第五章 凝汽设备及运行Word文档下载推荐.docx

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溶解氧

≤20μg/l

3

铁

≤10μg/l

4

铜

≤5μg/l

5

二氧化硅

≤15μg/l

6

油

～0mg/l

7

钠

8

PH值

8～9

9

导电率（25℃）

≤0.2μS

二、系统设备介绍

1．凝汽器

1）概述

凝汽器的主要功能是在汽轮机的排汽部分建立一个较低的背压，使蒸汽能最大限度地做功，然后冷却成凝结水，回收至热井内。

凝汽器的这种功能需借助于真空抽气系统和循环水系统的配合才能实现。

真空抽气系统将不凝结气体抽出；

循环水系统把蒸汽凝结热及时带走，保证蒸汽不断凝结，既回收了工质，又保证排汽部分的高真空。

凝汽器除接受主机排汽、小汽机排汽、本体疏水以外，还接受低压旁路排汽，高、低加事故疏水及除氧器溢流水。

荥阳电厂的凝汽器为双壳体、单流程、双背压表面式凝汽器，并列横向布置。

由两个斜喉部、两个壳体（包括热井、水室、回热管系）、循环水连通管及底部的滑动、固定支座等组成的全焊接钢结构凝汽器。

（见图５－2）

凝汽器喉部上布置组合式7、8号低压加热器、给水泵汽轮机排汽管、汽轮机旁路系统的三级减温器等。

喉部内在三级减温减压器上方布置有水幕保护装置，防止三级减温减压器失灵而使喉部温度过高。

在高压凝汽器和低压凝汽器喉部分别布置了22只喷嘴，当低压缸排汽温度高于80℃时保护动作。

汽轮机的5、6、7、8段抽汽管道及轴封回汽、送汽管道从喉部顶部引入，5、6段抽汽管道分别通过喉部壳壁引出，7、8段抽汽管接入布置在喉部内的组合式低压加热器。

壳体采用焊接钢结构，分为高压壳体和低压壳体，内有管板、冷却管束、中间隔板和支撑杆等加强件。

管板与端盖连接，将凝汽器壳体分为蒸汽凝结区和循环水进出口水室；

中间隔板用于管束的支持和固定。

管束采用不锈钢管，布置方式见图５－3。

这种布置方式的特点是换热效果好，汽流在管束中的稳定性强。

由于布置合理，凝结水下落时可破坏下层管束的层流层，改善传热效果。

凝汽器壳体下部为收集凝结水的热井，凝结水出口设置在低压侧壳体热井底部，凝结水出口处设置了滤网和消涡装置。

循环水室内表面整体衬天然橡胶并整体硫化。

凝汽器循环水采用双进双出形式，前水室分为四个独立腔室，低压侧两个水室为进水室，高压侧两个水室为出水室；

后水室为四个独立腔室，均为转向水室。

凝汽器与汽轮机排汽口采用不锈钢膨胀节挠性连接（图５－4），凝汽器下部支座采用PTFE（聚四氟乙烯）滑动支座，并设有膨胀死点及防上浮装置，补偿运行中凝汽器及低压缸的膨胀差，并避免凝结水和循环水的载荷对汽轮机低压缸的影响。

