凝汽器工作原理

凝汽器工作原理

凝汽器：使驱动汽轮机做功后排出的蒸汽变成凝结水的热交换设备。蒸汽在汽轮机内完成一个膨胀过程后，在凝结过程中，排汽体积急剧缩小，原来被蒸汽充满的空间形成了高度真空。凝结水则通过凝结水泵经给水加热器、给水泵等输送进锅炉，从而保证整个热力循环的连续进行。为防止凝结水中含氧量增加而引起管道腐蚀，现代大容量汽轮机的凝汽器内还设有真空除氧器。

凝汽器的主要作用：

1）在汽轮机排汽口造成较高真空，使蒸汽在汽轮机中膨胀到最低压力，增大蒸汽在汽轮机中的可用焓降，提高循环热效率；

2）将汽轮机的低压缸排出的蒸汽凝结成水，重新送回锅炉进行循环；

3）汇集各种疏水，减少汽水损失。

4）凝汽器也用于增加除盐水（正常补水）

表面式凝汽器的工作原理：凝汽器中装有大量的铜管，并通以循环冷却水。当汽轮机的排汽与凝汽器铜管外表面接触时，因受到铜管内水流的冷却，放出汽化潜热变成凝结水，所放潜热通过铜管管壁不断的传给循环冷却水并被带走。这样排汽就通过凝汽器不断的被凝结下来。排汽被冷却时，其比容急剧缩小，因此，在汽轮机排汽口下凝汽器内部造成较高的真空。

凝汽器是火力发电厂的大型换热设备。图1为表面式凝汽器的结构示意图。

凝汽器运行时，冷却水从前水室的下半部分进来，通过冷却水管（换热管）进入后水室，向上折转，再经上半部分冷却水管流向前水室，最后排出。低温蒸汽则由进汽口进来，经过冷却水管之间的缝隙往下流动，向管壁放热后凝结为水。

结构说明

凝汽器结构为单壳体、对分、单流程、表面式。

凝汽器为单壳体对分单流程表面式凝汽器，它在低压缸下部横向布置。凝汽器壳体置于弹簧支座上，其上部与汽机排汽缸采用刚性连接。循环水流经凝汽器管束使凝汽器壳体内汽机排汽凝聚，凝聚水聚集在热井内并由凝聚水泵排走。

凝汽器壳体内布置管束，热井置于壳体下方,正常水位时其水容积为不少于4分钟凝聚

水泵运行时流量。

凝汽器由外壳和管束组成单流程,管子为铜合金管,用淡水冷却。

凝汽器管束布置为带状管束，又称“将军帽”式布置

凝汽器喉部和汽轮机低压缸排汽管连接，上接径口尺寸：7532×6352分两半制造，即7890×3355×1980，接颈壁板用厚16mm、20g钢板。内焊肋板（δ16）加强，侧板间用18号角钢，20a槽钢φ102--φ159的20号钢管加强，使之有足够的刚度。

接颈下部呈截锥四方形,分三段制造,左右两段尺寸是12100×2600×3841，中间段尺寸是12100×2300×3841，接颈下部侧板用厚20mm的20g钢板，内焊肋板，管斜支撑加强。接颈下部右侧（冷却水进水管侧）装有两个减温器。属低压旁路装置供货范围。

汽轮机六七八段抽汽管道，经由接颈右侧（冷却水出口管侧）向外引出。管道热补偿采用伸缩节。

凝汽器管板间距12330mm，中间设置不同标高隔板14块，冷却管板在管板间以5‰斜度倾斜。同时管板安装斜度也是5‰，以保证两者垂直，这样进出水室中心标高差62mm。管板与壳体通过一过渡段连在一起，过渡段长度为300mm。

每块隔板下面用三根圆钢φ102×6支撑，隔板与管子间用220×110×7.5的工字钢及一对斜铁，用以调节隔板安装尺寸。隔板底部在同一平面上。

壳体与热井通过垫板直接相连，热井高度为2041，分左右两部分制造。在热井中有工字钢，支撑圆管，刚度很好。热井底板上开三个500×1000的方空与凝聚水出口装置相连。

