condenser
简介
接受汽轮机排汽并使之冷凝的热交换器。凝汽器利用水或空气作为冷却工质，直接或间接同蒸汽接触，将蒸汽凝结成水，在汽轮机排汽口建立和保持一定的真空，使进入汽轮机的蒸汽膨胀到尽可能低的冷端压力，以增加汽轮机中的理想焓降，提高循环热效率。此外，凝汽器还有汇集各种疏水、补给水，储存凝结水的功能。根据系统的要求，凝汽器还可具有除氧作用。
按汽轮机排汽凝结方式不同，凝汽器可分为混合式凝汽器和表面式凝汽器两类。在混合式凝汽器中，汽轮机排汽与冷却水直接混合接触而使蒸汽凝结，其优点是结构简单，制造成本低，能建立高真空。缺点是要求循环水的质量也要等同于凝结水。目前这种凝汽器主要用于间接空气冷却凝汽系统 (见干式冷却凝汽装置)。在表面式凝汽器中汽轮机排汽在冷却表面一侧凝结，而冷却工质在冷却表面另一侧流动，互不接触。其优点是能保持凝结水洁净;缺点是消耗大量有色金属，制造成本高。表面式凝汽器可以用水或空气作为冷却介质，用水冷却的优点是传热系数高，能建立高真空，并减小凝汽器尺寸。现代火力发电厂和核电厂的汽轮机组绝大多数都采用水冷的表面式凝汽器，只有少数缺水地区才采用空气冷却。下文展开的内容均针对水冷的表面式凝汽器。
通常凝汽器与循环水泵、凝结水泵、抽气设备以及连接管道组成凝汽系统(图1)。汽轮机排汽从进汽口进入凝汽器。冷却水从进水口进入凝汽器，并按箭头方向流经管束，从出水口流出。蒸汽和冷却管接触而凝结，因体积骤然缩小形成真空。凝结水集聚在热井中，并由凝结水泵抽出，送入锅炉给水系统。漏入凝汽系统和汽轮机真空部分的空气集中在凝汽器汽侧，由抽气器将这些不凝结气体抽出，以维持凝汽器的真空。
图1 凝汽系统图基本结构
凝汽器由外壳、水室、管板、隔板、冷却水管等组成(图2)。外壳通常呈圆柱形或椭圆柱形，大功率汽轮机凝汽器则设计成方箱。外壳两端装有多孔的管板并与端盖连接，在两侧形成水室。冷却水管固定在管板的孔内。在凝汽器内部还装有若干块中间隔板，下部设有热井。为适应现代汽轮机多个排汽口的结构，凝汽器汽侧的连接，有一个单壳体凝汽器和一个排汽口连接或一个单壳体凝汽器和数个排汽口连接这两种基本方案。
图2 表面式凝汽器的结构简图
1—凝汽器的外壳;2、3—水室的端盖;4—管板;5—冷却水管;6—排汽进口;7—热井;8—抽除空气的管口;9—空气冷却区;10—凝汽器汽空间隔板; 11—冷却水进口; 12—冷却水出口;13—水室隔板;14—汽空间;15、16、17—水室
分类 按冷却水流程有单流程、双流程和多流程之分;按水室垂直隔板区分，有单一制和对分制;按冷却管排列方式有回热和非回热式; 按汽流在冷却管束中的流动方向有汽流向下式、汽流向上式、汽流向侧式和汽流向心式; 按汽轮机排汽口压力有单压式和多压式等。火电厂中广泛应用的有双流程、对分制、回热、汽流向侧式和汽流向心式凝汽器。大功率汽轮机有的采用多压式凝汽器。
技术要求和性能指标 现代大机组的凝汽器应满足以下要求：①有良好的传热性能;②具有高度的严密性;③冷却水管具有足够的抗腐蚀性，良好的传热性能和一定的机械强度;④汽阻、水阻和凝结水过冷度小;⑤凝结水含氧量小;⑥清洗冷却水管方便;⑦便于运输和安装。
考核凝汽器性能的主要指标有：①真空度;②端差(凝汽器压力下的饱和温度与冷却水出口温度之差);③凝结水过冷度;④凝结水含氧量;⑤凝汽器水阻;⑥空冷口排出的汽-气混合物的过冷度。
管束布置 合理的管束布置能提高凝汽器的传热效果。其基本原则是：①管束应有足够大的外围面积，头几排管子最好采用辐向排列或正方形排列; ②汽流应有侧向通道，使管束各部分热负荷均匀;③必须设置空气冷却区，有效地冷却空气和未凝结的蒸汽;④凝汽器进口至抽气口的蒸汽空气混合物的流通途径应力求短直，以减少气阻; ⑤必须在管束与壳体间加设挡汽板，防止蒸汽不经过主凝结区而进入空气冷却区，以及防止蒸汽空气混合物不经过空气冷却区而直接进入抽气口;⑥应有适当大小的通道，蒸汽能自由进入热井回热凝结水; ⑦凝结水和汽气混合物应从不同位置分别引出，相互距离要远些;⑧应在管束之间安置凝结水收集板，避免上排管束的凝结水下落到下排冷却管子上，恶化传热效果。
管束布置的基本型式有：带状管束、教堂窗型单元式管束、辐射型管束、钟罩型管束、平衡降流型管束、块状管束等。
管材选择 合理选择凝汽器冷却水管管材，对有效地提高汽轮机效率和运行经济性以及延长设备寿命，具有重要意义。凝汽器管材一般为多种牌号的铜锌锡合金，或不锈钢，或钛合金。管材的选择，应根据冷却水质、水质变化情况、腐蚀可能性，并考虑相应的流速、清洁系数、凝汽器结构型式、防腐措施、清洗方法和管材性能价格等，通过技术经济论证或经过试验加以确定。(见凝汽器管材)
汽轮机“冷端”优化设计 近代大功率汽轮机凝汽器的设计已成为整套机组乃至整个电厂设计的主要组成部分，凝汽器优化设计，实质就是汽轮机“冷端”最佳参数的选择。汽轮机“冷端”设计与凝汽器、汽轮机低压缸、供水系统以及地区的气象条件密切相关。汽轮机“冷端”的设计优化应该是以下一些设备参数的优化组合：供水方式、冷却水温、汽轮机背压、汽轮机低压缸形式(包括排汽面积、排汽口数目以及末级叶片长度等)、凝汽器冷却面积、管材、管子几何尺寸、冷却水量以及循环水泵等。
汽轮机“冷端”优化设计的经济论证方法基本上有两种：一是维持机组出力不变，冷端设备的改变，引起汽轮机背压的变化，进而使得汽轮机进汽量发生改变，引起热耗的修正，使燃料费用发生变化;另一是维持汽轮机进汽量不变，冷端设备的改变引起背压变化，进而使汽轮机发出功率变化，使电费收入变化。将燃料费用或电费收入的变化值同电厂相应设备投资变化相比，即可确定所要选定的最佳方案。