凝结水回热系统的作用在于消除凝结水的过冷和减小含氧量，提高机组的循环热效率。

低压侧壳体下部设一与低压侧壳体分隔的出水水室，出水水室通过回热管道与高压凝汽器热井连通。

其回热过程是，低压侧凝结水在重位差作用下经回热管流回高压凝汽器，与高压侧热井中回热管系相接。

回流的低压凝结水通过淋水盘与高压凝结水相遇，经过加热混合后聚集在高压凝汽器热井内。

高压凝汽器热井内的凝结水通过连通管流至低压侧出水水室，最后由凝结水泵抽出（图５－5）。

图５－2凝汽器外形图

图５－3凝汽器管束布置图５－4凝汽器与汽轮机的连接

循环水双进双出结构，先进入低压侧凝汽器前水室，斜向上流经低压管束由低压凝汽器后水室，经换向管引入高压侧凝汽器后水室，再斜向上流经高压凝汽器管束经前水室排出。

这种背压不同的两个凝汽器的折算压力总是低于结构相同的单背压凝汽器，可提高循环热经济性；

而且低压凝结水经过回热加热，可减少在热力系统中的吸热量。

抽气系统采用串联抽出系统，即空气由高压凝汽器流向低压凝汽器，经抽气管道抽出。

蒸汽由汽机排汽口进入凝汽器，然后均匀分布到管子全长上，经过管束中央通道及两侧通道使蒸汽能够全面地进入主管束区，通过冷却水管的管壁与冷却水进行热交换后被凝结；

部分蒸汽由中间通道和两侧通道进入热井对凝结水进行回热。

剩余的汽气混合物经空气冷却区再次进行热交换，少量未凝结的蒸汽和空气混合物经抽气口由汽侧真空泵抽出。

图５－5凝汽器回热系统示意图

2）N—38000型凝汽器的技术性能

凝汽器在VWO工况下，循环倍率设计为63，设计循环水温升不超过10℃，设计水温20℃。

凝汽器能在VWO工况及循环水温33℃下连续运行，并保证除氧效果。

循环水系统设有反冲洗管路，运行中可通过反冲洗管进行半侧冲洗。

当循环水半侧运行时汽轮机能达到75％的铭牌功率。

最大保证工况下凝汽器的出口凝结水过冷度不大于0.5℃，凝汽器在正常运行负荷范围内出口凝结水含氧量不超过20PPb。

热井容量不小于TMCR工况下3分钟凝结水量，其正常运行水位在高低报警之间，但不小于300mm。

当低旁投入时低压缸排汽温度不超过限定值。

凝汽器管束材料为TP317L的不锈钢管，总有效冷却面积不小于38000㎡。

凝汽器冷却管总数量36976根，具有5％以上的堵管冗余量，不影响机组带负荷能力。

凝汽器设计参数见下表５－２：

表５－2凝汽器技术参数

单位

凝汽器的总有效面积

m2

38000

抽空气区的有效面积

2280

流程数/壳体数

2/2

VWO工况循环水带走的净热

kJ/s

728683

传热系数

W/m2.℃

3311

设计循环水流量

m3/h

66024

管束内循环水最高流速

m/s

2.2

冷却管内设计流速

清洁系数

0.85

10

VWO工况循环水温升

℃

9.49

11

凝结水过冷度

＜0.5

12

凝汽器设计端差

4.78

13

水室设计压力

MPa（g）

0.4

14

壳侧设计压力

0.1～vac

15

凝汽器出口凝结水保证氧含量

g/l

20ppb

16

管子总水阻

kPa

71

17

凝汽器汽阻

0.1

18

循环倍率（设计工况）

55

19

水室重量（每个）

kg

12000

20

凝汽器净重

865000

21

凝汽器重量（运行时）

1385000

22

凝汽器重量（满水时）

2710000

23

设计背压（低压凝汽器/高压凝汽器）

kPa（a）

4.9（4.4/5.4）

2．凝结水泵

1）凝结水泵结构

凝结水泵的型式为立式筒袋式多级离心泵，共有四级叶轮。

凝结水泵主要由外壳体、出水接管、泵轴、四级叶轮、联轴器、密封部件、泵座等部件构成。

凝泵结构示意图见图５－6。

