75 группа 2 вариант / Тепломеханическое и вспомогательное оборудование ТЭС / Часть 1 / 1. Курс лекций ТМиВО ТЭС_для ФЗВО

преодолеть циркуляционный насос, в этом случае равна разности уровней воды на водосливном пороге (отметка 2) и в аванкамере перед насосом (отметка 0). Теорети- чески высота сифона равна примерно 10 м вод. ст. (атмосферное давление). Но с учетом гидравлического сопротивления сливного участка и некоторого запаса для предотвращения разрыва столба жидкости (срыва сифона) его высота обычно при- нимается не более 7–8 м.

При использовании сифона верхняя часть сливной камеры конденсатора нахо- дится под разрежением, равным разности атмосферного давленая над уровнем воды в сифонном колодце и давления столба воды высотой Нсг за вычетом гидравличе- ских потерь на сливном участке до сифонного колодца. В этом случае воздух, выде- ляющийся при нагреве воды в конденсаторе, может скапливаться в верхней части сливной камеры, что влечет за собой вероятность завоздушивания верхних рядов трубок конденсатора и ухудшение его эффективности из-за уменьшения площади поверхности теплообмена. Нормальная работа сифона восстанавливается путем уда- ления воздуха эжектором циркуляционной системы 12.

Рис. 1.12. Использование сифона для уменьшения требуемого напора цир- куляционных насосов: 1 – приемный ковш; 2 – циркуляционный насос; 3 – напорный циркуляци- онный водовод; 4 – ниж- няя половина передней водяной камеры конденса- тора; 5 – трубная система конденсатора; 6 – верхняя половина передней водя- ной камеры конденсатора; 7 – сливной циркуляцион-

ный водовод; 8 –	сифон-
ный колодец; 9 –	закры-

тый сливной канал; 10 – водосливной порог; 11 – открытый сливной канал; 12 – эжектор циркуляци- онной системы

При использовании прямоточной системы технического водоснабжения требуют- ся циркуляционные насосы с большой производительностью и относительно малым напором. Поэтому в таких случаях, как правило, применяются насосы осевого или диагонального типов.

Используются также системы технического водоснабжения оборотного типа (рис. 1.13). В этом случае вода после конденсатора поступает в искусственное или естественное водоохлаждающее устройство (градирню, брызгальный бассейн или водоем– охладитель), где отдает воспринятую в конденсаторе теплоту наружному воздуху, после чего вновь используется для охлаждения конденсатора. Вода посту-

20

пает в циркуляционные насосы из водосборных резервуаров градирен или из бас- сейна и подается циркуляционными насосами в конденсаторы турбин.

В системах водоснабжения с градирнями или брызгальными установками требу- ется несколько больший (в сравнении с прямоточной системой водоснабжения) напор циркуляционных насосов, поскольку необходим подъем воды после конден- саторов турбин на отметку водораспределительного устройства градирен или обес- печение достаточного давления воды перед соплами брызгального бассейна или градирни при напорном водораспределении в ней. По этой причине в таких систе- мах, как правило, применяются циркуляционные насосы центробежного типа двух- стороннего всасывания (насосы типа «Д»).

Существуют требования санитарных и рыбохозяйственных органов, ограничива- ющие максимальную разницу температур воды в источнике и сбрасываемой подо- гретой воды. Эти требования заставляют в ряде случаев использовать комбиниро- ванные системы технического водоснабжения, в которых вода после конденсаторов турбин перед её сбросом в источник водоснабжения (реку, озеро) предварительно охлаждается в градирнях или брызгальных установках.

Рис. 1.13. Принципиальная схема оборотной системы технического водоснабжения с градирней: 1 – конденсатор; 2 – градирня; 3 – циркуляцион- ные насосы

Д. Компоновка оборудования конденсационной установки

Относительно турбоагрегата конденсатор может иметь подвальное расположение

– под турбоагрегатом, боковое расположение – сбоку от турбины за пределами её фундамента, интегральное расположение – непосредственно во внешнем корпусе ЦНД турбины. Относительно оси турбины конденсатор может иметь поперечное или аксиальное расположение.

21

Для турбоагрегатов относительно небольшой мощности набольшее распростра- нение получили конденсаторы с подвальным поперечным расположением (см. рис. 1.14). Конденсатор подвального продольного расположения (см. рис. 1.15) ис- пользуется для мощных турбин в тех случаях, когда необходимо организовать при- ем в один корпус конденсатора пара от нескольких выхлопов или даже цилиндров турбоагрегата.

Рис. 1.14. Подвальная поперечная компоновка конденсатора:

1 – корпус цилиндра низкого дав- ления турбоагрегата; 2 – выхлоп- ной патрубок; 3 – корпус конденса- тора

Рис. 1.15. Подвальная продольная компоновка конденсатора:

обозначения те же, что на рис. 1.14

Общий недостаток подвальных компоновок конденсаторов состоит в том, что по- ток пара за последней ступенью турбины для входа в конденсатор должен развер- нуться на угол до 90°. Это приводит к потерям давления в выхлопном патрубке и, соответственно, ухудшает экономичность работы установки.

