降低凝汽器中蒸汽凝結(jié)溫度措施的研討

韓宇

摘要：在我國(guó)電廠中，降低凝汽器中蒸汽凝結(jié)溫度主要通過(guò)降低冷卻水溫升與降低凝汽器端差來(lái)實(shí)現(xiàn)，本文將針對(duì)降低蒸汽凝結(jié)溫度的問(wèn)題提出變珠狀凝結(jié)為膜狀凝結(jié)、管外增設(shè)肋片、除去不凝結(jié)氣體、提高冷卻水比熱等措施，并進(jìn)行研究討論。

關(guān)鍵詞：凝汽器；蒸汽凝結(jié)溫度；冷卻水溫升；凝汽器端差；珠狀凝結(jié)；膜狀凝結(jié)；肋片；不凝結(jié)氣體；冷卻水比熱

Abstract: In Chinese power plants, the realization of reducing the steam condensation temperature in the condenser is mainly by reducing the cooling water temperature rise and condenser terminal difference, in the view of reducing the steam condensation temperature problems, this paper putts forward the measures of making the drop wise condensation to film condensation, adding ribs outside tube, removing the non-condensable gas, and improving cooling water heat, and does it research and discussion.

Key words: condenser; steam condensation temperature; cooling water temperature rise; condenser terminal difference ; drop wise condensation; film condensation; fin; the non-condensing gas; cooling water heat

中圖分類(lèi)號(hào)：TK-9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2012）

介紹

凝汽器是將汽輪機(jī)排汽冷凝成水的一種換熱器，主要用于汽輪機(jī)動(dòng)力裝置中，是凝汽式汽輪機(jī)裝置的一個(gè)重要組成部分，它除將汽輪機(jī)的排氣冷凝成水供鍋爐重新使用外，還能在汽輪機(jī)排氣處建立真空和維持真空。

蒸汽凝結(jié)溫度

在主凝結(jié)區(qū)，蒸汽凝結(jié)溫度可通過(guò)如下公式進(jìn)行計(jì)算：

(1)

式中，為冷卻水進(jìn)口溫度，為冷卻水溫升，為凝汽器端差。

蒸汽凝結(jié)溫度的降低意味著電廠中熱力循環(huán)終參數(shù)的降低，因此降低蒸汽凝結(jié)溫度能夠有效提高循環(huán)的熱效率，降低電廠煤耗率，提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性。

提高凝汽器端差

凝汽器端差可通過(guò)如下公式進(jìn)行計(jì)算： (2)

式中，K為凝汽器總體傳熱系數(shù)。由公式（2）可以看出，凝汽器端差隨傳熱系數(shù)K的增大而減小，同時(shí)也隨著換熱表面積的增大而減小。在公式（1）中，降低，蒸汽凝結(jié)溫度也隨之降低，凝汽器真空提高。因此，提高傳熱系數(shù)是提高凝汽器真空的有效方法之一。

3.1 提高傳熱系數(shù)——變珠狀凝結(jié)為膜狀凝結(jié)

提高傳熱系數(shù)的有效方法之一是變膜狀凝結(jié)為珠狀凝結(jié)。當(dāng)液體能很好地潤(rùn)濕壁面時(shí)，會(huì)在壁面形成液膜，凝汽器中進(jìn)行的是膜狀凝結(jié)；當(dāng)液體不能很好地潤(rùn)濕壁面時(shí)，凝結(jié)液體在壁面上形成一個(gè)個(gè)小液珠，此時(shí)凝汽器中進(jìn)行珠狀凝結(jié)。凝結(jié)液正是蒸汽與壁面間的主要熱阻，因此，有效減小液膜厚度，變膜狀凝結(jié)為珠狀凝結(jié)，是提高傳熱系數(shù)的有效方式。經(jīng)驗(yàn)表明，膜狀凝結(jié)的傳熱系數(shù)要比珠狀凝結(jié)的傳熱系數(shù)小一個(gè)數(shù)量級(jí)。

要控制凝汽器中進(jìn)行珠狀凝結(jié)，就要選用表面能較小的材料，或降低已有材料的表面能。其中，聚六氟丙烯材料擁有著良好的性能，可長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行珠狀凝結(jié)。而采用鎳基合金滲層技術(shù)制備的鎳基滲層管，也能進(jìn)行良好的珠狀凝結(jié)。

現(xiàn)有的成熟技術(shù)中，長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行珠狀凝結(jié)還有一定的困難，材料價(jià)格過(guò)高是制約其發(fā)展的重要因素。要廣泛應(yīng)用珠狀凝結(jié)，主要應(yīng)在材料上有所突破。

