Курс лекций общая энергетика

Принципиальная схема конденсационной установки, устройство конденсатора

Основными потребителями технической воды на электростанциях являются конденсаторы паровых турбин. Необходимый вакуум в конденсаторе создаётся при конденсации пара охлаждающей водой и отсоса воздуха пароводяными или водоводяными эжекторами. Глубина вакуума в конденсаторах турбин зависит от количества и температуры подаваемой в них охлаждающей воды. При эксплуатации турбоагрегатов, кроме того, на глубину вакуума оказывает влияние степень и характер загрязнение трубок конденсаторов, плотность вакуумной системы, работа эжекторов и т.д. Расчётный вакуум, на который запроектирована турбоустановка в комплексе с конденсатором, выбирается с учётом конструкции и технических характеристик последней ступени турбины. Расчётный вакуум в принципе должен учитывать также стоимость топлива, сжигаемого на электростанции. Например, на турбоагрегате типа К-300-240 ухудшение вакуума на 1% при постоянном расходе пара на турбину вызывает снижение её мощности на 0,8÷1,0% её номинального значения.

При вакуумах ниже расчётного наряду со значительным ухудшением экономичности уменьшается также располагаемая мощность турбины, так как расход пара через неё ограничен конструкцией проточной части.

Температура воды перед конденсаторами турбин зависит от системы технического водоснабжения и района расположения станции, а также от технической характеристики искусственных охладителей, если они применяются. Основная потеря теплоты в турбинной установке происходит в её конденсаторе.

Конденсатор в цикле Карно является холодильником (по второму закону термодинамики).

В состав конденсационной установки турбины входит следующее оборудование: собственно конденсатор, конденсатный и циркуляционный насосы, эжектор, циркуляционные трубопроводы с арматурой и т.д.

Конденсатор — теплообменный аппарат, предназначенный для конденсации отработавшего в турбине пара при низком давлении. Конденсация пара происходит при соприкосновении его с поверхностью, температура которой ниже, чем температура насыщения при данном давлении в конденсаторе. Конденсация пара сопровождается выделением теп­лоты, затраченной ранее на испарение жидкости, ко­торая отводится при помощи охлаждающей среды. В зависимости от вида охлаждающей среды конденсаторы разделяются на водяные (охлаждающая среда — вода) и воздушные (охлаждающая среда — воздух). Современные паротурбинные установки снабжены водяными конденсаторами. Воздушные конденсаторы имеют по сравнению с водяными более сложную конструкцию и не получили в настоящее время широкого распространения. Водяные конденсаторы делятся на два типа: смешивающие и поверхностные. В смешивающих конденсаторах пар конденсируется на поверхности капель охлаждающей воды. В поверхностных конденсаторах пар и охлаждающая вода разделены стенками металлических трубок. Пока на ТЭС России используются только поверхностные конденсаторы.

Конденсационная установка паровой турбины состоит из собственно конденсатора и дополнительных устройств, обеспечивающих его работу (рис.32). Подача охлаждающей воды в конденсатор осуществляется циркуляционным насосом. Конденсатные насосы служат для откачки из нижней части конденсатора (1) конденсата и подачи его в систему регенеративного подогрева питательной воды. Воздухоотсасывающие устройства предназначены для удаления воздуха, поступающего в турбину и конденсатор вместе с паром и через неплотности фланцевых соединений, концевые уплотнения и др.

Схема простейшего поверхностного конденсатора приведена на рис.33. Он состоит из корпуса, торцевые стороны которого закрыты трубными досками. В эти доски завальцованы конденсаторные трубки, сообщающиеся с водяными камерами. Передняя водяная камера разделяется горизонтальной перегородкой, которая делит все конденсаторные трубки на две секции, образующие так называемые «ходы» воды (на схеме два хода). Вода поступает в водяную камеру через патрубок и проходит по трубкам, расположенным ниже перегородки. В задней камере вода переходит во вторую (верхнюю) секцию трубок. По трубкам этой секции вода идет в обратном направлении, совершая второй «ход», попадает в переднюю камеру и через выходной патрубок удаляется из конденсатора. Число ходов воды бывает от одного до четырех, в соответствии с чем устанавливается число разделительных перегородок в водяных камерах. В современных конденсаторах турбин большой единичной мощности число ходов охлаждающей воды редко превышает два.

Пар, поступающий из турбины в паровое пространство конденсатора, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая вода. Теоретической основой обеспечения низкого давления пара в конденсаторе является однозначная связь между давлением и температурой конденсирующейся среды. Поскольку температура конденсации определяется климатическими условиями и составляет 25÷45°С, то в конденсаторе поддерживается низкое давление, составляющее в зависимости от режима 3÷10 кПа.

Принципиальная схема конденсационной установкиРис.32 Принципиальная схема конденсационной установки:

1―конденсатор;

2―циркуляционный насос;

3―конденсатный насос;

4―воздухоотсасывающее устройство.