隔板间用三根φ89×5的钢管连结，隔板边与壳体侧板相焊。每一列隔板用三根φ70的圆钢拉焊住，圆钢两端还与管板过渡段相焊。凝聚水出口装置上部设网格板，防止杂物进入凝聚水管道，同时防止人进入热井后从此掉下。

空冷区上方设置挡板，阻止汽气混合物直接进入空冷区。空气挡板两边与隔板密封焊。每列管束在三个挡板上开199×100方孔，用三根方管合拼联成φ273×6.5的抽气管。

弧形半球形水室，具有水流均匀，不易产生涡流，冷却水管充水合理，有良好换热效果等特点。水室侧板用25mm厚的16Mn钢板，水室法兰用60mm厚的16MnR，并与管板，壳体用螺栓联接。φ24“O”形橡胶圈作密封垫，保证水室的密封性。进出水管直径φ2000。在水室上设有人孔，直径为φ450，检修时为防止工人进入人孔后不掉入循环水管里，在进出水管处加设一道网板，由不锈钢薄板组成既不增加水阻又能保证安全。水室上有放气口、排水孔、手孔及温度、压力测点。水室壁涂环氧保护层，并有牺牲阳极保护。

在凝汽器最上一排管子之上300mm处设8个真空测点，测量点是用两块5mm厚板，组成30mm间隔的测量板，从板中间接头上引φ14×3管至接颈八个测真空处进行真空测量。

凝汽器热井：凝汽器下部收集凝结水的集水井，放于汽机房下方。作用为收集凝结水，并且给凝结水泵提供一定的静压头。

它装于弹簧和底板上，弹簧由汽机答应力进行设计。考虑到弹簧摩擦角产生的水平力，78个弹簧采用一半左旋一半右旋，以使力平衡。

为防止运行时凝汽器前后、左右移动，造成凝汽器、低压缸不同心，对低压缸不利，热井底板上焊固定板使地板与弹簧基础柱上埋入的钢板粘合，这样凝汽器只能上下移动。

真空度定义：

从真空表所读得的数值称真空度。真空度数值是表示出系统压强实际数值低于大气压强的数值，即：

真空度=大气压强—绝对压强

凝汽器中真空的形成主要原因

在启动过程中凝汽器真空是由主、辅抽汽器将汽轮机和凝汽器内大量空气抽出而形成的。

在正常运行中，凝汽器真空的形成是由于汽轮机排汽在凝汽器内骤然凝结成水时其比容急剧缩小而形成的。如蒸汽在绝对压力4kpa时蒸汽的体积比水的体积大3万倍，当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器内形成高度真空。

凝结器的真空形成和维持必须具备三个条件：

1）凝汽器铜管必须通过一定的冷却水量；

2）凝结水泵必须不断地把凝结水抽走，避免水位升高，影响蒸汽的凝结；

3）抽汽器必须把漏入的空气和排汽中的其它气体抽走。

真空降低的原因：

（1）循环水量减少或中断：

①循环水泵跳闸、循进阀门误关、循环水泵出口蝶阀阀芯落、循进滤网堵：水量中断，进水压力下降，出水真空至零，循泵电流至零或升高，须不破坏真空停机；若未关死，立即减负荷恢复；

②循出阀门误关、凝汽器水侧板管堵塞、收球大网板不在运行位置：循环水压上

升，温升增大；

③进水不畅：循泵电流晃动，进水压力下降，出水真空降低，循环水温升增大，水量不足；. |4 Q1 j- {3 u

④虹吸破坏（进水压力低、板管堵塞、出水侧漏空气）：虹吸作用减小时，会使水量减少，却又提高了循环水母管压力，而压力高对维持水量是有利的，所以虹吸破坏必然是个过程。出水真空晃动且缓慢下降，温升增大。操作：提高循环水压力（关小出水门），对循出放空气，重新建立出水真空。

（2）轴封汽压力低：提高压力，关小轴加排汽风机进气门；冷空气会使转子收缩，负差胀增大。

（3）凝汽器水位高：排汽温度升高同时，凝水温度下降，过冷度增加。端差增大；水位﹥抽汽口高度、运行凝泵跳闸、管路堵、备用泵逆止门坏、系统主要气控调门失灵、钛管大漏：备用凝泵自启动，出口压力至零或升高，凝泵电流晃动或升高或下降至空载值；