凝结水由吸入管经外壳体进入喇叭状吸入口，水流通过首级叶轮两侧的导流器被吸进首级叶轮，首级叶轮的排水由环形导叶通道引入后三级叶轮，经升压后由出水管排出。

凝结水泵将凝汽器热井中的凝结水输送到除氧器。

其工作环境恶劣，抽吸的是处于真空和饱和状态的凝结水，容易引起汽蚀，因此要求叶轮有良好的轴端密封和抗汽蚀性能，本机组凝结水泵的结构特点如下：

抗汽蚀结构特点。

凝结水泵的以下结构特点保证了其具有良好的抗汽蚀性能：

A、泵体立式安装，降低了泵的吸入口高度，提高有效汽蚀余量，改善了泵的吸入性能；

B、首级叶轮采用双吸叶轮，降低了泵的必须汽蚀余量，其材料采用具有良好抗汽蚀性能的材料CA-6NM，保证汽蚀余量均大于必须汽蚀余量；

C、首级双吸叶轮两侧设有导流器，使首级叶轮的入口水流分布均匀，降低吸入口带气的可能性；

D、首级叶轮进口处壳体设计成喇叭状，增大了吸入口的直径和首级叶轮叶片的进口宽度，使叶轮入口部分流体的流速降低，减少了泵的必须汽蚀余量；

E、外壳体上设有一个进水管排空接至凝汽器，将泵入口水中的空气抽走，防止泵吸入空气。

泵投运前必须充分注水排空，正常运行中该阀门也保持一定开度。

机械密封：

凝结水泵的轴端密封采用机械密封形式，密封性能良好。

密封水取自凝结水或凝结水补水系统。

密封水压力0.4～0.6MPa，流量在0.3～0.6m3/h。

图５－6凝结水泵结构示意图

2）凝结水泵驱动电机

凝结水泵的驱动电机采用防潮、全封闭、配有电加热器的异步电动机，电动机防护等级为IP54，电动机具有F级及以上的绝缘，温升不超过B级绝缘的温升值。

电动机的额定电压为6KV，频率为50Hz，电动机的功率因数为0.8以上，效率93%。

电动机在热态下能承受150%额定电流，过电流时间大于30秒。

在额定电压下，电动机的最大启动电流小于其额定电流的6.5倍。

电动机冷态下可连续启动二次，热态下只允许启动一次。

正常运行中，要求凝结水泵电动机轴承温度不超过80℃，各轴承座处的振动幅值小于0.05mm。

凝结水泵电机停运时，应将电机空间加热器投运，防止线圈受潮。

凝结水泵电机技术参数见表５－3。

表５－3凝结水泵驱动电机技术参数表

项目

单位

数据

型号

YLKS630-4

额定功率

KW

2000

额定电压

KV

同步转速

r/min

1500

频率

Hz

50

主要特性

效率

％

95

功率因数

0.89

堵转转矩

（倍）

0.7

堵转电流

6.5

最大转矩

1.8

绝缘等级

F

重量

Kg

10900

冷却方式

空冷

旋转方向

顺时针（从传动端向电机看）

3）联轴器

凝结水泵和电机通过挠性联轴器联接，可有效的避免电动机和泵的轴向尺寸积累误差与轴向推力的相互干扰而引起的主推力轴承超负荷而烧瓦的事故。

与刚性联轴器相比，最大限度的避免了因联接定值精度的原因引起的立式泵横向振动。

4）凝结水泵的技术性能

A、凝结水泵的型号：

NLT500－570×

4S

B、凝结水泵性能参数

表５－4凝结水泵性能参数

参数名称

设计点

正常运行工况

备注

流量

t/h

1596.1

1426.6

扬程

m

332

340

转速

rpm

1480

首级叶轮中心线处需要吸入净正压头（NPSHr）

≤5.4

泵的效率

%

83.8

83.1

运行水温

32.5

49.1

泵体设计压力/试验压力

MPa

5.0/5.0

最小流量

399

最小流量下的扬程

372

关闭压头

379

轴承座处振动保证值（双振幅值）

mm

≤0.05

C、凝结水泵主要运行参数

表５－5凝结水泵主要运行参数

项目名称

机组运行工况

正常运行点（保证效率点）

TMCR负荷

100%THA负荷

75%THA负荷（滑压）

50%THA负荷（滑压）

40%THA负荷（滑压）

凝汽器运行压力

