75 группа 2 вариант / Тепломеханическое и вспомогательное оборудование ТЭС / Часть 2 / Книги / Конденсационные установки паровых турбин расчет энергетических характеристик

Поскольку удельную паровую нагрузку конденсатора dк при- нято измерять в кг/(м2·ч), а коэффициент теплопередачи К – в Вт/(м2·К), то при выражении истинной массовой изобар- ной теплоемкости воды срв в кДж/(кг·К) последнее уравнение примет вид

Таким образом, температурный напор конденсатора δt зави- сит от его удельной паровой нагрузки dк, кратности охлажде- ния m, режима охлаждения конденсатора, конструктивного ис- полнения и технического состояния поверхности теплообмена, выражаемого коэффициентом теплопередачи К. Для конденса- торов современных паровых турбин температурный напор со- ставляет, как правило, 3–10 ° С, при этом большие значения ха- рактерны для одноходовых конденсаторов. Эти данные отно- сятся к технически чистым конденсаторам, для которых присо- сы воздуха в вакуумную систему удовлетворяют нормам [1, 9]. При загрязнении поверхности теплообмена и нарушении ваку- умной плотности конденсатора его температурный напор может составлять 15 ° С и более.

С учетом полученного выражения для температурного напо- ра конденсатора δt можно записать общую функциональную зависимость, определяющую давление пара в конденсаторе рк заданной конструкции [1]:

Рк = f (ts ) ,

32

В реальных условиях в конденсатор кроме собственно отра- ботавшего в турбине пара поступают и другие потоки: конден- сат некоторых регенеративных подогревателей, добавочная вода цикла (в ряде случаев), дренажи паропроводов и другие. Опре- делим, как наличие этих потоков влияет на давление в конден- саторе.

Пусть в конденсатор поступает n прочих потоков с расхода- ми Gпроч i и теплосодержанием hпроч i, тогда уравнение теплового баланса примет вид

=W( t2в −t1в )cрв ,

а выражение для определения температуры насыщения запи- шется следующим образом:

33

Чаще всего расход и теплосодержание указанных прочих по- токов определяется нагрузкой турбины, а значит, и расходом пара в конденсатор Dк. Влияние этих потоков на давление пара

вконденсаторе тем больше, чем меньше расход отработавшего

втурбине пара в конденсатор.

Вобщем случае для конденсатора заданной конструкции можно записать

Эта зависимость выражает энергетическую характеристику конденсатора.

Необходимо учитывать, что при выводе расчетного выраже- ния для температурного напора не учтено паровое сопротивле- ние конденсатора, влияющее на температуру насыщения пара по ходу поверхности охлаждения, а также парциальное давле- ние воздуха в конденсирующейся парогазовой смеси, опреде- ляющее соотношение общего давления в конденсаторе и давле- ния конденсации водяных паров. То есть кроме указанных в по- следнем выражении факторов на давление пара в конденсаторе также влияет величина присосов воздуха в вакуумную систему и работа воздухоудаляющего устройства, а также паровое со- противление конденсатора.

Расчетные данные по каждому конденсатору на номиналь- ном и переменном режимах работы паротурбинной установки обычно являются составной частью технической документации турбины, поставляемой заводом-изготовителем. В процессе экс-

34

плуатации эти данные уточняются при проведении натурных испытаний конденсационной установки и используются персо- налом электростанций при оценке эффективности её работы.

Энергетические характеристики конденсаторов представля- ются обычно в графическом виде и включают зависимости аб- солютного давления пара в конденсаторе рк и температурного напора конденсатора δt от расхода пара в конденсатор Dк при различных эксплуатационных значениях температуры ох- лаждающей воды t1в для нескольких характерных значений рас- хода охлаждающей воды через конденсатор W (рис. 2.2).

Для конденсаторов, имеющих встроенные теплофикацион- ные пучки, необходимо указать на характеристике значение эф- фективной поверхности теплообмена, тип и температуру среды на входе во встроенный пучок. Это обусловлено тем, что схема- ми многих конденсационных установок теплофикационных турбин предусматривается возможность работы конденсатора при отключенном по воде встроенном пучке, при подогреве в нем обратной сетевой воды, сырой воды для нужд химического цеха либо при охлаждении циркуляционной водой всей поверх- ности конденсатора, включая встроенный пучок. Указанные за- висимости являются основными, используемыми при анализе тепловой эффективности работы конденсационной установки, и называются её энергетическими характеристиками.

В комплект энергетических характеристик конденсатора включается также зависимость его гидравлического сопротив- ления Н от расхода охлаждающей воды через него W (рис. 2.3). Если конденсатор имеет встроенный пучок, то такие зависимо- сти приводятся отдельно по основному и встроенному пучкам при охлаждении их разными средами, а также в целом для кон- денсатора при пропуске циркуляционной воды через основной и встроенный пучки одновременно. Значение гидравлического сопротивления характеризует степень загрязнения конденсатора отложениями по водяной стороне.