（4）真空系统漏空气：管道、法兰、焊口、人孔门、空气门、放水门、水位计、小机排汽蝶阀、向空排气薄膜、U形管水封；

（5）空气抽出设备故障：真空泵、泵入口空气逆止门阀芯落、阀门坏。4 r# A%

一、真空急剧下降的原因和处理

1．循环水中断：循环水中断的故障可以从循环泵的工作情况判断。若循环泵电机电流和水泵出口压力到零，即可确认为循环泵跳闸，此时应立即启动备用循环泵。若强合跳闸泵，应检查泵是否倒转；若倒转，严禁强合，以免电机过载和断轴。如无备用泵，则应迅速将负荷降到零，打闸停机。 循环水泵出口压力、电机电流摆动，通常是循环水泵吸入口水位过低、网滤堵塞等所致，此时应尽快采取措施，提高水位或清降杂物。 如果循环水泵出口压力、电机电流大幅度降低，则可能是循环水泵本身故障引起。 如果循环泵在运行中出口误关，或备用泵出口门误门，造成循环水倒流，也会造成真空急剧下降。

2．射水抽气器工作失常：如果发现射水泵出口压力，电机电流同时到零，说明射水泵跳闸；如射水泵压力．电流下降，说明泵本身故障或水池水位过低。发生以上情况时，均应启动备用射水磁和射水抽气器，水位过低时应补水至正常水位。

3．凝汽器满水：凝汽器在短时间内满水，一般是凝汽器铜管泄漏严重，大量循环水进入汽侧或凝结水泵故障所致。处理方法是立即开大水位调节阀并启动备用凝结水泵。必要时可将凝结水排入地沟，直到水位恢复正常。 铜管泄漏还表现为凝结水硬度增加。这时应停止泄漏的凝汽器，严重时则要停机。 如果凝结水泵故障，可以从出口压力和电流来判断。

4．轴封供汽中断：如果轴封供汽压力到零或出现微负压，说明轴封供汽中断，其原因

可能是轴封压力调整节器失灵，调节阀阀芯脱落或汽封系统进水。此时应开启轴封调节器的旁路阀门，检查除氧器是否满水(轴封供汽来自除氧器时)。如果满水，迅速降低其水位，倒换轴封的备用汽源。

二、真空缓慢下降的原因和处理

因为真空系统庞大，影响真空的因素较多，所以真空缓慢下降时，寻找原因比较困难，重点可以检查以下各项，并进行处理。

1．循环水量不足：循环水量不足表现在同一负荷下，凝汽器循环水进出口温差增大，其原因可能是凝汽器进入杂物而堵塞。对于装有胶球清洗装置的一机组，应进行反冲洗。对于凝汽器出口管有虹吸的机组，应检查虹吸是否破坏，其现象是：凝汽器出口侧真空到零，同时凝汽器入口压力增加。出现上述情况时，应使用循环水系统的辅助抽气器，恢复出口处的真空，必要时可增加进入凝汽器的循环水量。 凝汽器出人口温差增加，还可能是由于循环水出口管积存空气或者是铜管结垢严重。此时应开启出口管放空气阀，排除空气或投入胶球清洗装置进行清洗，必要时在停机后用高压水进行冲洗。

2．凝汽器水位升高：导致凝汽器水位升高可能是凝结水泵入口汽化或者凝汽器铜管破裂漏入循环水等。凝结水泵入口汽化可以通过凝结水泵电流的减小来判断，当确认是由于此原因造成凝汽器水位升高时，应检查水泵入口侧兰盘根是否不严，漏入空气。 凝汽器铜管破裂可通过检验凝结水硬度加以判断。

3．射水抽气器工作水温升高：工作水温升高，使抽气室压力升高，降低了抽气器的效率。当发现水温升高时，应开启工业水补水，降低工作水温度。

4．真空系统漏人空气：真空系统是否漏入空气，可通过严密性试验来检查。此外，空气漏入真空系统，还表现为凝结水过冷度增加，并且凝汽器端差增大。

凝汽器真空下降的危害：

(1)使排汽压力升高,可用焓降减小,不经济,同时机组出力有所降低；

(2)排汽温度升高,可能使凝汽器铜管松弛,破坏严密性；

(3)排汽温度升高,使排汽缸及轴承座受热膨胀,引起中心变化,产生振动；

(4)汽轮机轴向位移增加,造成推力轴承过载而磨损；

(5)真空下降使排汽的容积流量减小,对末级叶片的某一部位产生较大的激振力,有可能损坏叶片,造成事故.