KPa（a）

4.9

11.8

凝结水泵进口水温

进口压力

～4.9

～11.8

进口密度

kg/m3

996

989

进口流量

1389.3

1309.6

967.4

649.7

535.3

出口压力

MPa（a）

3.2479

3.3071

3.3333

3.3431

3.490

3.5676

3.5871

必须汽蚀余量

5.39

5.38

5.2

5.18

5.1

82.8

82.3

70

54

45

泵组轴功率

1722

1590

1558

1482

1344

1196

1189

D、凝结水泵性能曲线（见图５－７）

E、凝结水泵泵组主要监视点示意图（图５－８）

3．凝结水输送泵

凝结水补水系统设有两台凝结水输送泵，正常运行时均处于热备用状态

凝结水输送泵将凝结水贮水箱的除盐水输送到各个用户，为系统提供补水或启动用水。

凝结水补水的主要用户有：

凝结水系统启动注水、凝汽器的补水、加药系统的用水、凝结水泵启动初期的机械密封水源、炉水循环泵的启动及事故冷却水、除氧器上水等。

凝结水输送泵采用卧式离心式水泵，由380V交流电动机驱动。

凝结水输送泵采用机械密封型式。

运行中要求凝结水输送泵轴承振幅值小于0.06mm。

凝结水输送泵驱动电机的防护等级为IP54，电动机具有F级以上的绝缘。

电动机轴承采用滑动轴承，运行中轴承温度不得大于80℃，轴承润滑油温不得大于65℃。

凝结水输送泵及其驱动电机技术参数见表５－6、５－7。

图５－７凝结水泵性能曲线

图５－８凝结水泵泵组监视点示意图

表５－6凝结水输送泵技术参数表

凝结水输送泵

入口水温

25

介质比重

入口压力

0.07

160

173

扬程

60

2950

76

必须汽蚀余量

4.2

泵的转向（从联轴器方向看为）

顺时针

表５－7凝结水输送泵驱动电机技术参数表

电机型号

Y2225M-2

V

380

额定频率

kW

额定电流

A

81

cosØ

0.9

92

额定转速

相数

三

极数

二

防护等级

IP54

自扇冷却

安装型式

卧式

转子型式

鼠笼

工作方式

连续

第二节凝汽器的工作原理和真空除氧

一、凝汽设备的工作原理

根据道尔顿分压定律，凝汽器内的压力为蒸汽分压力和空气分压力之和，要在凝汽器内形成高度真空，必须降低蒸汽分压力和空气分压力。

其中空气分压力靠抽气器抽出；

而蒸汽分压力等于蒸汽温度所对应的饱和压力。

由于处于湿蒸汽区，蒸汽的饱和温度和饱和压力一一对应，如蒸汽温度为33℃，则对应的饱和压力为0.005Mpa。

即：

凝汽器内的蒸汽压力：

其中：

Pa为空气分压力；

而Ps为蒸汽分压力。

一般情况下，如果抽气器工作正常，则空气分压力很小，可以忽略；

故可认为凝汽器内压力基本上等于蒸汽分压力。

而蒸汽分压力即为蒸汽温度所对应饱和压力。

由表面式凝汽器的工作原理可知，在理想情况下，即冷却面积无限大、冷却水量无限多，凝汽器内无空气存在、蒸汽与空气之间的传热端差为零，蒸汽温度即为冷却水温度。

实际情况下，凝汽器的饱和蒸汽温度ts可由下法来确定。

图５-９所示是蒸汽和冷却水温度沿冷却面积的变化规律。

图５-９蒸汽和水的温度沿冷却表面的分布

一凝汽器总传热面积；

一空气冷却区面积

曲线1表示蒸汽温度ts，ts在主凝区基本不变，在空冷区下降较多。

曲线2表示冷却水进口温度tw1，逐渐吸热升温至出口温度tw2，由于冷却水进口温度低，与蒸汽的传热端差较大，单位面积的热负荷较大，故此处曲线较陡。

蒸汽温度：

为冷却水温升，

℃；

为传热端差，

℃。

由上式可分析影响凝汽器压力pc的三方面因素：

（1）冷却水进口温度twl

tw1主要决定于电厂所在地的气候、季节及循环水供水方式。

