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冷凝器的結(jié)構(gòu)與工藝計(jì)算
發(fā)布時(shí)間：
2024-05-24 15:16
工作原理
凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪機(jī)裝置的重要組成部分之一，它的工作情況直接影響到整個(gè)裝置的熱經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性。凝汽設(shè)備在汽輪機(jī)裝置的熱力循環(huán)中起著冷源作用。降低汽輪機(jī)排汽的壓力和溫度，就可以減小冷源損失，提高循環(huán)熱效率。降低排汽參數(shù)的有效辦法是將排汽引入凝汽器凝結(jié)為水。若機(jī)組運(yùn)行不當(dāng)使排汽壓力比正常值升高1%，Δηt∕ηt將降低1%以上；若使排汽溫度下降5℃，則Δηt∕ηt將升高1%以上。這對(duì)于大型機(jī)組是很可觀的，由此可見凝汽設(shè)備的重要性。以水為冷卻介質(zhì)的凝汽設(shè)備，一般由凝汽器、凝結(jié)水泵、抽氣設(shè)備、循環(huán)水泵以及它們之間的連接管道和附件組成。
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最簡單的凝汽設(shè)備示意圖如上圖所示。汽輪機(jī)3的排汽排入凝汽器4，其熱量被循環(huán)水泵5不斷打入凝汽器的冷卻水帶走，自身凝結(jié)為凝結(jié)水匯集在凝汽器的底部熱井，同時(shí)由凝結(jié)水泵1抽出送往鍋爐作為給水。凝汽器的壓力很低，外界空氣易漏入。為防止不凝結(jié)的空氣在凝汽器中不斷積累升高凝汽器內(nèi)的壓力，采用抽氣設(shè)備2不斷將空氣抽出。在凝汽器中，不斷循環(huán)的冷卻水創(chuàng)造凝汽器中的低溫環(huán)境，使排汽釋放汽化潛熱而發(fā)生凝結(jié)。凝汽器中蒸汽凝結(jié)的空間是汽液兩相共存的，汽側(cè)壓力等于蒸汽凝結(jié)溫度所對(duì)應(yīng)的飽和壓力。蒸汽凝結(jié)溫度由冷卻條件決定。只要冷卻水溫不高，蒸汽凝結(jié)溫度也不高，一般為30℃左右，所對(duì)應(yīng)的飽和壓力約為4～5KPa，該壓力大大低于大氣壓力，從而在凝汽器中形成高度真空。
從汽輪機(jī)的方面來說，如果沒有凝汽器創(chuàng)造的真空，主蒸汽不會(huì)自發(fā)地從級(jí)前運(yùn)動(dòng)到級(jí)后來膨脹做功，凝汽機(jī)同樣肩負(fù)著除氧、補(bǔ)充給水的責(zé)任。
凝汽器的主要作用是：
1)在汽輪機(jī)排氣口造成較高真空，使蒸汽在汽輪機(jī)中膨脹到最低壓力，增大蒸汽在汽輪機(jī)中的可用焓降，提高循環(huán)熱效率；
2)將汽輪機(jī)的低壓缸排出的蒸汽凝結(jié)成水，重新送回鍋爐進(jìn)行循環(huán)；
3)匯集各種疏水，減少汽水損失；
4)凝汽器也用于增加除鹽水（正常補(bǔ)水）。
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1 凝汽器結(jié)構(gòu)
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圖1-2 凝汽器結(jié)構(gòu)模塊式圖
凝汽器主要由殼體、管板、管束、中間管板等部件組成。管板將凝汽器殼體分割為蒸汽凝結(jié)區(qū)和循環(huán)冷卻水進(jìn)出口水室；中間管板用于管束的支持和定位。凝汽器下部還設(shè)有收集凝結(jié)水的空間，稱為熱井。
1.1 喉部
凝汽器喉部，即為凝汽器蒸汽入口處，喉部是凝汽器的重要組成部分，聯(lián)系著汽輪機(jī)排汽口和凝汽器的主凝結(jié)區(qū)，起著乏汽傳輸?shù)淖饔谩：聿渴且粋€(gè)高度真空的容器，一般情況下，其內(nèi)除了布置有大量的支撐管外，為了節(jié)省整個(gè)電廠系統(tǒng)的設(shè)計(jì)空間，還要在喉部布置內(nèi)置低壓加熱器、旁路蒸汽減溫減壓裝置等，因此，從結(jié)構(gòu)上講，它又是一個(gè)復(fù)雜的蒸汽通道。
評(píng)價(jià)喉部的2個(gè)重要指標(biāo)是：
1）喉部蒸汽的流動(dòng)汽阻，過大的汽阻直接影響到汽輪機(jī)的效率；
2）喉部流動(dòng)的穩(wěn)定性和均勻性，這一指標(biāo)一方面影響整個(gè)喉部的安全性，另一方面，也會(huì)對(duì)下級(jí)的冷卻管束造成影響。