凝汽器严密性差的主要原因

汽侧

1、汽轮机排气缸和凝汽器喉部连接法兰或焊缝处漏气。如采用套筒水封

连接方式，喉部变形使填料移动，填料压得不紧，或封水量不足。

2、汽轮机端部轴封存在问题或工作不正常。

3、汽轮机低压缸接合面、表计接头等不严密。

4、有关阀门不严密或水封阀水量不足。

5、凝结水泵轴向密封不严密。

6、低压给水加热器汽侧空间不严密。

7、设备、管道破损或焊缝存在问题。

水侧

1、胀管管端泄漏。采用垫装法连接管子和管板时，填料部分密封性不好。

2、在管子进口端部发生冲蚀。

3、冷却管破损。

凝汽器端差：凝汽器压力下的饱和温度与凝汽器冷却水出口温度之差。

对一定的凝汽器，端差的大小与凝汽器冷却水入口温度、凝汽器单位面积蒸汽负荷、凝汽器铜管的表面洁净度，凝汽器内的漏入空气量以及冷却水在管内的流速有关。一个清洁的凝汽器，在一定的循环水温度和循环水量及单位蒸汽负荷下就有一定的端差值指标，一般端差值指标是当循环水量增加，冷却水出口温度愈低，端差愈大，反之亦然；单位蒸汽负荷愈大，端差愈大，反之亦然。实际运行中，若端差值比端差指标值高得太多，则表明凝汽器冷却表面铜管污脏，致使导热条件恶化。

凝汽器端差增加的原因

① 凝器铜管水侧或汽侧结垢；

② 凝汽器汽侧漏入空气；

③ 冷却水管堵塞；

④ 冷却水量减少等

凝汽器过冷度

液体温度达到理论结晶温度时并不能进行结晶，而必须在它温度以下的某一温度（称为实际开始结晶温度）才开始结晶。在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度，这种现象成为过冷现象，两者的温度差值被称为过冷度。

凝汽器过冷度产生的原因：

①由于冷却水管管子外表面蒸汽分压力低于管束之间的蒸汽平均分压力，使蒸汽的凝结温度低于管束之间混合汽流的温度，从而产生过冷。

②由于凝结器内存在汽阻，蒸汽从排汽口向下部流动时遇到阻力，造成下部蒸汽压力低于上部压力，下部凝结水温度较上部低，从而产生过冷。

③蒸汽被冷却成液滴时，在凝结器冷却水管间流动，受管内循环水冷却，因液滴的温度比冷却水管管壁温度高，凝结水降温从而低于其饱和温度，产生过冷。

④由于凝结器汽侧积有空气，空气分压力增大，蒸汽分压力相对降低，蒸汽仍在自己的分压力下凝结，使凝结水温度低于排汽温度，产生过冷。

⑤凝结器构造上存在缺陷，冷却水管束排列不合理，使凝结水在冷却水管外形成一层水膜，当水膜变厚下垂成水滴时，水滴的温度即水膜内、外层平均温度低于水膜外表面的饱和温度，从而产生过冷却。

⑥凝结器漏入空气多或抽气器工作不正常，空气不能及时被抽出，空气分压力增大，使过冷度增加。

⑦热水井水位高于正常范围，凝结器部分铜管被淹没，使被淹没铜管中循环水带走一部分凝结水的热量而产生过冷却。

⑧循环水温度过低和循环水量过大，使凝结水被过度的冷却，过冷度增加。

⑨凝结器铜管破裂，循环水漏入凝结水内，使凝结水温度降低，过冷度增加。

凝结水过冷度是衡量凝结器运行经济性的重要指标，过冷度小，表示循环水带走的热量少，机组经济性好，反之过冷度大，循环水带走的热量多，机组经济性差。据资料介绍，过冷度每增加1℃，机组热耗率就上升0.02%