冬季tw1低，ts也低，排汽压力低，真空高；

反之，真空低。

电厂采用冷却塔或喷水池闭式供水方式时，tw1取决于冷却塔或喷水池的冷却效果。

（2）冷却水温升Δt

根据凝汽器的热平衡方程式：

则：

式中，Q为凝汽器的传热量，kJ；

Dc、Dw为进入凝汽器的蒸汽量、冷却水量，t／h：

为1kg排汽凝结时所释放出的汽化潜热，一般排汽有10%的湿度，改值可近似取为2177kJ／kg；

、

为冷却水流出、流入凝汽器的比焓，kJ/kg。

m为凝汽器的冷却倍率（循环倍率）,

由上式可见，

主要决定于冷却倍率,m越大，

越小，真空越高；

但m越大循环水泵功耗越大，循环水管越粗，末级叶片因排汽比容增大而增长，电站投资增加故设计时恰当的m值应通过综合技术经济性比较后确定，一般m在50-120之间。

一般汽轮机运行时，排汽量由外界负荷决定，不可调节，所以控制冷却水温升的主要手段就是改变冷却水量。

冷却水量主要由循环水泵的容量和运行台数决定。

冲却水量减少，

增大，真空降低。

另外，冷却水量减少也可能因为其它的原因，如凝汽器管板被杂草、木块、小鱼等堵塞：

冷却水管内侧结垢，流动阻力增加：

循环水泵故障等，引起真空降低。

（3）凝汽器传热端差δt

由凝汽器的传热方程得

由于空冷区传热面积较小，故假设蒸汽凝结温度沿整个面积不变，这时蒸汽和冷却水之间的对数平均传热温差为：

将上两式联立求解得：

式中，Ac为冷却管外表面总面积，m2；

K为凝气器的总体传热系数，kJ/m2.h.k。

由上式可知，传热端差是由冷却管束换热情况Ac、K，冷却水工作情况D，

决定。

设计时，蒸汽传给冷却水的热量Q一定，Dw由m确定，K由经验公式确定。

若减小传热端差必须增大凝汽器的冷却面积，使造价提高，所以Ac要由综合技术比较确定。

通常不宜太小，取δt=3—10℃，多流程凝汽器取偏小值，单流程取偏大值。

运行时，Ac一定，总体传热系数K成为影响δt的主要因素，所以影响传热系数的诸多因素，如冷却水进口温度和流速、冷却表面洁净程度、空气含量、蒸汽温度等都引起将传热端差的改变，凝汽设备的运行性能的任何下降，都反映在传热端差的增大，因此，运行中密切监视传热端差是非常重要的。

二、凝汽器的极限真空与最佳真空

汽轮机的排汽压力越低，真空越高，则汽轮机的理想比焓降越大，功率越大。

但无论从设计角度还是运行角度来说，都不是真空越高越好。

对于一台结构已定的汽轮机，蒸汽在末级存在极限膨胀压力。

若排汽压力低于该值，则蒸汽的部分膨胀只能发生在动叶之后，产生膨胀不足损失，汽轮机功率不再增加，反而还因凝结水温降低，增加最末级回热抽汽量而使机组功率减少。

凝汽器的极限真空就是指使汽轮机作功达到最大值的排汽压力所对应的真空。

而且，运行机组降低排汽压力主要依靠增加循环水量，所以此时循环水泵功耗增加，经济上不合算。

最佳真空是指提高真空后所增加的汽轮机功率与为提高真空循环水泵多消耗的厂用之差达到最大时的真空值。

若只有一台循环水泵工作，且冷却水量可连续调节，如图５-１０所示。

曲线1是背压pc降低时机组电功率增量

的变化曲线，曲线2是背压降低使循环水泵所耗功率增量

的变化曲线。

达到最佳真空时，经济上收益最大。

所以运行中的机组要尽量保持最佳真空。

实际上，运行循环水泵可能有几台，循环水量也不能连续调节，所以应通过实验确定不同负荷不同进口水温下的最佳真空。

图５-１０

三、空气对凝汽器工作的影响

进入凝汽器的空气一是由新蒸汽带入汽轮机的，由于锅炉给水经过除氧，该量极少；

二是通过汽轮机设备中处于真空状态下的低压各级与相应的回热系统、排汽缸、凝汽设备等的不严密处漏入的，这是空气的主要来源。

设备严密性正常时，漏入凝汽器的空气不到排汽量的万分之一。

虽然量小，但危害严重，主要表现在以下几个方面：

（1）空气阻碍蒸汽放热凝结，使传热系数减小，传热端差增