如果传感器上没有信号反映，则表明所试验处气密性良好。作为试剂的气体，通大连理工大学专业学位硕士学位论文常采用氟利昂12，它便宜，无毒，与金属不起化学作用。在可能漏气处，采用小尺寸、可用手搬动、装有软管的罐子，向其中喷吹氟利昂。卤素检漏器的测量装置用软管与大气型或真空型传感器相连，采用大气型传感器的卤素检漏器适用于配置射汽抽气器的汽轮机组。114国外电站凝汽器钛冷管应用概况(1)日本是世界上较早在电站凝汽器上试用、推广应用钛冷却管的国家。60年代，为了对付铜合金冷却管腐蚀破坏严重的局面，几乎同时开展了APF铝黄铜管、AP青铜管和钛管的试制、试用工作。曾经
15、将10根钛冷却管装在实际电站疑汽器上进行了为期达10年的详细考察和试验研究工作，得出了非常宝贵的有重要意义的结论：可以生产制造出质量良好的薄壁(O3mm及05mm)焊接访管，而且其耐腐蚀性能优于所有其它冷却管材。70年代初，他们将冷却管装于凝汽器整个空气冷却区继续试用、试验，得出了很好的经验和教训。从80年代初开始，日本逐步推广应用并出口全钛(钛冷却管和钛管板)凝汽器。从1970年到1985年日本电站凝汽器冷却管的选材变化情况可以看出：从1975年以后，核电凝汽器用冷却管已超过火电凝汽器；从1980年以后，就核电凝汽器而言，采用钛管的冷却面积已远远超过来用铝黄钢管的冷却面积。(2)法国是世界上
16、核电发展较快的国家。在电站凝汽器上应用钛冷却管方面，法国起步稍晚，但是发展很快，特别是1000MW级核电站机组凝汽器，只要是海水或咸水冷却的，都采用钛泠却管。法国钛冷却管的推广应用也是从几十根到几百根管的试制、试用、试验开始的，还专I-JN造过采用660根钛冷却管的模型凝汽器，均取得了预想的效果。法国阿尔斯通一大西洋公司的子公司德拉斯威尔公司从1975年至1985年期间生产并投入运行的钛冷却管大型凝汽器达20台，钛冷却管总长达1 8000km。(3)英国是世界上最早将钛管用作凝汽器冷却管的国家，。早在50年代末便取得了在凝汽器上试用无缝钛冷却管的成功，并于1960年便在6个电厂的凝汽器上推广应
17、用。英国至今还是世界上唯一先期大量采用无缝钛管作为凝汽器冷却管的国家。据报导，截至1977年，英国在20多台中、大型凝汽器中采用约2700km长(约5500的无缝钛冷却管。直到1978年，才开始改为生产、使用有缝焊接钛冷却管。(4)美国是世界上最早(1972年)在大型电站机组(500MW)凝汽器上全部采用薄壁焊接钛冷却管的国家。美国还是世界上迄今为止在电站凝汽器上采用钵冷却管数量(k m)最多、重量(t)最大的国家。据粗略统计，从1971年至1984年，美国30多个电厂的48台凝汽器采用了钛冷却管，其中多数是整台凝汽器全部采600MW机组凝汽器最佳经济方案选择及特性分析用钛冷却管。美国ASTM
18、 B338是明确适用于凝汽器及其他换热器的无缝钛管、有风焊接钛管供货验收技术标准，是其他国家制定换热器钛管技术标准(如JISH4631、VLR St656、VDM titanium)的基础。115凝汽器的胶球清洗凝汽器的胶球清洗是指在运行的凝汽器的冷却水中投入一定数最的胶球、使它们连续地在冷却管内循环流过，对冷却壁管内起着清洗作用。50年代初在德国首次研冶成功的凝汽器胶球连续清洗装置，几十年来在各国电站汽轮机组运行中获得了广泛的应用。最近多年来，我国电站广泛采用了胶球清洗装置，取得较好的经济效果，可大致归纳如下：(1)降低凝汽器的端差，提高真空度，节约燃料。例如，一台50MW机组凝汽器的端差，