35

системы перед проведением испытаний должна удовлетворять нормам и обеспечивать нормальную работу турбоустановки с одним воздухоудаляющим устройством [8].

Нормативные характеристики конденсационных установок турбоагрегатов типа «К» строятся обычно для двух значений расхода охлаждающей воды – номинального и составляющего около 70 % от номинального. В характеристики конденсаторов теплофикационных турбин дополнительно включаются зависи- мости для расхода охлаждающей воды около 50 % от номи- нального с учетом малой паровой нагрузки конденсатора в отопительный период и, соответственно, большего диапазона изменения расхода охлаждающей воды для оптимизации режи- ма турбоустановки. В зоне малых паровых нагрузок (50 % и менее) и низких температур охлаждающей воды, в основном при режимах, характерных для турбин типа «П», «Т» и «ПТ», в течение отопительного сезона зависимость температурного напора не является монотонной. Температурный напор сохраня- ется практически постоянным с уменьшением паровой нагрузки или даже возрастает при значительном ее уменьшении вследст- вие увеличения размеров вакуумной зоны турбоагрегата и, со- ответственно, увеличения присосов воздуха в вакуумную систе- му, отрицательно влияющих на характеристики воздухоуда- ляющих устройств [8].

38

3. ПОВЕРОЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КАК ОСНОВА РАЗРАБОТКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНДЕНСАТОРА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

3.1. Общий подход к расчету энергетических характеристик

Задача расчета энергетических характеристик конденсатора формулируется следующим образом.

Имеется водоохлаждаемый конденсатор паровой турбины, для которого известно следующее:

●эффективная площадь поверхности теплообмена F, м2;

●конструктивные характеристики трубной системы – на- ружный dн, мм, и внутренний, dв, мм, диаметр трубок, материал трубок;

●характерные для данного конденсатора диапазоны измене- ния следующих параметров:

– температуры охлаждающей воды перед конденсатором t1в, оС; этот диапазон определяется типом системы технического водоснабжения и климатическими условиями в районе распо- ложения электростанции;

– расхода отработавшего пара в конденсатор Dк, т/ч; диапа- зон определяется типом турбоагрегата, а также аэродинамиче- ской плотностью органов регулирования части низкого давле- ния (для теплофикационных турбоагрегатов);

– расхода охлаждающей воды через конденсатор W, т/ч; диа- пазон определяется типом конденсатора и фактическими схем- ными и конструктивными особенностями системы технического водоснабжения.

Требуется рассчитать и построить энергетические характери- стики конденсатора – зависимости абсолютного давления пара

вконденсаторе рк, кПа, и конечного температурного напора

конденсатора δt , оС, от расхода пара в конденсатор Dк при не- скольких значениях температуры охлаждающей воды t1в перед конденсатором в виде серии графиков для нескольких характер- ных значений расхода охлаждающей воды через конденсатор W.

39

Для проведения расчетов требуется предварительно решить следующие задачи.

А. Определить разность энтальпий отработавшего пара и конденсата пара (hп – h к). Если для данного турбоагрегата или

конденсатора существует типовая нормативная энергетическая характеристика, то значение этой разности часто указывает в ней. Например, может быть указано, что для турбоагрегата типа «Т» при работе в конденсационном режиме она составляет 535 ккал/кг (2240 кДж/кг), а при работе в режимах с регулируе- мыми отборами – 550 ккал/кг (2303 кДж/кг).

Нужно отметить, что для повышения точности расчета энер- гетических характеристик конденсатора целесообразно исполь- зовать не постоянное значение разности (hп – h к), а зависимость её от режимных параметров турбоагрегата. В общем случае ар- гументами этой зависимости являются расход отработавшего пара в конденсатор Dк, давление пара в камере нижнего тепло- фикационного отбора рНТО и степень открытия органов регули- рования части низкого давления δЧНД. Ясно, что для получения зависимостей такого рода необходимо при каждом сочетании параметров работы турбоагрегата выполнять построение про- цесса расширения пара в проточной части, определяя энтальпию отработавшего пара на входе в конденсатор hп. Энтальпия кон- денсата на выходе из конденсатосборника конденсатора hк зави- сит от абсолютного давления пара в конденсаторе рк (то есть расчет является итерационным, поскольку рк заранее не извест- но) и принятой величины переохлаждения конденсата (относи- тельно температуры насыщения при давлении рк) ∆tк. Из изло- женного следует, что определение более точных значений раз- ности (hп – h к) является сложной расчетной задачей, однако в ряде случаев её необходимо решать для обеспечения точности разрабатываемых энергетических характеристик конденсацион- ной установки.

Б. Определить прочие, кроме расхода отработавшего па- ра, поступающие в конденсатор потоки теплоносителей. Эти

потоки выявляются по результатам анализа тепловой схемы турбоустановки и представляют собой сбросы конденсата реге-

40