凝汽器喉部進(jìn)口截面積尺寸一般應(yīng)使排汽速度在80~120m/s范圍內(nèi)。凝汽器內(nèi)需放置低壓加熱器和抽汽管道時(shí)，其形狀和布置應(yīng)盡量減少所占的排汽通道截面，必要時(shí)加置適當(dāng)?shù)膶?dǎo)向構(gòu)件以減少壓力損失。
1.2 殼體
管板將凝汽器殼體分割為蒸汽凝結(jié)區(qū)和循環(huán)冷卻水進(jìn)出口水室。
對(duì)于大型凝汽器冷凝管較長時(shí)，凝汽器殼體與冷凝管之間可采取補(bǔ)償措施。為保證殼體的剛性，應(yīng)對(duì)殼體加置適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)槽鋼、支撐桿和加強(qiáng)肋。
1.3 水室
凝汽器有三個(gè)水室：進(jìn)水水室、回流水室、回水水室。進(jìn)水水室和回水水室在同一側(cè)，回流水室在對(duì)面。循環(huán)水先進(jìn)進(jìn)水水室，然后從進(jìn)水水室進(jìn)入凝結(jié)器銅管內(nèi)進(jìn)入回流水室后轉(zhuǎn)個(gè)彎再進(jìn)入凝汽器，后流入回水水室，繼而流回回水管道。
水室的蓋板應(yīng)做成可拆卸的。為便于現(xiàn)場吊裝，水室蓋板可做成吊軌外移形式或回轉(zhuǎn)移動(dòng)形式。并且水室的每個(gè)流道應(yīng)設(shè)置放水、放氣接口。其口徑的大小取決于水室的容積和放水、放氣的時(shí)間要求。
1.4 管束
管束常用排列形式有：帶狀排列、輻射狀排列、卵狀排列、教堂窗式排列等。
1）外圍管束的設(shè)計(jì)，通過外圍管束的合理設(shè)計(jì)，來有效實(shí)現(xiàn)均勻進(jìn)汽，并盡量增大迎流面積以降低管束區(qū)的平均速度，從而減小殼側(cè)壓降，凝汽器管束布置成窄長楔形，使得主要蒸汽管道呈漸縮型是一種比較理想的凝汽器外形，而在外圍管束增設(shè)輔助進(jìn)氣通道有助于實(shí)現(xiàn)均勻進(jìn)汽，并增加迎流面積，同時(shí)，單管束模塊布置時(shí)避免了多管束模塊布置存在的蒸汽分配不均勻和流動(dòng)相互干擾等不足，更為有利。
2）內(nèi)部管束的設(shè)計(jì)，通過內(nèi)部管束的合理設(shè)計(jì)，保證流動(dòng)的通暢，避免渦流和空氣積聚的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)蒸汽的向心流動(dòng)。擋汽板處是渦流較容易產(chǎn)生的區(qū)域，要注重對(duì)擋汽板的設(shè)計(jì)和布置。同時(shí)，內(nèi)部管束設(shè)計(jì)要保證蒸汽在主凝結(jié)區(qū)的充分凝結(jié)，避免出現(xiàn)漏氣和局部布管不足，使得蒸汽還未充分凝結(jié)就到達(dá)空冷區(qū)。
1.5 熱井
熱井就是凝汽器下部收集凝結(jié)水的集水井，作用是用以匯集由大量乏汽連續(xù)冷凝而生成的主凝結(jié)水，并且給凝結(jié)水泵提供一定的靜壓頭。
2凝汽器的工藝計(jì)算
2.1 凝汽器計(jì)算面積的確定[2]
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循環(huán)水進(jìn)水溫度30℃，通過查詢冷卻水進(jìn)水溫度修正系數(shù)表得出βt為1.063
根據(jù)管程的材質(zhì)（鈦）和壁厚，通過查詢冷凝管材料壁厚修正系數(shù)得出βm為0.952
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2.2 凝汽器管程核算
凝汽器管程設(shè)計(jì)要求：
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接下來根據(jù)計(jì)算的管長、管板直徑等參數(shù)，對(duì)照廠家的型號(hào)的表選擇合適的凝汽器的型號(hào)。
小結(jié)：
凝汽器作為電廠一類體積龐大的換熱設(shè)備，其工作性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行可靠性，凝汽器的工藝設(shè)計(jì)選型也顯得尤為重要。本文介紹的方法也只是用于設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)對(duì)凝汽器進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)選型，詳細(xì)的參數(shù)與計(jì)算選型參照廠家的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
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