19、由于采用了胶球清洗装置，由原来的1l下降至67。C，全年可节约标准煤1500t。(2)可实现不停机、不减负荷清洗凝汽器，保证机组的满发和超发。(3)改善了劳动条件，节省了劳动力(4)延长了冷却管的使用寿命。12本文所要研究的主要内容随着我国电力市场体制的逐渐完善，竞价上网的全而展开，对汽轮机运行经济性提出了更高的要求。其中，大容量汽轮机主要辅机的合理运行方式对汽轮机的运行经济性产生很大的影响。在汽轮机众多的辅助设备中，当给水泵采用小汽轮机带动后，冷却水系统中的循环水泵成为耗电量最大的设备，约占汽轮发电机组额定发电量的115，这就要求汽轮机运行部门根据当时的汽轮机负荷和冷却水温度，及时调整冷却水
20、系统的运行方式，调整循环水泵的运行台数，实现冷却水系统的优化运行，保持凝汽器在最佳真空下运行，最大程度地提高汽轮机的运行经济性，可以减低发电煤耗，节约资源。我国从20万千瓦机组开始就已经进行了背压的技术经济论证，通过论证确定出机组运行最经济的背压，同时兼顾电厂循环水泵耗功和凝汽器的结构尺寸及造价等因素，全方面考虑各种因素(包括机组运行经济性，燃料价格，凝汽器造价等)，确定一最好的凝汽器设计方案是非常有必要的。通过汽轮机、凝汽器变工况计算相结合可以得到不同机组负荷、不同循环水进水温度下循环水泵的合理运行方式。据了解，许多电厂都是根据往年循环水进水温度的规律按照季节下发循环水泵运行方式，这种方法没
21、有充分考虑昼夜负荷-4-大连理工大学专业学位硕士学位论文及循环水进水温度的变化，具有一定的局限性，所以在凝汽器变下况下对循环水泵的机组负荷切换点的计算是非常重要的。本论文将从确定最佳凝汽器的设计方案，到最后研究凝汽器的变工况特性，对凝汽器的进行一次全面综合的分析。通过本论文的撰写，将掌握凝汽器的基本知识，为电厂机组运行提供依据，提高电厂的经济效益，并节约国家资源。6001vIW机组凝汽器最佳经济方案选择及特性分析2凝汽器的压力计算本章主要介绍凝汽器的功用、结构特点、工作原理以及凝汽器压力的计算方法。21 凝汽器的功用211凝汽器的功用凝汽器的主要用途有两个：一是在汽轮机排汽口处建立并保持规定的
22、真空度，使进入汽轮机的蒸汽膨胀到尽可能低的压力，从而增加汽轮机中蒸汽的理想焓降，以提高汽轮机装置的循环热效率；另一是将汽轮机排汽凝结成水，作为洁净的凝结水送回锅炉中重复使用。一般说来，在汽机进汽温度不变的条件下，凝汽式汽机的排汽温度每降低lOC，装置的热效率约可增加35；在凝汽式汽机通常的背压范围内，背压每降低O01绝对大气压，汽轮机功率平均增加12。可见，降低汽机排汽压力对提高机组热经济性是非常显著的。212凝汽器的工作原理除背压式汽轮机外，凡是凝汽式汽轮机都有凝汽设备。以水作冷却工质的凝汽设备是由冷凝汽、循环水泵、凝结水泵、抽气器等主要部件以及这些部件之间的连接管道和附件所组成。图21是最
23、简单的凝汽设备示意图。l一凝结水泵一蒸汽 一冷却水蒸汽空气混合气蒸汽图21凝汽设备示意图Fig21 the sketch map of condenser device大连理工大学专业学位硕士学位论文循环水泵把冷却水不断地送入凝汽器的冷却管子中，冷却器中的汽机排汽受到冷却水的冷却后，在冷却管外凝结成水，排汽凝结时放出的热量通过冷却管壁传递给冷却水，并被冷却水带走。凝汽器底部的凝结水由凝结水泵抽出，送往锅炉作为锅炉给水。在凝汽器中，由于比容很大的汽机排汽受到冷却凝结成水后，体积骤然缩小(压力为O05绝对大气压的干蒸汽凝结成水时，体积约缩小27000倍)，而凝结水集结在凝汽器底部，从而在凝汽器原来