Рис.33 Схема двухходового поверхностного конденсатора:

1―корпус; 2, 3―крышки водяных камер; 4―трубные доски; 5―конденсаторные трубки; 6―приёмный паровой патрубок; 7―конденсатосборник; 8―патрубок отсоса паровоздушной смеси; 9―воздухоохладитель; 10―паронаправляющий щит; 11, 12―входной и выходной патрубки для воды; 13―разделительная перегородка; 14―паровое пространство конденсатора; 15÷17―соответственно входная, поворотная и выходная камеры охлаждающей воды; А―вход пара; Б―отсос паровоздушной смеси; В, Г―вход и выход охлаждающей воды; Д―отвод конденсата.

Схема двухходового поверхностного конденсатора

Чем ниже температура и больше расход охлаждающей среды, тем более глубокий вакуум можно получить в конденсаторе. Образующийся конденсат стекает в нижнюю часть корпуса конденсатора, а затем в конденсатосборник.

Пар, поступающий в конденсатор из выходного патрубка турбины, всегда содержит воздух, попадающий в турбину через неплотности фланцевых соединений, через концевые уплотнения ЦНД и т.п. Наличие воздуха уменьшает теплоотдачу от пара к поверхности охлаждения. Удаление воздуха (точнее, паровоздушной смеси) из конденсатора производится воздухоотсасывающим устройством через патрубок (8). В целях уменьшения объема отсасываемой паровоздушной смеси се охлаждают в специально выделенном с помощью перегородки (10) отсеке конденсатора — воздухоохладителе (9).

Конденсатор в современных турбинах выполняет и другие функции. Например, при пусках и остановках, когда котел вырабатывает большее количество пара, чем требуется турбине, или когда параметры пара не соответствуют необходимым, его направляют (после предварительного охлаждения) в конденсатор, не допуская потерь дорогостоящего рабочего тела путем его выброса в атмосферу. Для возможности приема такого «сбросного» пара конденсатор оборудуется специальным приемно-сбросным устройством.

Кроме того, в конденсатор обычно направляют конденсат из коллекторов дренажей паропроводов, уплотнений, некоторых подогревателей и вводят добавку химически очищенной воды для восполнения потерь конденсата в цикле.

Воздухоотсасывающие устройства

Воздухоотсасываюшие устройства предназначены для удаления паровоздушной смеси из конденсатора и циркуляционной системы и поддержания необходимого вакуума. В паротурбинных установках применяют следующие типы воздухоотсасывающих устройств: пароструйные и водоструйные эжекторы и воздушные насосы.

Принципиальная схема эжектора изображена на рис.34. Рабочее тело (пар — в пароструйном эжекторе, вода — в водоструйном) подается под давлением в приемную камеру, откуда через сопло (или несколько сопл) с большой скоростью направляется в камеру смешения, соединенную с паровым пространством конденсатора. Струя пара или воды, обладая большой кинетической энергией, увлекает за собой паровоздушную смесь из камеры в суживающуюся часть канала переменного сечения и далее поступает в диффузор, в котором происходит торможение потока и преобразование кинетической энергии в потенциальную. Вследствие этого давление на выходе из диффузора превышает давление во внешней среде и происходит постоянное удаление паровоздушной смеси из конденсатора.

Принципиальная схема эжектораРис.34 Принципиальная схема эжектора:

1―приемная камера;

2―сопло;

3―камера смешения; 4―суживающаяся часть канала; 5―диффузор.

Самое широкое распространение в паротурбинных установках получили пароструйные эжекторы, которые выполняются одно-, двух- и трехступенчатыми. Одноступенчатые эжекторы создают разрежение до 0,073÷0,08 МПа и применяются в качестве пусковых (для быстрого отсоса воздуха из конденсатора при пусках турбины). Двух- и трехступенчатые эжекторы создают более глубокое разрежение и применяются в качестве рабочих, обеспечивая устойчивую и надежную работу турбины при глубоком вакууме.

1.5.9 Питательные и циркуляционные насосы

Питательные насосы в теплосиловых установках являются весьма ответственным элементом технологиче6ской схемы электростанции. Современные питательные насосы выполняются многоступенчатыми с числом ступеней, зависящим от частоты вращения, диаметра ступеней и напора, создаваемого насосом.

Современный питательный насос имеет весьма развитую систему защиты, блокировок, сигнализации и контроля. Это позволяет обеспечивать безопасность работы питательного агрегата и бесперебойную подачу воды в парогенератор.

Все питательные насосы должны иметь на напорной линии обратный клапан, который предохраняет насос от появления обратного тока воды при его аварийном останове.

Циркуляционные насосы предназначены для снабжения электростанции охлаждающей и технической водой. Основная часть подаваемой воды направляется в конденсатор турбин, а остальная часть расходуется на следующие цели:

1. Охлаждение масла в маслоохладителях турбогенератора и питательного насоса.

2. Охлаждение водорода в газоохладителях генератора.

3. Охлаждение воздуха в воздухоохладителях возбудителей генератора, электродвигателях питательных насосов.

4.Охлаждение масла в подшипниках всех прочих вращающихся механизмов электростанции.

5. На прочие нужды, например, на гидрозолоудаление, химическую водоочистку, подпитку тепловой сети и т.д.

Контрольные вопросы.

1. Какое оборудование входит в состав конденсационной установки?

2. Для чего предназначен конденсатор турбины?

3. Для чего предназначено воздухоотсасывающее устройство конденсатора?

4. Куда подаётся на электростанцию охлаждающая и техническая вода?

Энергетика