Зорин В.М. Атомные электростанции

нию. Тогда расчет парциальных давлений возможен через расходные массовые доли компонентов смеси:

ii см

Парциальное давление любого компонента определяется по полному давлению смеси, в данном случае — по давлению в точке

отсоса р :

iотс i

Если температура охлаждающей воды в точке отсоса известна, то,

как уже было указано, известно и парциальное давление пара р , и

где р — парциальное давление одного из неконденсирующихся

г i

газов или воздуха.

Заметим, что в точке отсоса движение парогазовой смеси должно

заканчиваться, и тогда давление р будет наименьшим в конденса-

отс

торе. Если это не так, то часть газа вместе с паром будет проходить мимо точки отсоса, накапливаться и повышать общее давление в конденсаторе до тех пор, пока расход отсасываемых газов не будет равен их поступлению.

Из формул (14.10)—(14.12) следует, что расход отсасываемого с

расход пара пропорционален суммарному расходу неконденсирующихся газов.

211

Давление в точке отсоса может быть определено по гидравличе-

скому сопротивлению парового пространства р :

п

р= р – р ,

отс к п

здесь р — полное давление на входе в теплообменную поверхность

к

конденсатора.

Зависимость расхода отсасываемого пара от температуры охлаждающей воды в точке отсоса показана на рис. 14.7. Она построена на основе результатов расчета по уравнению (14.14) при следующих

–2

= 1,5æ10 кг/с. Видно, что точку отсоса целесообразно располагать при возможно более низкой температуре. Увеличение отсоса пара требует повышения производительности отсасывающих устройств.

14.4. Конструктивные схемы

конденсаторов и схемы их включения

Основные требования к конструктивной схеме конденсатора определяются сформулированными ранее особенностями протекающих в нем процессов. Они сводятся к тому, чтобы обеспечить:

•минимально возможное гидравлическое сопротивление парового пространства: чем больше сопротивление, тем выше давление за последней ступенью турбины с потерей тепловой экономичности;

•отсутствие переохлаждения конденсата относительно температуры насыщения: переохлаждение — это ненужный отвод теплоты в окружающую среду, который потребуется компенсировать работой верхнего источника;

•надежный отвод паровоздушной (парогазовой) смеси с меньшим, желательно, расходом пара.

Применяются конденсаторы двух типов: с боковым и центральным отсосом паровоздушной смеси при нисходящем потоке пара. Трубный пучок выполняется в виде многократно изогнутой ленты (рис. 14.8) со сравнительно малой глубиной в направлении хода пара

инебольшим числом рядов трубок в ленте (12—16). Увеличение периметра пучка со стороны входа пара, разрядка трубок в первых рядах

212

Рис. 14.8. «Ленточная» компоновка теплообменной поверхности двухходового конденсатора с центральным отсосом паровоздушной смеси:

1 — трубки второго хода охлаждающей воды; 2 — трубки первого хода охлаждающей воды; 3 — трубки охладителя паровоздушной смеси

213

способствуют достижению приемлемых скоростей пара на входе в пучок и снижению его гидравлического сопротивления. Глубокие проходы для пара с внешней стороны пучка, центральный и боковые, обеспечивают поступление пара к стекающему с трубок конденсату, его подогрев и деаэрацию, в том числе и в нижней части пучка.

Специальные конструктивные мероприятия предусматриваются для отвода конденсата из трубного пучка на промежуточных уровнях по его высоте для предотвращения переохлаждения конденсата и уменьшения гидравлического сопротивления.

Для снижения гидравлического сопротивления создаются также внутренние проходы для паровоздушной смеси к месту отсоса, по возможности, прямые и короткие. Зона воздухоохладителя выделяется таким образом, чтобы расход отсасываемой паровоздушной смеси был минимален.

Указанные конструктивные мероприятия по оформлению трубных пучков, значительные площади теплообменной поверхности обусловливают большие габаритные размеры конденсаторов современных ПТУ.

Кроме трубного пучка основными конструктивными элементами конденсатора являются: корпус; водяные камеры, отделенные от парового пространства трубными досками; конденсатосборник. Предусматриваются также дополнительные элементы, улучшающие работу аппарата: паровые щиты для организации потоков пара, деаэрационное устройство в конденсатосборнике и др.