24、被蒸汽充填的空间中形成了高度的真空。这就是凝汽器形成真空的原理。由于凝汽器处于真空条件下工作，外界空气会通过凝汽设备及管道的不严密处漏入凝汽器的汽侧空间，使凝汽器内压力升高，因此，必须用抽气器将这些不凝结的空气连续不断地从凝汽器中抽出，以便维持凝汽器内的高度真空。213凝汽器的要求现代大机组的冷疑器必须满足下列要求：(1)要有较高的传热系数和合理的管束布置要使传热效果好，主要是通过合理的管束布置来达到。同时，管束布置还关系到蒸汽空气混合物的流动阻力以及凝汽器的除氧效果。合理的流道还能使蒸汽负荷均匀地分配于管束，也有利于热量的传递。如能使凝结水始终维持饱和温度，根据热力除氧原理，蒸汽中所含气体不
25、可能溶于凝结水中，采用转移轴线的方式排列管束，可减少上部凝结水对下部管束的滴淋，既维持了凝结水温度，又改善了传热，并且对减少汽阻也有利。设置专门通道，又可使蒸汽对水进行回热，确保凝结水温度不致低于饱和温度。(2)凝汽器本体及真空系统要有高度严密性凝汽器水侧压力大干汽侧压力，若水侧密封不严，冷却水将渗漏入凝结水中，使凝结水污染，严重恶化凝结水品质，这对高参数的热力设备是个极大的成胁，特别是配直流锅炉的机组对水质要求更为严格，因此，要求水侧有高度严密性。同样，如汽侧密封不严，空气将漏入凝汽器中，影响凝汽器的传热条件，降低真空度，因此，要求汽侧有高度严密性。(3)汽阻和冷凝水的过冷度要小蒸汽空气混合
26、物在凝汽器管束间流动时，由于存在蒸汽流动阻力(称为汽阻)，故从凝汽器进口到抽气口，绝对压力要降低一些，从而使凝结水过冷度和含氧量增大，因此，应力求尽量减小汽阻。为了减小汽阻，凝汽器结构设计时可采用开设深入的足够宽但不穿通的通道，蒸汽空气混合物的流动路径要短、管束中的汽流速度要小等措施。汽阻大小与凝汽器几何尺寸、管子排列方式、抽气点一7一600MW机组凝汽器最佳经济方案选择及特性分析位置、排汽量和冷却水温等因素有关。对于大型机组来说，汽阻一般为23毫米水银柱。为了减小过冷度，可采用回热式凝汽器，将凝汽器上部一部分蒸汽经过蒸汽通道直接进入凝汽器下部的热井中加热凝结水，使凝结水温度接近或达到排汽压力
27、下的饱和湿度。对于现代大型机组来说，要求送往锅炉的凝结水过冷度不超过05-1。(4)水阻要小一般双流程凝汽器水阻在5米水柱以下，单流程凝汽器水阻也不超过4米水柱。管子内冷却水平均流速为1720米秒，单流程可取其中高值。(5)凝结水含氧量要少凝结水含氧量增加会引起管道腐蚀，并使凝结水中产生氧化铁离子。这些离子沉积到锅炉管子上会引起爆管。一般高压机组要求凝结水的含氧量应小于0。03毫升升。除了在管束布置上应尽量减小汽阻外，目前大型凝汽器中均设有淋水盘和溅水角钢，借以增加凝结水表面积，再辅之以回热蒸汽，进行真空除氧，因而可保证对含氧量的要求。(6)清洗冷却水管要方便随着机组容量不断增大，凝汽器冷却面
28、积随之越来越大，冷却水管的根数和长度均大幅度增加。如国产30万千瓦火电机组的凝汽器就有共巾201毫米，长l 1406毫米的铜管21552根。如此大量管子若靠人工清洗，则劳动强度大，检修工期长，因此，必须考虑采用机械、胶球或化学方法进行清洗。(7)便于运愉和安装小型凝汽器均制成单一的整体。大型凝汽器的体积和重量太大，如制成单一整体，运输和起吊均有困难，一般把凝汽器分成若干部分，实行分散运输，在工地进行拼接。通常，是把热井、水室、接颈都独立装成一件，再和拆开的冷凝壳体分成几个大件分散运输的。22凝汽器压力的确定方法凝汽器汽侧蒸汽处于饱和状态，所以只要能确定凝汽器内的蒸汽凝结温度，就能根据饱和水蒸汽