Боковая продольная компоновка конденсатора (см. рис. 1.16) обеспечивает низкие потери давления в выхлопном патрубке турбины за счет меньшего угла поворота потока пара и меньших скоростей пара в трубном пучке. Кроме того, боковая ком- поновка позволяет снизить общую высоту фундамента турбоагрегата. Недостатками такой компоновки является следующее: для размещения бокового конденсатора в машинном зале необходимо предусматривать дополнительную площадь; боковая компоновка затрудняет доступ к цилиндрам турбины для обслуживания и ремонта; повышается вероятность заброса воды (капельной влаги) из конденсатора в проточ- ную часть турбины.

22

Рис. 1.16. Боковая продольная компоновка конденсатора:

обозначения те же, что на рис. 1.14

Е. Конструктивное исполнение конденсаторов

Конструктивное исполнение конденсатора определяется его типом. По способу организации процесса теплообмена между охлаждающей средой и паром выделяют конденсаторы смешивающего и поверхностного типа. В смешивающем конденсато- ре пар и охлаждающая вода непосредственно контактируют и смешиваются друг с другом. В поверхностном конденсаторе перенос тепла осуществляется через разде- ляющую перегородку, которая обычно представляет собой стенки теплообменных трубок.

Охлаждающим агентом в конденсаторах поверхностного типа, в принципе, могут быть различные среды (например, воздух), однако в паротурбинных установках практически исключительное применение нашли поверхностные конденсаторы с водяным охлаждением (см. рис. 1.17).

К корпусу конденсатора 1 присоединены трубные доски 2, в отверстиях которых вальцовкой, а при использовании титановых трубок – сваркой, закреплены трубки 3, образующие поверхность теплообмена. К трубным доскам крепятся передняя 4 и задняя 5 водяные камеры. Передняя водяная камера с помощью перегородки 6 раз- делена на два отсека для организации тока воды через конденсатор в два хода.

Под ходом воды понимается её течение без изменения направления движения.

Охлаждающая вода через патрубок 7 поступает в нижний отсек, проходит по труб- кам нижней половины конденсатора (первый ход воды), поворачивается на 180° в камере 5, проходит по трубкам верхней половины конденсатора (второй ход воды) и из верхнего отсека передней водяной камеры 4 через патрубок 8 отводится из кон- денсатора.

Паровое пространство конденсатора с помощью переходного патрубка (горлови- ны конденсатора) 9 соединяется с выхлопным патрубком турбины. Пар, поступаю- щий в конденсатор, конденсируясь на трубках 3, движется в направлении патрубка отсоса паровоздушной смеси 10. В нижней части трубного пучка имеются паровые щиты 11, условно выделяющие зону воздухоохладителя 12.

23

Рис. 1.17. Упрощенная конструктивная схема конденсатора поверхностного типа с водяным охлаждением: 1 – корпус; 2 – трубные доски; 3 – теплообменные трубки; 4 – передняя водяная камера; 5 – задняя (поворотная) водяная камера; 6 – перегородка во- дяной камеры; 7 – патрубок подвода охлаждающей воды; 8 – патрубок отвода охлаждаю- щей воды; 9 – переходный патрубок (горловина) конденсатора; 10 – патрубки отсоса паро- воздушный смеси; 11 – паровые щиты; 12 – зона воздухоохладителя; 13, 14 – первый и второй потоки охлаждающей воды соответственно; 15 – конденсатосборник; 16 – проме- жуточные перегородки; 17 – окна в промежуточных перегородках; 18 – паросбросное устройство; 19 – трубы выхода пара из камер отбора цилиндра низкого давления турбо- агрегата; А – вход пара в конденсатор; Б – отсос паровоздушной смеси; В – отвод конден- сата; Г – вход охлаждающей воды; Д – выход охлаждающей воды; Е – сброс пара от быстродей-

ствующей редукционно-охладительной установки; Ж – выход пара из отборов цилиндра низкого давления турбоагрегата

Современные конденсаторы паровых турбин обычно выполняются двухпоточны- ми. Для этого охлаждающая вода подается в конденсатор двумя параллельными по- токами. В рассматриваемом примере трубные пучки 13 и 14 этих двух независимых потоков воды симметрично расположены относительно вертикальной оси конденса- тора. Каждый из потоков выполнен двухходовым.

Конденсат пара стекает в нижнюю часть конденсатора, откуда собирается в кон- денсатосборник 15. Из конденсатосборника конденсат поступает на всас конденсат- ных насосов.

В паровом пространстве конденсатора для обеспечения вибронадежности его трубной системы, а также для ужесточения корпуса аппарата устанавливаются про- межуточные перегородки 16. Для выравнивания полей скоростей и давления пара по всему объему конденсатора в промежуточных перегородках выполняются окна 17.

