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    2. 雙背壓凝汽器工作過程,優點及基本構造

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      作者來源:李清 ????? 發布時間: 2020-05-12 22:22
      導讀:雙背壓凝汽器工作過程,優點及基本構造!660MW三缸四排汽汽輪機設有四臺凝汽器,每兩臺一組,兩臺低背壓凝汽器為一組,兩臺高背壓凝汽器為一組,分別布置在低壓缸的下方。

      雙背壓凝汽工作過程:

      凝汽器正常工作時,冷卻水由低壓側的兩個進水室進入,經過凝汽器低壓側殼體內冷卻水管,流入低壓側另外兩個水室,經循環水連通管水平轉向后進入高壓側的兩個水室,再通過凝汽器高壓側殼體內冷卻水管流至高壓側兩個出水室并排出凝汽器,蒸汽由汽輪機排汽口進入凝汽器,然后均勻地分布到冷卻水管全長上,經過管束中央通道及兩側通道使蒸汽能夠全面地進入主管束區,與冷卻水進行熱交換后被凝結;部分蒸汽由中間通道和兩側通道進入熱井對凝結水進行回熱。LP側殼體凝結水經LP側殼體部分蒸汽回熱后被引入凝結水回熱管系,通過淋水盤與HP側殼體中凝結水匯合,同時被HP側殼體中部分蒸汽回熱,以減小凝結水過冷度。被回熱的凝結水匯集于熱井內,由凝結水泵抽出,升壓后輸入主凝結水系統。HP側殼體與LP側殼體剩余的汽氣混合物經空冷區再次進行熱交換后,少量未凝結的蒸汽和空氣混合物經抽氣口由抽真空設備抽出。60萬的雙背壓凝汽器,不同制造廠家內部結構有細微差別。

      雙背壓凝汽器的優點:

      ①根據傳熱學原理,雙背壓凝汽器的平均背壓低于同等條件下單背壓凝汽器的背壓,因此汽機低壓缸的焓降就增大了,從而提高了汽輪機的經濟性。(600MW機組的雙背壓一般分別為4.4/5.4KPA,平均背壓為4.9 KPA)。

      ②雙背壓凝汽器的另一個優點就是低背壓凝汽器中的低溫凝結水可以進入高背壓凝汽器中去進行加熱,既提高了凝結水溫度,又減少了高背壓凝汽器被冷卻水帶走的冷源損失。低背壓凝汽器中的低溫凝結水通過管道利用高度差進入高背壓凝汽器管束下部的淋水盤,在淋水盤內,低溫凝結水與高溫凝結水混合在一起,再經盤上的小孔流下,凝結水從淋水盤孔中下落的過程中,凝結水被高背壓低壓缸的排汽加熱到相應的飽和溫度。

      雙背壓凝汽器的基本構造:{借鑒}

      660MW三缸四排汽汽輪機設有四臺凝汽器,每兩臺一組,兩臺低背壓凝汽器為一組,兩臺高背壓凝汽器為一組,分別布置在低壓缸的下方。不同的背壓是由凝汽器不同的循環水進水溫度來形成的,循環水管道為串聯布置,從兩臺低背壓凝汽器進入,出水進入兩臺高背壓凝汽器排出后進入虹吸井。也就是說每組凝汽器的水側是雙進雙出的。每組凝汽器只是殼體是整體的,正常運行中可半邊解列進行清洗。