29、表求得对应的饱和蒸汽压力。在理想情况下，蒸汽凝结温度等于冷却水进口温度。但实际上，因为冷却面积总是有限的，要将蒸汽凝结时放出的汽化潜热通过管壁传给冷却水，蒸汽和冷却水之间必须维持一定的传热温差，又因冷却水量有限，冷却水吸热后温度还要升高，所以蒸汽凝结温度高于冷却水进口温度。大连理工大学专业学位硕士学位论文蒸汽和冷却水的温度沿着冷却面积的变化如图2所示。由图可见，冷却水温度由进口的twl上升到出口的tw2。在凝汽器喉部，蒸汽中空气相对含量极小，所以凝汽器压力即等于蒸汽压力，喉部蒸汽温度也就等于凝汽器压力Pk下的饱和蒸汽温度ts。由于汽阻的存在，凝汽器各部分的压力不同，但汽阻一般较小，不超过5毫米
30、水银柱，故如忽略了汽阻影响，Pk沿冷却面积不变，因而在冷却面积的主要凝结区，蒸汽温度沿冷却面积并不改变，只是到了最后的空气冷却区，由于蒸汽己大量凝结，蒸汽中的空气相对含量增加，蒸汽分压力P。才显著低于凝汽器压力pk，对应的蒸汽饱和温度才有较明显的下降。十I牵钾_ 十s蒸汽 I厂 f ，t w兰，7F-o 一 L一图22蒸汽和冷却水的温度随冷却面积变化而变化曲线Fig22 the curves of temperature of steam and cooling water with the variety of cooling areo与凝汽器压力pk对应的饱和蒸汽温度ts，可按下式求出：t
31、=f们+，+国 (21)其中， twl一冷却水进口温度，；At=，。2一f。I，为冷却水温升，；国=ts-tw：，为凝汽器端差，即凝汽器压力下凝结水的饱和温度与冷却水出口温度之差，：600MW机组凝汽器最佳经济方案选择及特性分析在此指出，由于冷却水进水端的蒸汽和冷却水的温差大于出水端，致使单位面积热负荷也较大，因此，图22所示冷却水温变化曲线在进水端变化较陡，在出水端较缓慢。221冷却水温升t的确定根据蒸汽放热量等于冷却水吸热量的热平衡方程式，冷却水温升t可按下式确定Q=Ok(fk一辊)=WC(tw2一twl)=形At (22)其中， Q凝汽器的传热量或总热负荷，kcalh；Dk凝汽器的进汽量
32、，kgh；ik，ik_一排汽及凝结水焓，kcalkg；twI， t、jv2冷却水进出口温度，；W一冷却水流量，kgh：C一水的比热，对于淡水，其值为l；所以(22)式可改写成： 岔：丝二丝m (23)其中朋=，表示凝结单位重量蒸汽所需的冷却水量的倍数，称为凝汽器的冷 却涪率。m值越大，则At越小，就可达到较低的凝汽器压力，但增大了冷却水量和循环水泵的耗功。现代凝汽器的m值在50120范围内。在多流程凝汽器中，采用直流供水系统时，m多取在5070之间，采用循环供水系统时，m可达90；而在单流程凝汽器中，m则达100120，当冷却水的水头很低或温差很小时，m甚至达250。在多流程凝汽器中，冷却温升
33、At多数在7511，而采用直流供水时则降至65，合理的值应通过经济比较来决定。式(23)中的分子ikik是每kg蒸汽凝结时放出的汽化潜热，在通常的电站凝汽器压力变动范围内，其值变化不大，约为510530kcalkg，若取其平均值，则大连理工大学专业学位硕士学位论文At：530m (24)上式表明，冷却水温升At主要取决于冷却倍率m。222凝汽器端差6 t的确定凝汽器端差6 t和传热量、传热系数及冷却面积有关。在传热量和传热系数一定时，6 t随冷却面积的增大而减小。设计凝汽器时，6 t一般在310内选取。对多流程凝汽器，6 t取455。对单流凝汽器，6 t取79。冷却水进口温度“l，根据水源和气
34、候资料确定。At，6 t和twl，确定后，就可按(21)式求出ts，再由水蒸汽表查得与ts相对应的饱和蒸汽压力，此即为凝汽器压力Pk。凝汽器的最佳设计压力与制造上及运行上的许多具体条件有关，必须通过全面的技术经济比较才能确定。目前，我国固定式电站凝汽式汽轮机的设计背压一般在O04007绝对大气压，对移动式和船用机组，因为冷却水量不足，或者是为了缩小凝汽器尺寸，汽机设计背压取得较高，船用机组背压大致在006-4)1绝对大气压，列车电站按01绝对大气压设计。223凝汽器的极限真空和最佳真空随着汽机排汽真空的提高(即排汽压力降低)，汽机内蒸汽的理想焓降增大，汽机的经济性也相应提高。但排汽真空不是越高