Размеры конденсатора для современных турбин большой мощности делают вынужденной его транспортировку в разобранном виде и сборку на месте установки, под фундаментом турбины. Корпус такого конденсатора имеет форму параллелепипеда со стенками из листовой стали с внутренним оребрением.

По охлаждающей воде конденсаторы выполняют одноили двухходовыми. Одноходовые конденсаторы применяют при прямоточном водоснабжении и оборотном с водохранилищами-охладителями или брызгальными бассейнами. В этом случае выбирают повышенную крат-

ность охлаждения — 60…120, что способствует уменьшению t и дав-

в

ления в конденсаторе. При оборотной системе с градирней кратность охлаждения меньше — 40…60, так как уменьшение зоны охлаждения снижает эффективность отвода теплоты в градирне. Здесь, как правило, применяют двухходовые конденсаторы.

Трубки конденсаторов прямые, их концы ввальцованы в трубные доски. Для уменьшения протечек (присосов) охлаждающей воды применяют уплотняющие обмазки, которые наносят на трубную доску при монтаже конденсатора и восстанавливают во время ремонта при эксплуатации.

214

Характеристики конденсаторов даны в табл. 14.1. Пример кон-

структивного оформления приведен на рис. 14.9.

–1

Для быстроходных турбин (50 с ) конденсаторы, несмотря на их

крупные габариты, удается разместить под фундаментом турбины

(подвальное размещение конденсаторов). В случае тихоходных

влажно-паровых турбин, у которых расход пара на один выхлоп

существенно больше, возникают трудности с размещением конден-

Таблица 14.1

Характеристики конденсаторов некоторых паровых турбин

или 27 °С (ГОСТ 3618—82).

215

Рис. 14.9. Конденсаторы для турбин К-220-4,3 и К-500-6,4/50:

1 — трубный пучок; 2 — трубки сливные; 3 — тупиковый канал для пара; 4 — боковой канал для пара; 5 — щиты паровые; 6 — воздухоохладитель; 7 — конденсатор правый; 8 — конденсатор левый; 9 — конденсатосборник; 10 — водяная камера задняя; 11 — опора пружинная; 12 — водяная камера передняя; 13 — патрубок переходный; 14 — приемно-сбросное устройство; 15 — перепуск пара между конденсаторами; А — вход отработавшего в турбине пара; Б — вход сбрасываемого пара после редукционных устройств; В — отсос паровоздушной смеси; Г — подвод охлаждающей воды; Д — слив охлаждающей воды; Е — отвод конденсата

саторов. В качестве варианта решения проблемы предложено располагать конденсаторы по бокам цилиндров низкого давления («боковые» конденсаторы).

Если для конденсации пара после турбины устанавливают несколько конденсаторов, то для получения дополнительного эффекта нередко применяют их последовательное соединение по охлаждающей воде.

Движение воды в одноходовом и двухходовом конденсаторах и в двух конденсаторах, включенных последовательно, показано на рис. 14.10.

Первый по ходу охлаждающей воды конденсатор, представленный на рис. 14.10, в, можно рассматривать как одноходовой с той же тепловой мощностью и с теми же конструктивными характеристиками, что и двухходовой, изображенный на рис. 14.10, б. Если вспомнить, что скорость охлаждающей воды в трубках ограничена, то при одинаковых кратностях охлаждения число трубок одноходового конденсатора должно быть в 2 раза меньше, чем двухходового, а его длина — в 2 раза больше. Если иметь в виду, что габаритные размеры конденсатора должны удовлетворять требованиям удобства

в)

Рис. 14.10. Схемы конденсаторов одноходового (а), двухходового (б) и последовательного включения по охлаждающей воде двух конденсаторов (в):

1 — пар из ЦНД турбины; 2 — теплообменная поверхность; 3 — трубная доска; 4 —

выход охлаждающей воды; 5 — отвод конденсата; 6 — вход охлаждающей воды

217

его расположения (компоновки) под турбиной, становится понятно, почему в случае большего значения кратности охлаждения применяют одноходовое движение охлаждающей воды.

Если в паротурбинной установке с двумя двухходовыми конденсаторами (см. рис. 14.10, б) сначала было применено параллельное их включение, а затем — последовательное (см. рис. 14.10, в), то

условия конденсации пара, очевидно, изменятся.

