Тема 5.

Эксплуатация конденсационных установок.

Характеристики конденсационных установок.

В начале рассмотрим влияние нагрузки блока на работу конденсаторов турбин .

Вакуум в конденсаторах турбин существенно влияет на экономичность их работы .

Давление p_к определяется температурой конденсации отработавшего

пара t_к , которая для любого режима работы конденсатора определяется

из соотношения :

t_к = t_1ц + t_ц + _к (5.1)

где t_ц - повышение температуры циркуляционной воды в

конденсаторе ;

_к – недогрев охлаждающей воды до температуры насыщения

конденсирующегося пара , равный _к = t_к – t_2ц = t_к – t_1ц - t_ц

Чтобы установить зависимость температуры t_к от режима работы

конденсатора рассмотрим уравнения теплового баланса и теплообмена

в конденсаторе . Из уравнения теплового баланса имеем :

Q_к = c_в t_ц G_ц = D_к q_к , (5.2)

откуда

t_ц = (D_к q_к ) / (c_в G_ц ) ,

где q_к = h_к – h_кв - теплота конденсации пара ;

с_в – удельная теплоёмкость циркуляционной воды .

Из уравнения теплообмена в конденсаторе имеем :

Q_к = k F_к t_срлог (5.3)

где

а также t_б = t_к - t_1ц = t_ц + _к ,

и t_м = t_к – t_2ц = _к .

Подставляя это в уравнение теплового баланса (5.1) с учётом

уравнения теплообмена ( 5.3) получим :

(5.4)

После ряда преобразований можно получить :

(5.5)

Введя обозначение :

получим

t_к – t_1ц = AD_к .

В значительном диапозоне нагрузок турбины расход циркуляционной

воды поддерживается постоянным . В таком случае можно считать ,

что коэффициент теплопередачи в конденсаторе “k» также не

изменяется и A=const . В таком случае

(5.6)

откуда следует , что при поддержании постоянной температуры

циркуляционной воды на входе в конденсатор температура

конденсации пара в конденсаторе изменяется пропорционально

пропуску D_к пара в конденсатор , и с уменьшением D_к вакуум в

конденсаторе углубляется .

Если расход циркуляционной воды через конденсатор

изменяется , чтобы определить изменение вакуума в конденсаторе

по формуле (5.5) надо для определения коэффициента теплопередачи

в конденсаторе использовать формулу Л. Д. Бермана (ВТИ) :

(5.7)

Здесь a  0.75 - коэффициент , учитывающий загрязнение трубок

конденсатора ;

Ф_z – поправочный множитель , учитывающий влияние числа

ходов воды в конденсаторе (приближенно Ф_z  1.0) ;

Ф_d - поправочный множитель, учитывающий влияние паровой

нагрузки конденсатора ( приближенно можно принять Ф_d1.0).

Скорость воды в трубках конденсатора подсчитывается по формуле :

(5.8)

где n – общее количество трубок в конденсаторе ;

z – число ходов охлаждающей воды в конденсаторе .

Показатель степени «x» в формуле Бермана подсчитывается по формуле

x = 0.12 a (1 + 0.15 t_1ц ) .

Рассмотрим теперь нормативные характеристики конденсаторов турбин .

Важной характеристикой конденсаторов турбин является кратность

охлаждения :

m = G_ц / D_к (5.9)

Эта величина выбирается технико-экономическими расчётами .

Экономически оптимальная величина кратности охлаждения составляет

для многоходовых конденсаторов m = 35 – 60 ;

для одноходовых конденсаторов m = 90 – 110 .

Совершенство теплообмена в конденсаторах характеризуется минимальным

температурным напором _к : чем лучше воздушная плотность

конденсатора , чем лучше работает эжектор , чем чище трубки

конденсатора , тем меньше _к . Оптимальное значение _к можно

оценить по формуле Щегляева :

(5.10)

где E = 5 – 7 .

В условиях эксплуатации турбоустановок используются нормативные

характеристики конденсаторов . Они могут быть двух типов :

1. p_к = f₁ ( D_к ) и

2. _к = f₂ ( D_к ) .

