5.6. Конденсационная установка

В конденсационной установке происходит конденсация отработавшего в турбине пара при искусственно созданном вакууме. Параметры в конденсаторе при номинальном режиме поддерживаются следующими: давление р_к = 0,003 – 0,005 МПа; температура t_к =26 – 28 ⁰С. Конденсационная установка состоит из конденсатора 3 (рис.5.10), эжекторных устройств 6 для отсоса воздуха 1, 18, конденсатосборника 11, циркуляционного насоса 13. На рис.5.10 показана конденсационная установка. Пар 4 выходящий из турбины попадает в конденсатор 3, охлаждается на трубах 2 и конденсируется. Конденсат пара накапливается в конденсатосборнике 11 откуда направляется на конденсатный насос по линии 12. Конденсация пара зависит от чистоты конденсаторных трубок 2.

Рис.5.10. Конструктивная схема конденсационной установки

1 – отсос воздуха; 2 – трубы с охлаждающей водой; 3 – корпус конденсатора; 4 – пар из турбины в конденсатор; 5 – пар на эжекторы; 6 – эжектор; 7 – вода на инжектор; 8 – инжектор; 9 – отсос охлаждающей воды с воздухом; 10 – промежуточная камера; 11 – конденсатосборник; 12 – конденсат на конденсатный насос; 13 – циркуляционный насос; 14 – входная и выходная камеры охлаждающей воды; 15 – выход охлаждающей воды; 16 – теплообменник эжектора; 17 – конденсат; 18 – отсос воздуха из конденсатора.

Охлаждающая вода циркуляционным насосом 13 прокачивается через входную 14, промежуточную 10 и выходную 14 камеры и сбрасывается в выходной канал. Вакуум в конденсаторе создается пусковым эжектором, а поддерживается основными эжекторами 6, пар, попадающий в эжектор с воздухом, охлаждается и конденсируется в теплообменнике 16. Таким образом, образовавшийся конденсат 17 отводится в систему регенерации турбины, а воздух 18 выбрасывается в атмосферу.

Чтобы охлаждающая вода не попадала в конденсат, давление охлаждающей воды должно быть минимальным. Для этого в верхней части выходной камеры по охлаждающей воде устанавливается инжектор 8. За счет отсоса охлаждающей воды 9, в выходной камере создается отрицательное давление. Все это делается для того, чтобы разность между давлениями охлаждающей воды и пара в конденсаторе было минимальным.

Конденсатор устанавливается на пружинных амортизаторах, что дает возможность при расширении конденсатора перемещаться ему вниз относительно неподвижной оси турбины.

5.7. Система регенерации паротурбинной установки

Подогрев конденсата, а после деаэратора, питательной воды в системе регенерации производится для повышения экономичности энергоустановки. Он происходит в нескольких подогревателях низкого давления (ПНД) 21, 22, 23, 24 (рис.5.8) и подогревателях высокого давления (ПВД) 29, 30, 31. Подогрев осуществляется от температур конденсата после конденсатора t_к = 20 – 30 ⁰С до 200 – 280 ⁰С после ПВД. Разбивка подогрева воды в подогревателях связана с выбором числа ступеней, количество которых обосновывается технико – экономическим расчетом. В предварительном расчете принимается равномерное распределение подогрева воды. Обычно повышение температуры воды в одном подогревателе ПНД осуществляется на = 20 – 25 ⁰С , а в ПВД на = 30 – 35 ⁰С. В деаэраторе также происходит повышение температуры воды на 13 – 15 ⁰С. При этом в деаэраторе температура воды t_д должна быть равной температуре насыщения при рабочем давлении, которое при закретических параметрах пара поддерживается равным 0,7 МПа, а при докритическом – 0,6 МПа. Конденсат после конденсатора подогревается также в охладителях эжекторов 16 (рис.5.10) и в охладителях пара уплотнений 18 (рис.5.8) на 2 – 4 ⁰С.

Обычно температура питательной воды t_пв перед котлом известна (принимается или определяется при расчете котла). Отсюда количество ПВД определяется по уравнению

,

где - подогрев воды в питательном насосе, ⁰С.

Количество ПНД определяется по уравнению

,

где - температура перед деаэратором, ⁰С;

- температура перед первым ПНД, ⁰С.

Давление конденсатного насоса выбирается примерно равным р_кн = (2,0 – 2,5) р_д.

Конструктивно подогреватели выполняются вертикальными, горизонтальными. Они могут быть с противотоком, прямотоком и поперечным током теплоносителей. Некоторые конструктивные схемы простых подогревателей (ПНД, охладителей пара уплотнений) показаны на рис.5.11.

Рис.5.11. Конструктивные схемы U- образного подогревателя (вертикального) (а) и подогревателя с плавающей головкой (горизонтального) (б).

1 – паровая часть корпуса; 2 – подвод пара; 3 – водяная часть корпуса; 4 – подвод воды; 5 – выход воды; 6 – трубная система; 7 – выход конденсата; 8 – плавающая промежуточная камера.

Н агреваемая вода входит (4) в водяную часть корпуса подогревателя 3, проходит по трубной системе 6, где происходит подогрев воды. Нагретая вода выходит из подогревателя по трубопроводу 5. Пар 2 на подогрев воды поступает в паровую часть корпуса 1, где охлаждается и конденсируется. Конденсат удаляется по 7. Трубная система подогревателя при нагреве должна иметь возможность расширяться. Один из вариантов подогревателя на рис.5.11,б с плавающей промежуточной камерой 8 позволяет удлиняться трубной системе.

Конструкции ПВД более сложные. Они должны иметь три ступени охлаждения пара. В первой ступени пар охлаждается до температуры насыщения. Во второй ступени происходит конденсация пара, а в третей - охлаждение конденсата пара. Все три части ПВД находятся в одном корпусе, но имеют свои конструктивные отличия.

При анализе и расчетах подогревателей используется тепловой и материальный балансы. Тепловой баланс поверхностного подогревателя (рис.5.12,а) записывается уравнением

,

где D_в, G_п – расходы воды и пара, кг/с;

t_в1, t_п1 - температура воды и пара перед теплообменником, ⁰С;

t_в2, t_п2 - температура воды и пара за теплообменником, ⁰С;

h_в1, h_п1 – энтальпия воды и пара перед теплообменником, кДж/кг;

h_в2, h_п2 – энтальпия воды и пара после теплообменника, кДж/кг;

η – коэффициент полезного действия теплообменника.

Тепловой и массовый балансы для смешивающего теплообменника определяются по уравнениям

где а₁, а₂, а₃ – доли потоков входящих и выходящих из теплообменника;

h₁, h₂, h₃ – энтальпии рабочих сред входящих и выходящих из теплообменника, кДж/кг.

В воде всегда находится некоторое количество газов, которые способствуют появлению коррозионных процессов разрушения металлов. Поэтому содержание газов в питательной воде нормативно ограничивается (например, кислорода не должно быть больше 10 мкг/кг при р > 10 МПа). Для удаления газов используется термическая деаэрация. Она основывается на законе Дальтона – Генри: «Концентрация газов в жидкости пропорциональна давлению этого газа над поверхностью воды (для смеси газов – пропорциональна парциальному давлению каждого газа, находящемуся в смеси). При температуре кипения парциальное давление газов над поверхностью воды падает, и это способствует выходу газов из жидкости. Для удаления газов из питательной воды используются специальные устройства – деаэраторы, в которых создаются условия насыщения.

Для перекачки конденсата и питательной воды в системе регенерации используются центробежные насосы. Питательные насосы при этом выполняются многоступенчатыми.