35、越好，而有一定限度。对某一确定的汽机排汽量来说，随着排汽真空的不断提高，汽机功率的增量开始增加较快，而后逐渐减少。当排汽真空提高到某一值时，蒸汽在末级动叶道斜切部分内的膨胀达到最大限度，此时，若继续提高真空度，蒸汽的进一步膨胀只能在动叶道以外进行，在给定的流量和蒸汽初参数下，汽机功率不再增加。通常，把汽机作功达到最大值时对应的排汽真空，叫做凝汽器的极限真空。600MW机组凝汽器最佳经济方案选择及特性分析N冷却水增量V图23凝汽器的最佳运行真空Fig23 the optimal operation vacuum of condenser冷凝汽的极限真空并不一定等于最佳运行真空。因为在冷却水温不很
36、低的条件下，要达到极限真空，往往需要消耗大量冷却水，使循环水泵耗功必然增大(通常，循环水泵耗电量占总发电量的1535，在达到极限真空前，循环水泵耗功的增量ANp就有可能超过汽机功率的增量Nr，此时，若继续提高凝汽器真空，电站出力反而降低。为了保证机组的热经济性，凝汽器必须在最佳真空下运行。当因凝汽器真空提高而获得的汽机功率增量与循环水泵消耗的功率增量之差达到最大值时对应的真空值，叫做凝汽器的最佳真空。见图23。由于冷却水量不能连续调节，所以实际上，对每台汽轮机组都应通过试验确定不同排汽量及不同冷却水进口温度下的最佳运行真空。在电厂中，一般是通过不同负荷下合理调整循环水泵运行的台数来达到。23多
37、压凝汽器以上讨论的是单压凝汽器，即汽轮机只有一个排汽压力。但由于汽轮机单机功率的增长和多排汽口采用多壳体凝汽器的结果，近年来，有些大功率机组采用了多压凝汽器。所谓多压凝汽器，就是凝汽器的汽室被分隔成两个或两个以上互不相通的独立部分，汽机各排汽口的排汽分别导入压力不同的汽室凝结，冷却水则串行通过各汽室的管束而进行冷却的凝汽器。因为各汽室的冷却水进口温度不同，各汽室建立的压力也就不同，所以汽机各低压缸分别在多个不同的背压下运行。大连理工大学专业学位硕士学位论文冷却水进口 冷却水出口0)冷却水进口一(工二三三二二三三二卜冷却水出口(b)图24汽轮机凝汽器的单压和多压运行方式的示意图Fig24 the
38、 sketch map of operational method of single pressure and multipressure of condenser图24为一台四排汽口汽轮机凝汽器的单压和多压运行方式的示意图。其中图(a)为一般的单流程单压凝汽器，汽轮机各排汽口都在同一凝汽器压pk下运行。若用一隔板将凝汽器汽室分为互不连通的两部分，而冷却水流程不作任何改变，就得到一台双压凝汽器，如图24(b)所示。此时，由于冷却水进口侧汽室内的冷却水温度较冷却水出口侧低，故其压力P要低于冷却水出口侧汽室压力pI(2，这样，在同一台凝汽器内形成了两个不同的压力，汽机的排汽就分别在两个不同的背压
39、下运行。同理，也可设计成三压或四压凝汽器。通常，凝汽器汽室数目越多，冷却倍率越小，采用多压冷凝的效益越大。这从图25清晰可见。由此可知，在冷却水缺少和汽温较高的地区，采用多压凝汽器较为有利。一般来说，采用多压凝汽器时，机组热效率大致可提高015-025。如能将低压汽室的凝结水没法送入高压汽室，再利用高压汽室温度较高的蒸汽将它加热到高压汽室的凝结水温度，则凝结水泵进水温度将高于汽机平均排汽温度(多压凝汽器各汽室温度的算术平均值)，因而循环热效率又得到进一步提高。计算表明，低压汽室凝结水被加热到高压汽室凝结水温度后，机组热耗率的减小量约为采用多压凝汽器热效益的1020。600MW机组凝汽器最佳经济