3.2 增大換熱表面積——在管外增設(shè)肋片

增設(shè)肋片是增加換熱表面積的有效方法之一，采用肋壁后，傳熱熱阻降低，表面積增大，換熱增強(qiáng)。圖1為管外增設(shè)肋片的應(yīng)用實(shí)例。

圖1 管外增設(shè)肋片

不過(guò)，增設(shè)肋片需要綜合考慮凝汽器內(nèi)的空間布局，同時(shí)，管外冷卻水的流動(dòng)阻力必然有所增加，循環(huán)水泵耗功增大，并且為凝汽器的清洗造成一定的困難。因此，需合理設(shè)計(jì)肋片形狀，使其既能較大的增加換熱量，增大換熱面積，又能盡量避免增大流體繞流時(shí)的阻力，同時(shí)便于清洗。綜合以上分析，合理設(shè)計(jì)肋片形狀，可以提高換熱效率，增大換熱面積，降低凝汽器真空，使電廠循環(huán)所降低的消耗大于循環(huán)水泵所增加的功率，起到提高效率的作用。

3.3 除去不凝結(jié)氣體

不凝結(jié)氣體也是影響凝汽器真空的重要因素之一，通常，水蒸汽中質(zhì)量含量為1%的空氣能使表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)降低60%，即使空氣含量?jī)H為0.1%，放熱系數(shù)也要降低10%，因此，除去空氣等不凝結(jié)氣體對(duì)于提高凝汽器真空有著很大的幫助。

不凝結(jié)氣體對(duì)凝汽器真空的影響主要體現(xiàn)在兩方面：其一，在靠近壁面的蒸汽側(cè)，隨著蒸汽的凝結(jié)，蒸汽分壓力減小而不凝結(jié)氣體分壓力增大，蒸汽在抵達(dá)壁面凝結(jié)之前，必須以擴(kuò)散的方式穿過(guò)聚集在界面附近的不凝結(jié)氣體層，因此，不凝結(jié)氣體的存在增加了蒸汽向壁面運(yùn)動(dòng)的阻力，阻礙了傳熱過(guò)程，凝汽器的真空受到影響；其二，由于不凝結(jié)氣體不會(huì)凝結(jié)并始終存在于混合氣流中，隨著蒸汽的逐漸凝結(jié)，不凝結(jié)氣體分壓力增大，蒸汽分壓力減小，使得蒸汽相應(yīng)的飽和溫度下降，減小了凝結(jié)的動(dòng)力——蒸汽與壁面間的溫差，使凝結(jié)過(guò)程削弱。

降低冷卻水溫升——提高冷卻水比熱

根據(jù)公式（1）可以看出，降低冷卻水溫升也可以降低蒸汽凝結(jié)溫度，達(dá)到降低循環(huán)終參數(shù)，提高電廠熱經(jīng)濟(jì)性的作用。

凝汽器的冷卻水升溫過(guò)程可通過(guò)如下公式表示：

（3）

通過(guò)公式（3）可得出：在傳熱量與流量相同時(shí)，冷卻水溫升與冷卻水比熱c成反比，即提高冷卻水比熱可以有效的降低冷卻水溫升，優(yōu)化傳熱過(guò)程，提高凝汽器真空度。

據(jù)研究表明，世界上不同地區(qū)的水的比熱容差距可達(dá)到5%-10%，有著很大的研究空間，因此，選擇合適的地理位置建設(shè)電廠，使當(dāng)?shù)厥褂玫睦鋮s水比熱容盡量增大，從而進(jìn)一步優(yōu)化傳熱過(guò)程、提高凝汽器真空及提高整個(gè)循環(huán)的效率是可行的，能夠有效降低冷卻水溫升，降低蒸汽凝結(jié)溫度，提高電廠熱經(jīng)濟(jì)性。

總結(jié)

降低凝汽器端差與降低冷卻水溫升均能夠降低蒸汽凝結(jié)溫度，有效降低蒸汽終參數(shù)，降低電廠煤耗率，提高電廠熱經(jīng)濟(jì)性。其中，通過(guò)變珠狀凝結(jié)為膜狀凝結(jié)、管外增設(shè)肋片、除去不凝結(jié)氣體能夠降低凝汽器端差，提高冷卻水比熱能夠降低冷卻水溫升。以上四種方法在理論上能夠降低蒸汽凝結(jié)溫度，提高凝汽器真空，在工程應(yīng)用上有著廣闊的前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈士一，莊賀慶，康松，龐立云.汽輪機(jī)原理

[2] 楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。