凝汽器真空度對(duì)汽輪機(jī)效率的影響分析

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1、凝汽系統(tǒng)及凝汽器真空影響因素摘要凝汽設(shè)備是汽輪機(jī)組的重要輔機(jī)之一，是朗肯循環(huán)中的重要一節(jié)。對(duì)整個(gè)電廠的建設(shè)和安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有著決定性的影響。從循環(huán)效率看，凝汽器真空的好壞，即汽輪機(jī)組最終參數(shù)的高低，對(duì)循環(huán)效率所產(chǎn)生的影響是和機(jī)組初參數(shù)的影響同等重要的。雖然提高凝汽器真空可以使汽輪機(jī)的理想焓降增大，電功率增加，但不是真空越高越好。影響凝汽器真空的原因是多方面的，主要有：汽輪機(jī)排氣量、循環(huán)水流量、循環(huán)水入口溫度等。關(guān)鍵詞：朗肯循環(huán)；汽輪機(jī)；凝汽器；真空-11-2凝汽器性能計(jì)算及真空度影響因素分析提高朗肯循環(huán)熱效率

2、的途徑①提高平均吸熱溫度的直接方法是提高初壓和初溫。在相同的初溫和背壓下，提高初壓可使熱效率增大，但提高初壓也產(chǎn)生了一些新的問題，如設(shè)備的強(qiáng)度問題。在相同的初壓及背壓下，提高新汽的溫度也可使熱效率增大，但溫度的提高受到金屬材料耐熱性的限制。。②降低排汽溫度在相同的初壓、初溫下降低排汽溫度也能使效率提高，這是由于循環(huán)溫差加大的緣故。但其溫度下降受到環(huán)境溫度的限制。-11-2.2凝汽系統(tǒng)的工作原理圖6.1是汽輪機(jī)凝汽系統(tǒng)示意圖，系統(tǒng)由凝汽器5、抽氣設(shè)備1、循環(huán)水泵4、凝結(jié)水泵6以及相連的管道、閥門等組成。圖6.1汽

3、輪機(jī)凝汽系統(tǒng)示意圖1-抽氣設(shè)備；2-汽輪機(jī)；3-發(fā)電機(jī)；4-循環(huán)水泵；5-凝汽器；6-凝結(jié)水泵凝汽設(shè)備的作用主要有以下四點(diǎn)[9]：（1）凝結(jié)作用凝汽器通過冷卻水與乏汽的熱交換，帶走乏汽的汽化潛熱而使其凝結(jié)成水，凝結(jié)水經(jīng)回?zé)峒訜岫鳛殄仩t給水重復(fù)使用。（2）建立并維持一定的真空這是降低機(jī)組終參數(shù)、提高電廠循環(huán)效率所必需的。（3）除氧作用現(xiàn)代凝汽器，特別是不單設(shè)除氧器的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的裝置中的凝汽器和沸水堆核電機(jī)組的凝汽器，都要求有除氧的作用，以適應(yīng)機(jī)組的防腐要求。（4）蓄水作用凝汽器的蓄水作用既是匯集和貯存凝結(jié)

4、水、熱力系統(tǒng)中的各種疏水、排汽和化學(xué)補(bǔ)給水的需要，也是緩沖運(yùn)行中機(jī)組流量急劇變化、增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定性的需求，同時(shí)還是確保凝結(jié)水泵必要的吸水壓頭的需要。為了達(dá)到上述作用，僅有凝汽器是不夠的。要保證凝汽器的正常工作，必須隨時(shí)維持三個(gè)平衡：熱量平衡，汽輪機(jī)排汽放出的熱量等于循環(huán)水帶走的熱量，故在凝汽系統(tǒng)中設(shè)置循環(huán)水泵。質(zhì)量平衡，汽輪機(jī)排汽流量等于抽出的凝結(jié)水流量，所以在凝汽系統(tǒng)中必須設(shè)置凝結(jié)水泵?？諝馄胶猓谀骱推啓C(jī)低壓部分漏入的空氣量等于抽出的空氣量，因此必須設(shè)置抽氣設(shè)備[14]。-11-凝汽器內(nèi)的真空是通過