40、方案选择及特性分析rlr1)己I：010005。?，n=6卟 必 ，：，+ ，一 。么 多 多螽爹多多 -C,0压3压双压6压5 10 15 己0 25tw l，图25凝汽器单压和多压运行方式效益比较曲线Fig25 the benefit compared curves of single pressure and multi-pressure of condenser一14-大连理工大学专业学位硕士学位论文3凝汽器的热力计算凝汽器热力计算的任务是根据给定的设计参数，即被凝结的蒸汽量Dk、汽轮机排汽洽ik，凝汽器绝对压力pk及冷却水进口温度twl，确定凝汽嚣的冷却面积和主要结构尺寸，并绘制凝汽
41、器的变工况特性曲线。或是在电厂中，根据已有凝汽器的实际条件校核其传热效果，作为确定增减已有凝汽器冷却面积的依据。凝汽器热力计算的基本方程是热平衡方程与传热方程。热平衡方程：巩(f七一辊)=W(tw2一twl) (31)传热方程：F=盈亟二叠2：生KAtcp KAtcp (32)其中，Q-全部凝结蒸汽的放热量，kcalh； F_冷却水管外表面总面积，m2；K冷疑器的总体传热系数，kcalm2h。Ctc。对数平均温差，：31传热系数的确定凝汽器的传热系数由其热阻决定，而凝汽器的热阻由水侧放热热阻RW、管壁的热阻，及汽侧的放热热阻Rs组成，其中Rw与都可较精确地求得，且均沿冷却表面变化不大，唯独汽侧
42、放热系数as(或风)与许多因素有关(如蒸汽空气混合物流速、混合物中的空气相对含量及管柬排列方式等)，因为汽气混合物的流速、流量、空气相对含量及管壁上的凝结水膜厚度沿着蒸汽流动方向都在不断变化，所以汽侧放热热阻R(或as)沿冷却表面变化很剧烈，因而使凝汽器的总热阻，亦即凝汽器的传热系数沿冷却表面变化很大。工程上广泛应用总体传热系数(即利用全部冷却面积的假想平均传热系数)的实验数据来确定总冷却面积、通过各种结构形式的凝汽器在不同工作条件下的工业试验可得到总体传热系数h的实验曲线。在整理传热系数试验数据时，F为已知，每一工况的Q可以测出，此时要求出总体传热系数就得确定平均温差(见式32)。6001V
43、lW机组凝汽器最佳经济方案选择及特性分析32对数平均温差的计算凝汽器内的蒸汽与冷却水交叉流动，冷热两流体间的温差沿整个传热面是不相同的，这时为了比较精确地求取平均温差，通常都约定以对数平均温差作为假定的平均温差来求出总体传热系数。在计算对数平均温差时，又不考虑汽阻及空气含量对汽温的影响，认为蒸汽放热是在温度不变(等于t。)的条件下进行的，而冷却水吸热过程中的温升是按曲线关系进行的，因而对数平均温差的计算式可简化为f印2面tw2-twl 2叠A巫tr一一t,2 擅 (33)其中，ts与凝汽器进汽压力相对应的饱和温度；At冷却水温升，由式(14)确定；6 t传热端差，6凰一tw2。由K的试验数据整
44、理方法可知：1)因平均温差不是真实的，故所得总体传热系数也不是真实的平均传热系数：2)总体传热系数与平均温差计算方法有关；不同的平均温差计算方法，就可得出不同的总体传热系数，因此有若干个计算传热系数的经验公式；3)在应用总体传热系数时，平均温差的计算方法必须与整理试验数据时所用的一致。下面介绍一种按对数平均温差整理而得的常用的总体传热系数计算公式：K=3500flflwfltflzfld (341其中，k一总体传热系数，kca时-h*CB清洁系数，直流供水时，ta=O8085：冷却水较脏时B=065075；B、广冷却水流速与管径修正系数B w=B。循环供水时，13=075-4)80；其中B：粤