      凝汽器廠家生產組圖介紹

      600MW、1000MW等大型汽輪發電機組通常采用兩只低壓缸、四排汽形式的配置型式,因此需要有兩只凝汽器。循環水首先流經一個凝汽器,待溫度提高后再進入第二個凝汽器,由于循環水溫度不同,造成凝汽器壓力有差異,形成高、低壓凝汽器,又稱為雙背壓凝汽器。相對于單背壓凝汽器,雙背壓凝汽器能夠更好地降低排汽壓力,提高機組經濟性,因此,600MW和1000MW等級的凝汽式汽輪機組多采用雙背壓凝汽器。 
        1 常規抽真空系統及存在的問題 
        1.1 常規抽真空系統 傳統的常規抽真空系統為:高背壓凝汽器內不凝結氣體通過抽空氣管道以及安裝在聯通管上的節流孔板進入低背壓凝汽器內,與低背壓凝汽器內的抽空氣管道匯合,再引至真空泵入口母管(見圖1),通過3個并聯的真空泵抽吸排出。上述系統即是真空泵并聯母管制,對于凝汽器側就是一般所說的串聯布置。 
        該系統的優點是系統簡單,利用高、低壓凝汽器存在的設計壓差,可減少真空泵的出力。但高、低壓凝汽器之間存在干擾。 
        1.2 存在的問題 根據雙背壓凝汽器的設計功能,這些高、低壓凝汽器之間應有1kPa左右的壓力差異,然而這些600MW、1000MW機組投產運行后,高、低壓凝汽器之間卻沒有出現壓力差異,即失去了雙背壓的運行特性。如:國華1000MW超超臨界機組在24.5℃設計循環水溫度時,高、低壓凝汽器設計壓力分別為6.7kPa和5.7kPa。兩臺機組于2009年9~10月投產,性能試驗各負荷工況的高、低壓凝汽器壓力數值十分接近,差異僅0.1kPa左右。烏沙山電廠600MW超臨界機組在20℃海水溫度下的設計高、低壓凝汽器壓力分別為4.4kPa和5.4kPa。四臺機組在投產之后相當長的運行時間內,兩只凝汽器之間沒有明顯的壓力差異,已失去雙背壓運行功能,且低壓凝汽器的端差高達15~18℃,表明低壓凝汽器內部出現了較為嚴重的傳熱惡化狀況。 
        1.3 原因分析 由于高、低壓凝汽器的抽空氣管匯接在一起,制造廠在設計時,通常會在高、低壓凝汽器抽空氣聯絡管上設置一節流孔板,以控制高壓側到低壓側的抽氣量。節流孔板一般是按額定工況設計選擇孔徑的,在高、低壓凝汽器的壓差發生變化時,無法調節節流孔板來適應壓差的變化。這樣高低壓兩個不同壓力的抽空氣管道,連接在同一抽氣母管上,兩者之間壓力又不能很好的匹配。當高、低壓凝汽器壓差較大時,必然會造成高壓側過度抽氣,使得飽和蒸汽進入低壓凝汽,低壓側抽氣嚴重不足,導致有效傳熱面積減少,傳熱端差增大,對應的汽輪機排汽溫度升高;當高、低壓凝汽器壓差較小,高壓側對低壓側的抽氣影響減弱,表現出高、低壓凝汽器對應的汽輪機排汽溫度的差與正常狀態的偏差較小,如同單背壓凝汽器,失去了雙背壓凝汽器應有的效益。 
        由以上的分析可知,凝汽器表現出的背壓高和高、低壓側壓差偏小,其主要原因在于高、低壓凝汽器采用串聯抽氣系統,其結果是低壓凝汽器的抽氣不足,造成不凝結氣體積聚,有效傳熱面積減少,傳熱端差增大;或者是高壓凝汽器過度抽氣,不但沒有有效降低汽輪機的排汽壓力,反而造成工質損失,進而使水環真空泵的密封水溫度升高。 
        2 優化改進方案 
        2.1 單泵單抽系統 從理論分析和工程實踐看,高、低壓凝汽器串聯抽氣的系統需要改進。解決高、低壓凝汽器串聯抽氣造成的背壓偏高和高、低壓凝汽器壓差偏小的問題,關鍵在于解決高、低壓凝汽器的均衡抽氣??刹捎酶?、低壓凝汽器分開抽氣的方案,即單泵單抽方案,對于凝汽器抽氣側通常也稱為并聯布置。 
        單泵單抽方案(見圖 2)具體為高、低壓凝汽器之間取消抽氣聯絡管道,設置三臺真空泵,2臺真空泵分別對應高、低壓凝汽器,第 3 臺真空泵作為前 2 臺真空泵的公用備用泵。在抽氣母管上設置 2 個閥門,即可使三個真空泵實現正常運行時高低壓凝汽器分別抽真空,在啟動或真空嚴密性差時并列抽真空的功能。這種布置的效果在一些電廠改造后實際運行中得到了驗證,并取得了良好的經濟效益。 
        2.2 運行控制邏輯 ①正常運行時,真空泵A、C分別對低壓凝汽器、高壓凝汽器抽真空,B泵為備用,真空泵出口母管聯絡閥(氣動隔離閥)全關。②當一臺運行真空泵故障時,備泵B自啟,并同時聯鎖開啟故障泵側的聯絡閥。待故障泵消缺后恢復正常運行方式。③如采用節能運行方式(即單泵運行),可開啟“節能方式”開關,兩只聯絡閥自動開啟。此時真空泵聯鎖邏輯可采用原邏輯,三臺泵可實現互備。此時需通過手動調整高壓凝汽器抽空氣母管隔離閥滿足雙背壓運行要求。④當兩臺運行真空泵均故障時,“節能方式”開關自動開啟,并聯鎖開啟兩只聯絡閥。 
        2.3 效益分析 實施單泵單抽改進方案,能徹底消除雙背壓凝汽器壓力不合理升高現象,可以恢復高低壓凝汽器的設計雙背壓功能。 
        以我公司兩臺1000MW機組為例,機組的凝汽器平均背壓可以降低0.5kPa,機組效率提高幅度將超過0.35%,由此使機組供電煤耗率下降幅度在1g/kWh以上。以兩臺機組年發電量110億度來估算,全年可以節省1.1萬噸左右標準煤。以標準煤價格每噸800元計算,則每年可節省燃料費用達880萬元,經濟效益十分可觀。 
        綜合以上分析,我公司2×1000MW煤電一體化新建工程從設計階段即對凝汽器抽真空系統進行了改進,選用單泵單抽方案,在主機訂貨(凝汽器隨主機配套采購)階段進行了明確。另外,針對其他電廠出現的水環式真空泵葉輪汽蝕問題,我公司還對真空泵設備進行了改進,加裝了大氣噴射器。通過以上改進,大型機組的抽真空系統常見的一些問題將得到徹底解決。 

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