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【摘 要】 本文通过300MW汽轮机组凝汽器热力计算及运行分析，由此确保所设计的凝汽器能够安全、经济、合理地运行。按设计标准对变工况计算出的特性曲线进行了修正，与原来的特性曲线相比，使曲线更与实际情况相符合，保证凝汽器的安全运行。这种修正在国内已出版的文献中很少提到。作为一种新的设计方法，修正后的曲线有待于以后在更广泛的范围内，进行验证和推广。
【关键词】 凝汽器；热力计算；运行分析；变工况；特性曲线
引言：
通过凝汽器的设计计算及变工况计算，掌握凝汽器的热力计算方法。通过对凝汽器的变工况计算结果的分析，明确了变工况状态对运行的影响和凝汽器运行相关的问题。
主要工作有：收集凝汽器计算的有关数据，进行凝汽器的热力计算和变工况计算。变工况计算结果的分析，根据变工况计算结果，绘制凝汽器特性曲线。
计算中采用的是美国传热学会[HEI]《表面式蒸汽冷凝器标准》。由于采用新的标准，能够修正原有传统的设计方法。使设计更符合实际情况。
1 凝汽器工作原理简介
凝汽器的作用是将汽轮机的排汽凝结成水并保证有一定真空度的汽轮机的重要辅助设备。
凝汽器运行时，冷却水由循环水泵分别打入前水室下部的进口进入凝汽器，经下部管束流向后水室转向，流经上部管束，经前水室上部的出口流出凝汽器。冷却水流经两个前水室呈双进双出的两流程流动。在冷却水进口、出口水管道上均装有双金属温度计，以测量冷却水进、出口水温。
低压缸排出的蒸汽进入凝汽器后迅速地分布在冷却管子的全长上，通过管束间的通道和两侧通道，使蒸汽全面地沿冷却管表面进行热交换并被凝结成水，部分蒸汽则由管束两侧的通道流向凝汽器下部的凝结水表面，对凝结水进行加热，剩余的未凝结蒸汽和空气沿管束内的通道汇集到抽出汽气混合物的母管，最后降低了温度的汽气混合物，经过空气抽出口抽到真空系统的设备中。
2 已知资料及及数据
本次计算选用的是哈尔滨汽轮机厂的N300——16.7/537/537型汽轮机配套使用的凝汽器。
3 凝汽器的热力计算
凝汽器设计计算的任务是根据凝汽器的蒸汽负荷Gk，排汽焓hc0和凝汽器压力Pc0以及冷却水进口温度tw1等已知条件进行计算，从而确定冷却水数量以及凝汽器主要尺寸。包括热力计算、变工况计算，以及根据变工况计算的结果绘制凝汽器的热力特性曲线，并对结果进行分析。
凝汽器热力计算的主要内容：
4 凝汽器的变工况计算及特性曲线的绘制
凝汽器在运行中的工作条件与设计条件往往不符，因为决定凝汽器压力的几个主要因素在运行中都会发生变化。当汽轮机负荷变化时，凝结的蒸汽量可在较大范围内变动，冷却水量将随循环水泵的工作情况而变化，冷却水进口温度则随气温而改变。所以，凝汽器压力也将随之发生变化。凝汽器压力Pk与凝汽量Gk、冷却水量w，冷却水进口温度tw1的变化关系称为凝汽器的热力特性。
当冷却水量W在运行中保持不变时，α为一常数，则冷却水温升与凝汽器负荷Gk成正比，即△t随凝汽器的负荷降低，而成比例的减少。
由于传热系数K的影响，使δt与Gk的关系比较复杂，但在冷却水量W等于常数的条件下，假定排汽量Gk变化时，总体传热系数K也保持常数，则δt也将与Gk成正比。
当蒸汽负荷从设计值的20%到120%的变化范围内以及在正常的冷却水流量下，其冷却水温在5℃到35℃的变化范围内，绘制凝汽器的近似特性曲线。
已知在设计条件下的蒸汽负荷Gk=584.93t/h，冷却水温升△t=8.842℃，冷却水流速Cw=2m/s，传热系数C=2291，材料系数фm=0.9814，清洁系数β=0.85。
凝汽器的变工况计算程序如下：
