降低凝汽器中蒸汽凝结温度措施的研讨

韩宇

摘要：在我国电厂中，降低凝汽器中蒸汽凝结温度主要通过降低冷却水温升与降低凝汽器端差来实现，本文将针对降低蒸汽凝结温度的问题提出变珠状凝结为膜状凝结、管外增设肋片、除去不凝结气体、提高冷却水比热等措施，并进行研究讨论。

关键词：凝汽器；蒸汽凝结温度；冷却水温升；凝汽器端差；珠状凝结；膜状凝结；肋片；不凝结气体；冷却水比热

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

中图分类号：TK-9 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

介绍

凝汽器是将汽轮机排汽冷凝成水的一种换热器，主要用于汽轮机动力装置中，是凝汽式汽轮机装置的一个重要组成部分，它除将汽轮机的排气冷凝成水供锅炉重新使用外，还能在汽轮机排气处建立真空和维持真空。

蒸汽凝结温度

在主凝结区，蒸汽凝结温度可通过如下公式进行计算：

(1)

式中，为冷却水进口温度，为冷却水温升，为凝汽器端差。

蒸汽凝结温度的降低意味着电厂中热力循环终参数的降低，因此降低蒸汽凝结温度能够有效提高循环的热效率，降低电厂煤耗率，提高电厂的热经济性。

提高凝汽器端差

凝汽器端差可通過如下公式进行计算： (2)

式中，K为凝汽器总体传热系数。由公式（2）可以看出，凝汽器端差随传热系数K的增大而减小，同时也随着换热表面积的增大而减小。在公式（1）中，降低，蒸汽凝结温度也随之降低，凝汽器真空提高。因此，提高传热系数是提高凝汽器真空的有效方法之一。

3.1 提高传热系数——变珠状凝结为膜状凝结

提高传热系数的有效方法之一是变膜状凝结为珠状凝结。当液体能很好地润湿壁面时，会在壁面形成液膜，凝汽器中进行的是膜状凝结；当液体不能很好地润湿壁面时，凝结液体在壁面上形成一个个小液珠，此时凝汽器中进行珠状凝结。凝结液正是蒸汽与壁面间的主要热阻，因此，有效减小液膜厚度，变膜状凝结为珠状凝结，是提高传热系数的有效方式。经验表明，膜状凝结的传热系数要比珠状凝结的传热系数小一个数量级。

要控制凝汽器中进行珠状凝结，就要选用表面能较小的材料，或降低已有材料的表面能。其中，聚六氟丙烯材料拥有着良好的性能，可长时间进行珠状凝结。而采用镍基合金渗层技术制备的镍基渗层管，也能进行良好的珠状凝结。

现有的成熟技术中，长时间进行珠状凝结还有一定的困难，材料价格过高是制约其发展的重要因素。要广泛应用珠状凝结，主要应在材料上有所突破。

3.2 增大换热表面积——在管外增设肋片

增设肋片是增加换热表面积的有效方法之一，采用肋壁后，传热热阻降低，表面积增大，换热增强。图1为管外增设肋片的应用实例。

图1 管外增设肋片

不过，增设肋片需要综合考虑凝汽器内的空间布局，同时，管外冷却水的流动阻力必然有所增加，循环水泵耗功增大，并且为凝汽器的清洗造成一定的困难。因此，需合理设计肋片形状，使其既能较大的增加换热量，增大换热面积，又能尽量避免增大流体绕流时的阻力，同时便于清洗。综合以上分析，合理设计肋片形状，可以提高换热效率，增大换热面积，降低凝汽器真空，使电厂循环所降低的消耗大于循环水泵所增加的功率，起到提高效率的作用。

3.3 除去不凝结气体

不凝结气体也是影响凝汽器真空的重要因素之一，通常，水蒸汽中质量含量为1%的空气能使表面传热系数降低60%，即使空气含量仅为0.1%，放热系数也要降低10%，因此，除去空气等不凝结气体对于提高凝汽器真空有着很大的帮助。

不凝结气体对凝汽器真空的影响主要体现在两方面：其一，在靠近壁面的蒸汽侧，随着蒸汽的凝结，蒸汽分压力减小而不凝结气体分压力增大，蒸汽在抵达壁面凝结之前，必须以扩散的方式穿过聚集在界面附近的不凝结气体层，因此，不凝结气体的存在增加了蒸汽向壁面运动的阻力，阻碍了传热过程，凝汽器的真空受到影响；其二，由于不凝结气体不会凝结并始终存在于混合气流中，随着蒸汽的逐渐凝结，不凝结气体分压力增大，蒸汽分压力减小，使得蒸汽相应的饱和温度下降，减小了凝结的动力——蒸汽与壁面间的温差，使凝结过程削弱。

降低冷却水温升——提高冷却水比热

根据公式（1）可以看出，降低冷却水温升也可以降低蒸汽凝结温度，达到降低循环终参数，提高电厂热经济性的作用。

凝汽器的冷却水升温过程可通过如下公式表示：

（3）

通过公式（3）可得出：在传热量与流量相同时，冷却水温升与冷却水比热c成反比，即提高冷却水比热可以有效的降低冷却水温升，优化传热过程，提高凝汽器真空度。

据研究表明，世界上不同地区的水的比热容差距可达到5%-10%，有着很大的研究空间，因此，选择合适的地理位置建设电厂，使当地使用的冷却水比热容尽量增大，从而进一步优化传热过程、提高凝汽器真空及提高整个循环的效率是可行的，能够有效降低冷却水温升，降低蒸汽凝结温度，提高电厂热经济性。

总结

降低凝汽器端差与降低冷却水温升均能够降低蒸汽凝结温度，有效降低蒸汽终参数，降低电厂煤耗率，提高电厂热经济性。其中，通过变珠状凝结为膜状凝结、管外增设肋片、除去不凝结气体能够降低凝汽器端差，提高冷却水比热能够降低冷却水温升。以上四种方法在理论上能够降低蒸汽凝结温度，提高凝汽器真空，在工程应用上有着广阔的前景。

参考文献

[1] 沈士一，庄贺庆，康松，庞立云.汽轮机原理

[2] 杨世铭，陶文铨.传热学

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。