凝汽器水位升高的危害

（1）凝汽器水位升高，会使凝结水过冷却；

（2）影响凝汽器的经济运行；

（3）如果水位太高，将铜管（底部）淹没，将使整个凝汽器冷却面积减少，严重时淹没空气管，使抽气器抽水，凝汽器真空严重下降。

凝汽器运行状况好坏的标志

（1）能否达到最有利真空；

（2）能否保证凝结水的品质合格；

（3）凝结水的过冷度能否保持最低。

凝汽器真空的形成：

在启动过程中凝汽器真空是由主、辅抽汽器将汽轮机和凝汽器内大量空气抽出而形成的。

在正常运行中，凝汽器真空的形成是由于汽轮机排汽在凝汽器内骤然凝结成水时其比容急剧缩小而形成的。

凝汽器循环水出水温度升高的原因

⑴ 进水温度升高，出水温度相应升高。

⑵ 汽轮机负荷增加。

⑶ 凝汽器管板及铜管脏污堵塞。

⑷ 循环水量减少。

⑸ 循环水二次滤水网脏污、堵塞。

⑹ 排汽量增加。

⑺ 真空下降。

凝汽器循环水出水压力变化的原因有：

⑴ 循环水量变化或中断。

⑵ 出水管漏空气。

⑶ 虹吸井水位变化。

⑷ 循环水进出水门开度变化。

⑸ 循环水出水管空气门误开。

⑹ 循环水管内空气大量涌入凝汽器，虹吸破坏。

⑺ 热负荷大，出水温度过高，虹吸作用降低。

⑻ 凝汽器铜管堵塞严重。

“低进高出”的可能解释

双背压凝汽器工作过程

凝汽器正常工作时，冷却水由低压侧的两个进水室进入，经过凝汽器低压侧壳体内冷却水管，流入低压侧另外两个水室，经循环水连通管水平转向后进入高压侧的两个水室，再通过凝汽器高压侧壳体内冷却水管流至高压侧两个出水室并排出凝汽器，蒸汽由汽轮机排汽口进入凝汽器，然后均匀地分布到冷却水管全长上，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，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。LP侧壳体凝结水经LP侧壳体部分蒸汽回热后被引入凝结水回热管系，通过淋水盘与HP侧壳体中凝结水汇合，同时被HP侧壳体中部分蒸汽回热，以减小凝结水过冷度。被回热的凝结水汇集于热井内，由凝结水泵抽出，升压后输入主凝结水系统。HP侧壳体与LP侧壳体剩余的汽气混合物经空冷区再次进行热交换后，少量未凝结的蒸汽和空气混合物经抽气口由抽真空设备抽出。60万的双背压凝汽器，不同制造厂家内部结构有细微差别。

双背压凝汽器的优点：

①根据传热学原理，双背压凝汽器的平均背压低于同等条件下单背压凝汽器的背压，因此汽机低压缸的焓降就增大了，从而提高了汽轮机的经济性。（600MW机组的双背压一般分别为4.4/5.4KPA,平均背压为4.9 KPA）。

②双背压凝汽器的另一个优点就是低背压凝汽器中的低温凝结水可以进入高背压凝汽器中去进行加热，既提高了凝结水温度，又减少了高背压凝汽器被冷却水带走的冷源损失。低背压凝汽器中的低温凝结水通过管道利用高度差进入高背压凝汽器管束下部的淋水盘，

在淋水盘内，低温凝结水与高温凝结水混合在一起，再经盘上的小孔流下，凝结水从淋水盘孔中下落的过程中，凝结水被高背压低压缸的排汽加热到相应的饱和温度。

双背压凝汽器的基本构造：{借鉴}

660MW三缸四排汽汽轮机设有四台凝汽器，每两台一组，两台低背压凝汽器为一组，两台高背压凝汽器为一组，分别布置在低压缸的下方。不同的背压是由凝汽器不同的循环水进水温度来形成的，循环水管道为串联布置，从两台低背压凝汽器进入，出水进入两台高背压凝汽器排出后进入虹吸井。也就是说每组凝汽器的水侧是双进双出的。每组凝汽器只是壳体是整体的，正常运行中可半边解列进行清洗。