1）蒸汽负荷Gk从设计值的20%到设计值的120%之间，按20%设计值的间隔给定。
2）在冷却水流量W固定不变的条件下，又在Gk给定后，冷却水温升可按式△t=αGk，α=2200/w因w不变，故系数α为常数。
以蒸汽负荷为设计值Gkn的40%为例，则
3）选取不同的水温，如tw1=5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃时，由[HEI]标准分别查得温度修正系数，фt=0.694、0.808、0.91、0.983、1.041、1.075、1.1，然后，在一定的tw1下，按下列公式对不同的蒸汽负荷进行计算。
4）凝汽器特性曲线的绘制
由计算得出了，凝汽器在不同的冷却水温度和不同负荷下的饱和温度。按照[HEI]标准，绘制凝汽器的特性曲线，这些曲线表示凝汽器在不同的热负荷及各种循环水进口温度下的绝对压力。这些性能曲线在低负荷下，由于抽汽装置的限制应予修正。从[HEI]标准查得：抽气器压力的上限值和热负荷为零时的最小绝对压力，在绘制性能曲线时，对每一个循环水进口温度应从上限点向相应的热负荷为零的点作直线。从水蒸汽表中查得不同饱和温度相对应的饱和压力，具体数据列表如上页表。
凝汽器特性曲线如下：
5 特性曲线的分析
（2）当负荷不变时：
（3）凝汽器的真空在低热负荷时受到抽气装置的限制。當蒸汽负荷下降时，凝汽器内真空的形成不仅受到蒸汽凝结的影响，而且受抽气装置的限制。随着冷却水温度升高，凝汽器内绝对压力升高，蒸汽空气混合物的温度升高，导致气体膨胀，抽出的空气量增加，抽气器对凝汽器的压力影响减小，受抽气器影响的最大负荷随冷却水温的升高而减少。
（4）由特性曲线得出如下结论：
1）在一定的冷却水量和冷却水进口温度下，凝汽器中的真空随汽轮机负荷的减少而升高，当汽轮机负荷和冷却水量不变时，凝汽器的真空将随冷却水进口温度的降低而升高。 2）凝汽器的性能曲线在低热负荷下，由于抽气装置的限制应予修正。
3）计算得出的性能曲线与传统的性能曲线相比，低负荷时，曲线因抽气器的影响作了修正，经过实际运行的比较，修正后的曲线更符合凝汽器运行的实际情况。
6 凝汽器设备的运行分析
当tw1逐渐降低引起δt逐渐变小，此时可以提高凝汽器真空，所以要时刻监视运行参数的变化，如凝汽器的真空，冷却水进出口温度及蒸汽温度和凝汽器进出口压力等。
1.凝汽器的真空监视
（1）tw1：当在其它条件相同和冷却倍率不变情况下，tw1下降影响tw2降低，引起ts下降和真空H提高。而tw1取决于供水方式、冷却设备、季节和气温的变化，以及循环水冷却设备运行维护的好坏。
（2）冷却水温升△t：当排汽量Gk不变，tw1也不变，增加冷水量w，即冷却倍率m增大，冷却水温升△t必然减少。这时，即使传热端差δt不变，排汽的饱和温度ts也要降低，从而使凝汽器的真空得到提高。此外当冷却水量W增加时，铜管内的水流速度Cw增大，改善了蒸汽与冷却水之间的传热条件，从而使传热端差δt减少，亦有利于真空的提高。
（3）凝汽器的传热端差δt：凝汽器传热端差δt与冷却水进口温度tw1、凝汽器单位面积的蒸汽负荷Dco/Aco、冷却水流速Cw、铜管内外表面的清洁程度以及凝汽器内积存空气的多少等因素有关。△t越小，说明冷却水吸收的热量越多，銅管的传热情况越好，即凝汽器的运行情况越好。
2.凝结水过冷却的监视和消除
凝结水过冷却对发电厂热力设备的经济性和安全性都是不利的，这是因为凝结水过冷却后，为了将其加热到相应排汽压力下的饱和温度，就需要多消耗燃料，如在没有给水回热的热力系统中，凝结水每过冷7℃，就相当于发电厂的热经济性减低1%，另外还会使水中的含氧量增加，从而对热力设备及管道的腐蚀作用加剧，降低了设备的使用安全性和可靠性，而引起凝结水过冷却的因素很多，如a.凝汽器内积存有空气；b.凝结水位过高；c.凝汽器内管子排列不佳或布置过密等。只有保持凝汽器的真空系统的严密性和抽汽器的正常工作同时防止水位过高或使凝结水泵本身低水位运行，再者将凝汽器制成回热式来消除或减少凝结水的过冷却。