Нормативные характеристики конденсаторов определяются путём

испытаний . Эти характеристики позволяют контролировать работу

конденсаторов турбин в эксплуатации .

В качестве примера первая из них представлена на рис. 5.1 .

На рисунке 5.1 (а) показана зависимость давления в горловине конденсатора турбины К–300–240 ХТЗ от расхода пара в него при различной температуре охлаждающей воды на входе в конденсатор при её минимальном расходе .

Часто характеристику, показанную на рисунке 5.1 (а) строят в других координатах – в виде зависимости температурного напора от расхода пара в конденсатор и температуры охлаждающей воды при номинальном её расходе. Пример такой характеристики для турбины К–300–240 ХТЗ показан на рисунке 5.1 (б). Если температурный напор в условиях эксплуатации оказывается большим, чем следует из нормативной характеристики, то это свидетельствует об ухудшении работы конденсатора вследствие загрязнения охлаждающей поверхности трубок, увеличения присосов воздуха или ухудшении работы отсасывающих устройств.

Как видно из приведенных выше характеристик в реальных условиях эксплуатации, для каждой нагрузки турбины в зависимости от состояния системы конденсации пара будет своё оптимальное значение вакуума в конденсаторе, которое зависит от следующих факторов:

• температуры циркуляционной воды на входе в конденсатор;

• расхода циркуляционной воды;

• расхода пара в конденсатор;

• величины присосов воздуха и качества работы эжекторной установки;

• чистоты поверхностей конденсации.

Это – характеристика конденсатора турбины К-300-240 ХТГЗ .

Она справедлива для номинального расхода циркуляционной воды

G_ц = 34800 м3/час . На рис.5.1(б) представлен другой вид нормативной

характеристики конденсатора для этой же турбины в виде

зависимости _к = f ( D_к ) .

Второй вид характеристики более удобен для практического

использования . Если в условиях эксплуатации минимальный

температурный напор _к больше нормативного , это свидетельствует

об ухудшении работы конденсатора . Причинами могут быть

загрязнение трубок , увеличение присосов воздуха , ухудшение

работы эжекторов .

Рассмотрим эксплуатационный контроль за работой

конденсационных установок на ТЭС . Основными показателями

являются давление отработавшего пара p_к , минимальный температурный

напор _к , паровая нагрузка конденсатора D_к , расход циркуляционной

воды G_ц и температура t_ц1циркуляционной воды на входе в конденсатор .

Абсолютное давление в конденсаторе определяется как

разность показаний барометра p_бар и ртутного вакуумметра p_вак ,

подключенного к конденсатору :

р_к = р_бар – р_вак , (5.11)

При определении вакуума учитываются поправки на шкалу прибора ,

на отметку его установки и на другие факторы, предусмотренные

правилами по проведению тепловых испытаний паровых турбин .

В условиях эксплуатации вакуум на ТЭС чаще всего определяют

в процентах от барометрического давления :

V = p_вак / p_бар 100 % (5.12)

В процессе эксплуатации ведётся постоянный контроль за работой

конденсатора путём измерения следующих параметров :

1. Вакуум в конденсаторе р_вак ;

2. Барометрическое давление р_бар ;

3. Температура циркуляционной воды на входе t_ц1 ;

4. То же на выходе t_ц2 ;

5. Температура пара на входе в конденсатор t_п ( как правило, она равна температуре насыщения при давлении в конденсаторе t_к ) ;

6. Температура конденсата на выходе из конденсатора t_к ;

7. Давление пара перед соплами пароструйных эжекторов или

давление воды перед соплами водоструйных эжекторов ;

8. 8) Давление циркуляционной воды до и после конденсатора ;

9. Солесодержание конденсата , мг-экв / кг ;

10) Содержание растворённого кислорода в конденсате мкг/кг .

Анализ этих величин позволяет судить об режиме работы

конденсатора и имеющихся в его работе отклонениях , Общепринятым

методом контроля является регулярное сравнение фактических

эксплуатационных показателей его работы с нормативными

показателями , К таким показателям в первую очередь относится

давление p_к в конденсаторе , а также – нагрев воды в нём

t_ц = t_ц2 –t_ц1 и минимальный температурный напор _к= t_к –t_ц2 .