45、x：o12p(1+015twl) 刈盔 。其中，twl为冷却水进口温度， C、广为冷却水流速，dl为冷却管内径；B广冷却水进121温度修正系数(35)大连理工大学专业学位硕士学位论文pt=l一警(35咖广 (36)B：_一冷却水流程数Z修正系数尾小百z-2(1一等) (37)B广凝汽器负荷率(d尼：冬)修正系数当dk在设计值(1kn与临界值dk。=(O9-0012铆)dh之间变化时，B d=1。当dkdk。时，B d=6(26)，其中8_-_dk。新设计的凝汽器B d=1。akc式(23)适用于twl35。C， Cw=09-3米秒时，管材为黄铜严密性好的凝汽器。如管材采用铝黄铜，还应乘以材料修
46、正系数096。33水阻计算冷却水在凝汽器中的流动阻力(水阻)On-部分组成，即冷却水在凝汽器冷却管内的流动阻力，冷却水进出冷却管时的局部阻力，以及冷却水在水室中的流动阻力。在近似计算时，可用下面的经验公式估算水阻日=等Z(00163L“46 8)其中，H凝汽器水阻，米水柱oC冷却管中水速，米秒；卜流程数，L冷却管长度，米；dl管内径，米。一般单流程凝汽器总水阻在4米水柱以下，在双流程凝汽器中则不超过8米水柱。34汽阻计算凝汽器热力计算中，必要时还应核算汽阻。对近代的汽流向心或向侧的回热式凝汽器，可按以下经验公式近似计算汽阻600MW机组凝汽器最佳经济方案选择及特性分析卸=c面Dkv-V“ (3
47、9)其中，p汽阻，毫米水银柱；C与管束布置形式有关的系数，一般在(1。21。8)104之间；D k凝汽量，kglh,v-一凝汽器压力下的干饱和蒸汽比容，米3kg，d2冷却管外径，毫米；I冷却管长度，米；ns冷却管总数，n-no宰Z大连理工大学专业学位硕士学位论文4凝汽器多方案设计计算与比较本章将通过论证凝汽器与火电厂的经济性来确定冷凝器的最佳经济方案。要提高汽轮发电机组的效率可以从两方面来进行：一是提高汽轮机本身的通流效率；二是提高机组的循环效率。提高循环效率的主要方法是提高汽轮机的进汽初参数和降低机组终参数。从我国装机参数的发展来看，由50年代的中压机组(初参数392MPa，400)到60年
48、代的高压机组(882MPa，535)，机组效率约提高10以上，由70年代安装的超高压机组(1274MPa，535)到近期发展的亚临界机组(1666MPa，535)，机组效率又提高约1之。目前，世界上一些工业发达国家均发展大容量超临界机组(2352MPa,540)，目的也是为提高汽轮发电机组的循环效率。同样，降低机组终参数也能大大提高循环效率。因为随着背压的降低，汽轮机的排汽温度也相应下降，传给循环冷源的热量减少，从而使机组循环效率相应增加。从热力学观点来分析，若汽轮机组的真空下降1，则汽轮机的汽耗将上升2左右，热耗增加1。若真空变化098kPa，则影响机组热耗5063kJkWh。因此，在目前提高机组初参数的条件受到一定限制的情况下，从设计、制造和运行中如何保证凝汽器的安全运行来提高汽轮发电机组的经济性得到各方面的重视。在上述背景下，国内外竞相开展了凝汽器的最佳经济方案的研制工作。凝汽器内蒸汽的凝结是通过冷却水来达到的，而冷却水要由循环水泵把水打入凝汽器，通过铜管把蒸汽凝结下来，这样就要消耗一定的功率。而不同结构、不同尺寸的凝汽器的造价也是不同的。对于容量不太大的机组的凝汽器设计时往往可以参考已有的机组进行设计，而且凝汽器的造价和循环水泵的耗功都不太大，选择最经济设计方案的意义不是太大。从20万千瓦机组开始进行了