3.凝结水质的监测与对策
凝结水质不良，不仅使锅炉受热面结垢，传热恶化，使汽轮机叶片结垢，效率降低，而且将直接威胁锅炉和汽轮机的安全运行，所以在运行中必须经常对凝结水进行化学分析，以鉴定水质是否合格，引起水质不良，是由于铜管在管板上的接口不严密或铜管机械振动，电化学腐蚀和化学腐蚀产生破裂等原因，使冷却水漏入凝汽器的汽侧所致。
4.凝汽器的脏污和清洗
凝汽器的在运行时，由于循环水质不良，其中的悬浮物，有机物微生物以及钙镁盐类会堵塞或沉积在铜管内侧，使之脏污，从而导致传热恶化，真空下降，影响机组的经济性和出力。
当发现真空缓慢下降且传热端差逐渐增大，冷却水温稍有增大以及抽汽器抽出的空气温度与冷却水进口温度之间的温差增大时，即可判断是凝汽器铜管脏污或堵塞。此时应根据结垢，堵塞的性质及严重程度等，采用一定方法对凝汽器进行清洗。作为预防性措施，亦应在运行中对凝汽器进行定期清洗工作。
7 结论
通过对凝汽器设备的结构、工作原理及特性的了解和掌握，并能由已知数据，进行标况下热力计算，由此确定凝汽器的结构尺寸和所需的冷却水量。随着负荷和冷却水温度的变化，对凝汽器进行变工况计算，并根据计算结果绘制特性曲线。由此确保所设计的凝汽器能够安全、经济、合理地运行。
在计算中，按[HEI]标准对变工况计算出的特性曲线进行了修正，与原来的特性曲线相比，使曲线更与实际情况相符合，保证了凝汽器的安全运行。这种修正在国内已出版的文献中很少提到，作为一种新的设计方法，修正后的曲线有待于以后在更广泛的范围内，进行验证和推广。
参考文献：
[1]翦天聪.汽轮机原理.水利电利出版社.1986.6
[2]席洪藻.汽轮机设备及运行.水利电利出版社.1980.9
[3]表面式蒸汽凝汽器标准.美国传热学会[HEI]
【关键词】 凝汽器；热力计算；运行分析；变工况；特性曲线
引言：
通过凝汽器的设计计算及变工况计算，掌握凝汽器的热力计算方法。通过对凝汽器的变工况计算结果的分析，明确了变工况状态对运行的影响和凝汽器运行相关的问题。
主要工作有：收集凝汽器计算的有关数据，进行凝汽器的热力计算和变工况计算。变工况计算结果的分析，根据变工况计算结果，绘制凝汽器特性曲线。
计算中采用的是美国传热学会[HEI]《表面式蒸汽冷凝器标准》。由于采用新的标准，能够修正原有传统的设计方法。使设计更符合实际情况。
1 凝汽器工作原理简介
凝汽器的作用是将汽轮机的排汽凝结成水并保证有一定真空度的汽轮机的重要辅助设备。
凝汽器运行时，冷却水由循环水泵分别打入前水室下部的进口进入凝汽器，经下部管束流向后水室转向，流经上部管束，经前水室上部的出口流出凝汽器。冷却水流经两个前水室呈双进双出的两流程流动。在冷却水进口、出口水管道上均装有双金属温度计，以测量冷却水进、出口水温。
低压缸排出的蒸汽进入凝汽器后迅速地分布在冷却管子的全长上，通过管束间的通道和两侧通道，使蒸汽全面地沿冷却管表面进行热交换并被凝结成水，部分蒸汽则由管束两侧的通道流向凝汽器下部的凝结水表面，对凝结水进行加热，剩余的未凝结蒸汽和空气沿管束内的通道汇集到抽出汽气混合物的母管，最后降低了温度的汽气混合物，经过空气抽出口抽到真空系统的设备中。
2 已知资料及及数据
本次计算选用的是哈尔滨汽轮机厂的N300——16.7/537/537型汽轮机配套使用的凝汽器。
3 凝汽器的热力计算