5、蒸汽凝結(jié)過程形成的。當(dāng)汽輪機(jī)末級(jí)排汽進(jìn)入凝汽器后，受到循環(huán)水的冷卻而凝結(jié)成凝結(jié)水，放出汽化潛熱。由于蒸汽凝結(jié)成水的過程中，體積驟然下降（在0.0049MPa的壓力下，水的體積約為干蒸汽體積的1/28000倍），這樣就在凝汽器容積內(nèi)形成了高度真空。其壓力為凝汽器內(nèi)溫度對(duì)應(yīng)的蒸汽飽和壓力，溫度越低，真空越高。為了保持所形成的真空，通過抽氣設(shè)備把漏入凝汽器內(nèi)的不凝結(jié)氣體抽出，以免其在凝汽器內(nèi)逐漸積累，惡化凝汽器真空[15]。2.2凝汽器性能指標(biāo)在電廠中，需要監(jiān)測(cè)凝汽器的性能指標(biāo)包括真空度、端差、循環(huán)水溫升、凝結(jié)水過冷

6、度及水側(cè)冷凝管壁運(yùn)行清潔系數(shù)等[16]。凝汽器中蒸汽和循環(huán)水溫度變化情況見圖6.2。圖6.2凝汽器中蒸汽和循環(huán)水溫度沿冷卻面的分布凝汽器的真空度是指大地大氣壓與凝汽器內(nèi)壓力之差，即：(6.1)式中：為真空度，Kpa；為大氣壓力，Kpa；為凝汽器壓力，Kpa。凝汽器端差是指汽輪機(jī)背壓下飽和溫度與凝汽器出口循環(huán)水溫度的差值，即：(6.2)-11-式中：為端差，℃；為凝汽器壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度，℃；為凝汽器出口處循環(huán)水溫度，℃。凝汽器循環(huán)水溫升是指循環(huán)水流經(jīng)凝汽器后溫度的升高值，即：(6.3)式中：為端差，℃；為凝汽器

7、進(jìn)口處循環(huán)水溫度，℃。凝汽器凝結(jié)水過冷度是指凝汽器壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度與凝汽器熱井水溫度的差值，即：(6.4)式中：為凝結(jié)水過冷度，℃；為凝汽器熱井水溫度，℃。凝汽器水側(cè)冷凝管壁運(yùn)行清潔系數(shù)是指凝汽器實(shí)際總平均傳熱系數(shù)與理想總平均傳熱系數(shù)之比，即：(6.5)式中：為水側(cè)冷凝管壁運(yùn)行清潔系數(shù)；為凝汽器實(shí)際總平均傳熱系數(shù)，按照熱平衡原理方法計(jì)算（3.2.3節(jié)介紹），w/(m2.k)；為凝汽器理想總平均傳熱系數(shù)，按照別爾曼公式方法計(jì)算（2.2.3節(jié)介紹），w/(m2.k)。(6.6)2.3凝汽器總平均傳熱系數(shù)的計(jì)算方法

8、一：熱平衡原理(6.7)式中：為凝汽器總平均傳熱系數(shù)，w/(m2.k)；為循環(huán)水定壓比熱，取為4.187kj/(kg.℃);為循環(huán)水流量，kg/s；A為凝汽器總傳熱面積，m2。方法二：全蘇熱工研究所根據(jù)實(shí)驗(yàn)和理論分析得到的別爾曼公式[13]（已修正）(6.8)-11-(6.9)(6.10)(6.11)式中：β—考慮冷卻表面設(shè)計(jì)清潔狀況和冷卻管材料及壁厚的修正系數(shù)；—循環(huán)水在冷凝管內(nèi)的流