Расход пара в конденсатор в основном определяется разностью давлений на входе в ЦНД турбины и в конденсаторе. Изменение давления в конденсаторе в рассматриваемом примере практически не скажется на расходе пара: давление перед ЦНД — не менее 0,3 МПа, в конденсаторе — не более 0,01 МПа, изменение давления, как можно будет убедиться, составляет несколько процентов от давления в конденсаторе. Таким образом, тепловая мощность каждого из рассматриваемых конденсаторов может быть принята постоянной. Неизменными также останутся площадь теплопередающей поверхности F и

коэффициент теплопередачи k, так как не изменяется скорость охлаж-

дающей воды.

В этих условиях из уравнения теплопередачи (14.6) следует, что

средний температурный напор также не должен измениться:

t

Обратим внимание, что в формулах (14.15)—(14.17) t — подо-

в

грев воды в конденсаторах при параллельном их включении.

Пример. Определить давления в двух конденсаторах ПТУ при их параллельном и последовательном включениях по охлаждающей воде, если известно: тем-

218

минимальный температурный напор при параллельной работе конденсаторов

δt = 4 °С.

к

Для параллельной работы конденсаторов находим по уравнению (14.5) t = 34 °С

к

и по таблицам теплофизических свойств воды и водяного пара р = 5,32 кПа.

к

Для первого из двух последовательно включенных конденсаторов t = 18 °С,

рассчитаем, применяя итерации, по уравнению (14.17), для чего перепишем его в виде

Из результатов расчета видно, что в первом конденсаторе давление заметно уменьшилось, а во втором — увеличилось. Учитывая, что расходы конденсирующегося пара практически не изменились, среднее давление конденсации рассчитаем как среднеарифметическое без весовых коэффициентов:

к.ср

2

т.е. по сравнению с параллельной работой конденсаторов оно уменьшилось на 0,23 кПа, или на 4,3 %. В результате снижения среднего давления конденсации пара может быть выработана дополнительная электрическая мощность. Заметим, что при этом все оборудование конденсационной установки осталось прежним.

Для уменьшения среднего давления конденсирующегося пара применяют также секционирование конденсатора, для чего паровое пространство разделяют вертикальными перегородками. Протечки пара через отверстия, через которые проходят конденсаторные трубки, невелики ввиду малой разности давлений по обе стороны каждой перегородки. Число секций может быть различным. В США на электростанции с ПТУ мощностью 760 МВт установлен конден-

2

сатор с площадью поверхности нагрева F = 33 500 м и шестью сек-

к

циями, давления в которых равны 3,7; 4,1; 4,6; 5,2; 5,8 и 6,5 кПа. Этот пример наглядно демонстрирует, какого рода мероприятия могут применяться для получения дополнительной электрической мощности.

219

14.5.Структура конденсационной установки

Всоответствии с назначением конденсационной установки и требованиями к организации процесса конденсации пара основными ее элементами должны быть следующие (рис. 14.11):

• конденсатор;

• устройство для поддержания разрежения в конденсаторе (устройство для отсоса парогазовой смеси);

• насосы, поднимающие давление конденсата и обеспечивающие его возврат в цикл станции.

Если необходимо поддерживать качество рабочего тела, ухудшающееся за счет присосов охлаждающей воды, то в состав КУ войдет конденсатоочистка или блочная очистная установка (БОУ). Для АЭС очистка полного расхода (100 %) конденсата после конденсатора турбины на механических и ионообменных фильтрах БОУ принята обязательной.

Вкачестве устройств для поддержания разрежения в конденсаторе используют струйные аппараты — эжекторы. Перемещение и повышение давления газов, жидкостей и различных смесей в этих аппаратах происходят вследствие обмена энергией между двумя потоками с разными давлениями с образованием смешанного потока

спромежуточным давлением.

Кструйному аппарату подводятся два потока: рабочего тела с большим давлением и инжектируемой среды с меньшим. В специальном сопле энергия подводимого к аппарату рабочего тела преобразуется в кинетическую с увеличением скорости и уменьшением

Рис. 14.11. Принципиальная тепловая схема конденсационной установки:

1 — рабочий пар эжекторов; 2 — от уплотнений турбины; 3 — пар после турбины;

4 — вода СТВС; 5 — в систему регенерации ПТУ; 6 — линия рециркуляции

220