凝汽器设计计算的任务是根据凝汽器的蒸汽负荷Gk，排汽焓hc0和凝汽器压力Pc0以及冷却水进口温度tw1等已知条件进行计算，从而确定冷却水数量以及凝汽器主要尺寸。包括热力计算、变工况计算，以及根据变工况计算的结果绘制凝汽器的热力特性曲线，并对结果进行分析。
凝汽器热力计算的主要内容：
4 凝汽器的变工况计算及特性曲线的绘制
凝汽器在运行中的工作条件与设计条件往往不符，因为决定凝汽器压力的几个主要因素在运行中都会发生变化。当汽轮机负荷变化时，凝结的蒸汽量可在较大范围内变动，冷却水量将随循环水泵的工作情况而变化，冷却水进口温度则随气温而改变。所以，凝汽器压力也将随之发生变化。凝汽器压力Pk与凝汽量Gk、冷却水量w，冷却水进口温度tw1的变化关系称为凝汽器的热力特性。
当冷却水量W在运行中保持不变时，α为一常数，则冷却水温升与凝汽器负荷Gk成正比，即△t随凝汽器的负荷降低，而成比例的减少。
由于传热系数K的影响，使δt与Gk的关系比较复杂，但在冷却水量W等于常数的条件下，假定排汽量Gk变化时，总体传热系数K也保持常数，则δt也将与Gk成正比。
当蒸汽负荷从设计值的20%到120%的变化范围内以及在正常的冷却水流量下，其冷却水温在5℃到35℃的变化范围内，绘制凝汽器的近似特性曲线。
已知在设计条件下的蒸汽负荷Gk=584.93t/h，冷却水温升△t=8.842℃，冷却水流速Cw=2m/s，传热系数C=2291，材料系数фm=0.9814，清洁系数β=0.85。
凝汽器的变工况计算程序如下：
1）蒸汽负荷Gk从设计值的20%到设计值的120%之间，按20%设计值的间隔给定。
2）在冷却水流量W固定不变的条件下，又在Gk给定后，冷却水温升可按式△t=αGk，α=2200/w因w不变，故系数α为常数。
以蒸汽负荷为设计值Gkn的40%为例，则
3）选取不同的水温，如tw1=5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃时，由[HEI]标准分别查得温度修正系数，фt=0.694、0.808、0.91、0.983、1.041、1.075、1.1，然后，在一定的tw1下，按下列公式对不同的蒸汽负荷进行计算。
4）凝汽器特性曲线的绘制
由计算得出了，凝汽器在不同的冷却水温度和不同负荷下的饱和温度。按照[HEI]标准，绘制凝汽器的特性曲线，这些曲线表示凝汽器在不同的热负荷及各种循环水进口温度下的绝对压力。这些性能曲线在低负荷下，由于抽汽装置的限制应予修正。从[HEI]标准查得：抽气器压力的上限值和热负荷为零时的最小绝对压力，在绘制性能曲线时，对每一个循环水进口温度应从上限点向相应的热负荷为零的点作直线。从水蒸汽表中查得不同饱和温度相对应的饱和压力，具体数据列表如上页表。
凝汽器特性曲线如下：
5 特性曲线的分析
（2）当负荷不变时：
（3）凝汽器的真空在低热负荷时受到抽气装置的限制。當蒸汽负荷下降时，凝汽器内真空的形成不仅受到蒸汽凝结的影响，而且受抽气装置的限制。随着冷却水温度升高，凝汽器内绝对压力升高，蒸汽空气混合物的温度升高，导致气体膨胀，抽出的空气量增加，抽气器对凝汽器的压力影响减小，受抽气器影响的最大负荷随冷却水温的升高而减少。
（4）由特性曲线得出如下结论：
1）在一定的冷却水量和冷却水进口温度下，凝汽器中的真空随汽轮机负荷的减少而升高，当汽轮机负荷和冷却水量不变时，凝汽器的真空将随冷却水进口温度的降低而升高。 2）凝汽器的性能曲线在低热负荷下，由于抽气装置的限制应予修正。
3）计算得出的性能曲线与传统的性能曲线相比，低负荷时，曲线因抽气器的影响作了修正，经过实际运行的比较，修正后的曲线更符合凝汽器运行的实际情况。