Повышение р_к по сравнению с нормативной характеристикой при

одинаковых режимах указывает на то , что турбоагрегат работает с

перерасходом теплоты или при данном расходе пара его мощность

будет ниже нормативной .

Для определения причин ухудшения вакуума можно воспотьзоваться

характеристиками _к = f (D_к, t_в1) и t_ц = f (D_к , G_цв). Увеличение _к

свидетельствует об уменьшении коэффициента теплопередачи в

конденсаторе, вызванном большими присосами воздуха в вакуумную

систему турбины или загрязнением поверхности охлаждения или

комбинацией этих причин .

Увеличение t_ц указывает на недостаток расхода охлаждающей воды

через конденсатор и уменьшение кратности охлаждения .

Воздух и другие неконденсирующиеся газы попадают в конденсатор

с паром и через неплотности в вакуумной системе турбины и

конденсатора . При этом основное количество газов в конденсаторе

представляет собой воздух , проникающий через неплотности элементов

турбоустановки и конденсатора , находящихся под вакуумом .

Следует отметить , что с понижением нагрузки присосы воздуха в

конденсатор увеличиваются , что связано с двумя причинами :

а) увеличение числа элементов регенеративной системы турбины

оказавшимися под вакуумом ;

б) ухудшение условий отсоса воздуха из конденсатора в связи с

уменьшением плотности парового потока в конденсаторе .

Проникновение воздуха в вакуумную систему приводит к

следующим негативным последствиям :

1. существенно снижается коэффициент теплопередачи в

конденсаторе ;

2. происходит переохлаждение конденсата , что приводит к

снижению экономичности турбоустановки ввиду необходимости

дополнительного подогрева конденсата в системе регенерации

паром отборов ;

3. возникает перегрузка системы отсоса воздуха ;

4. при переохлаждении конденсата происходит насыщение

конденсата растворённым кислородом , что приводит к

последующей коррозии конденсатного тракта .

Кроме разрушения конструкционных материалов в процессе коррозии

происходит также вынос продуктов коррозии в проточную часть

турбины и занос поверхностей нагрева котла в основном окислами

железа и меди .

Существуют нормы присосов воздуха в конденсаторы :

Мощность турбины, МВт Нормы присоса воздуха кг/час

100. 15

200. 20

300. 30

500. 40

800. 60

Воздушная плотность конденсатора может быть оценена по

скорости изменения вакуума в нём при отключении эжектора :

p /  кПа/мин Плотность

0.13 – 0.26 хорошая

0.39 – 0.52 удовлетворительная

> 0.52 неудовлетворительная

С помощью пароструйных эжекторов можно определить величину

присосов воздуха в конденсатор путём непосредственного измерения

количества отсасываемого воздуха . Для водоструйных эжекторов это

делают косвенным путём по характеристике эжектора .

При проведении испытаний с дозированными впусками воздуха

в конденсатор и по изменению вакуума определяют , как работает

эжекторная группа .

Большую сложность представляет поиск мест присосов воздуха

в вакуумную систему турбины .

В основном используют два способа : на работающей турбине под

нагрузкой используют галоидные течеискатели , а на неработающей

турбине применяют метод опрессовки .

Принцип действия галоидных течеискателей основан на свойстве

платины испускать ионы в раскалённом состоянии . Эмиссия ионов

резко возрастает , когда в среде , в которой находится платина ,

присутствуют галоидосодержащие газы (фреон , четырёххлористый

углерод и другие) .

Для поиска места присоса производится местная обдувка поверхностей

элементов вакуумной системы фреоном-12 из баллончика , а на выхлопе

эжектора ставят датчик прибора , который резко изменяет свои

показания при появлении фреона в выхлопе эжектора .

На остановленной турбине поиски мест присосов производят путём

опрессовки системы :

 гидравлической ( заполнение системы водой и поиск протечки ) ;

 воздушной ( нагнетание в ЧНД турбины воздуха от компрессора

под давлением 0.02 – 0.03 МПа выше атмосферного, а места

поиска неплотностей смачивают мыльным раствором ) .