6 凝汽器设备的运行分析
当tw1逐渐降低引起δt逐渐变小，此时可以提高凝汽器真空，所以要时刻监视运行参数的变化，如凝汽器的真空，冷却水进出口温度及蒸汽温度和凝汽器进出口压力等。
1.凝汽器的真空监视
（1）tw1：当在其它条件相同和冷却倍率不变情况下，tw1下降影响tw2降低，引起ts下降和真空H提高。而tw1取决于供水方式、冷却设备、季节和气温的变化，以及循环水冷却设备运行维护的好坏。
（2）冷却水温升△t：当排汽量Gk不变，tw1也不变，增加冷水量w，即冷却倍率m增大，冷却水温升△t必然减少。这时，即使传热端差δt不变，排汽的饱和温度ts也要降低，从而使凝汽器的真空得到提高。此外当冷却水量W增加时，铜管内的水流速度Cw增大，改善了蒸汽与冷却水之间的传热条件，从而使传热端差δt减少，亦有利于真空的提高。
（3）凝汽器的传热端差δt：凝汽器传热端差δt与冷却水进口温度tw1、凝汽器单位面积的蒸汽负荷Dco/Aco、冷却水流速Cw、铜管内外表面的清洁程度以及凝汽器内积存空气的多少等因素有关。△t越小，说明冷却水吸收的热量越多，銅管的传热情况越好，即凝汽器的运行情况越好。
2.凝结水过冷却的监视和消除
凝结水过冷却对发电厂热力设备的经济性和安全性都是不利的，这是因为凝结水过冷却后，为了将其加热到相应排汽压力下的饱和温度，就需要多消耗燃料，如在没有给水回热的热力系统中，凝结水每过冷7℃，就相当于发电厂的热经济性减低1%，另外还会使水中的含氧量增加，从而对热力设备及管道的腐蚀作用加剧，降低了设备的使用安全性和可靠性，而引起凝结水过冷却的因素很多，如a.凝汽器内积存有空气；b.凝结水位过高；c.凝汽器内管子排列不佳或布置过密等。只有保持凝汽器的真空系统的严密性和抽汽器的正常工作同时防止水位过高或使凝结水泵本身低水位运行，再者将凝汽器制成回热式来消除或减少凝结水的过冷却。
3.凝结水质的监测与对策
凝结水质不良，不仅使锅炉受热面结垢，传热恶化，使汽轮机叶片结垢，效率降低，而且将直接威胁锅炉和汽轮机的安全运行，所以在运行中必须经常对凝结水进行化学分析，以鉴定水质是否合格，引起水质不良，是由于铜管在管板上的接口不严密或铜管机械振动，电化学腐蚀和化学腐蚀产生破裂等原因，使冷却水漏入凝汽器的汽侧所致。
4.凝汽器的脏污和清洗
凝汽器的在运行时，由于循环水质不良，其中的悬浮物，有机物微生物以及钙镁盐类会堵塞或沉积在铜管内侧，使之脏污，从而导致传热恶化，真空下降，影响机组的经济性和出力。
当发现真空缓慢下降且传热端差逐渐增大，冷却水温稍有增大以及抽汽器抽出的空气温度与冷却水进口温度之间的温差增大时，即可判断是凝汽器铜管脏污或堵塞。此时应根据结垢，堵塞的性质及严重程度等，采用一定方法对凝汽器进行清洗。作为预防性措施，亦应在运行中对凝汽器进行定期清洗工作。
7 结论
通过对凝汽器设备的结构、工作原理及特性的了解和掌握，并能由已知数据，进行标况下热力计算，由此确定凝汽器的结构尺寸和所需的冷却水量。随着负荷和冷却水温度的变化，对凝汽器进行变工况计算，并根据计算结果绘制特性曲线。由此确保所设计的凝汽器能够安全、经济、合理地运行。
在计算中，按[HEI]标准对变工况计算出的特性曲线进行了修正，与原来的特性曲线相比，使曲线更与实际情况相符合，保证了凝汽器的安全运行。这种修正在国内已出版的文献中很少提到，作为一种新的设计方法，修正后的曲线有待于以后在更广泛的范围内，进行验证和推广。
参考文献：
[1]翦天聪.汽轮机原理.水利电利出版社.1986.6
[2]席洪藻.汽轮机设备及运行.水利电利出版社.1980.9
[3]表面式蒸汽凝汽器标准.美国传热学会[HEI]