24

В переходном патрубке конденсатора обычно устанавливаются выводные трубы пара 19 из камер отборов ЦНД турбоагрегата на регенеративные подогреватели низ- кого давления, а также паросбросное устройство 18, используемое для подачи в конденсатор пара от быстродействующей редукционно-охладительной установки.

Конструкция конденсатора должна удовлетворять следующим основным требо- ваниям:

–максимальная интенсивность процессов тепломассообмена между паром и охлаждающей средой;

–минимальные массогабаритные характеристики конденсатора и трудоемкость его изготовления;

–минимальное переохлаждение конденсата;

–высокие деаэрационные характеристики;

–минимальное гидравлическое сопротивление парового пространства;

–высокая технологичность изготовления, сборки, транспортировки и монтажа;

–удобство и надежность эксплуатации всей конденсационной установки. Наиболее сложные вопросы, возникающие при проектировании конденсатора,

связаны с рациональным размещением трубной системы в корпусе конденсатора. Основные принципы проектирования высокоэффективных трубных пучков состоят

вследующем:

1)необходимо обеспечить равномерное распределение поступающего в конденса- тор пара по входной части периметра трубного пучка для эффективного использо- вания поверхности охлаждения и уменьшения парового сопротивления аппарата;

2)следует избегать образования островных пучков трубок, в которые по всему периметру может поступать снаружи пар, а внутри – образовываться застойные зо- ны. Для предотвращения этого рекомендуется установка заградительных перегоро- док (щитов);

3)для минимизации гидравлического сопротивления трубного пучка по пару в зоне интенсивной конденсации скорость пара в расчетном режиме работы конденса- тора должна ограничиваться на уровне 60–70 м/с. Поэтому число рядов трубок по пути движения парового потока от входа к выходу из этой зоны должно быть воз- можно меньшим;

4)скорость паровоздушной смеси в воздухоохладителе должна быть повышена по сравнению с ее скоростью на выходе из зоны интенсивной конденсации для более эффективного охлаждения отсасываемой из конденсатора паровоздушной смеси и уменьшения содержания в ней пара. Поэтому воздухоохладитель обычно отделяется от остального трубного пучка системой перегородок, а иногда – выполняется с па- ровой стороны многоходовым. Однако при этом паровое сопротивление воздухо- охладителя не должно быть слишком большим, поскольку это может свести на нет положительный эффект от большего охлаждения паровоздушной смеси;

5)попадание в воздухоохладитель части пара, не прошедшего через зону массо- вой конденсации, должно быть максимально исключено, так как это существенно снижает эффективность воздухоохладителя;

6)для лучшего охлаждения паровоздушной смеси воздухоохладитель должен охлаждаться, по возможности, более холодной водой (включен в первый ход воды);

7)в крупных конденсаторах с высоким трубным пучком целесообразно улавлива- ние стекающего конденсата на двух-трех уровнях по высоте пучка при помощи пе-

25

регородок или желобов, направляющих уловленный конденсат на трубные доски и промежуточные перегородки. При этом из-за освобождения проходов для пара от конденсатного дождя уменьшается паровое сопротивление аппарата.

Для турбин малой мощности применяются, в основном, наиболее простые компо- новки трубного пучка (см. рис. 1.18).

С ростом единичной мощности турбоагрегатов (увеличением размеров конденса- торов) распространение получила ленточная компоновка, удовлетворяющая практи- чески всем основным требованиям рационального проектирования пучков

(см. рис. 1.19).

Глубокие проходы в пучке способствуют направлению пара к возможно большей части поверхности теплообмена, в результате чего повышается эффективность её использования. Увеличение периметра входной части основного пучка снижает ско- рость натекания пара на трубки, в результате уменьшается паровое сопротивление конденсатора. Свободный доступ к зеркалу конденсата в конденсатосборнике обес- печивает подогрев конденсата и относительно малое его переохлаждение и кисло- родсодержание. Специальные перегородки в трубном пучке улавливают и отводят конденсат с нескольких уровней, что предотвращает переохлаждение конденсата и снижает паровое сопротивление аппарата.

Рис. 1.18. Принципи- альные схемы компоно вочных решений труб- ного пучка конденсато- ров турбин малой мощ ности:

а – с нисходящим пото- ком пара; б – с восходящим пото- ком пара;

в – с центральным пото- ком пара; г – с боковым потоком пара;

А – пар из турбины, В – отсос воздуха

26

Рис. 1.19. Ленточная компоновка трубного пучка конденсатора:

1 – основной трубный пучок; 2 – трубный пучок возду

хоохладителя; 3 – отсос паровоздушной смеси;

4 – направляющие и кон денсатоулавливающие щиты; 5 – окна в промежуточ-

ных перегородках; 6 – промежуточная пере-

городка (промежуточная трубная доска)

Конденсаторы мощных турбоагрегатов часто выполняются с модульной компо- новкой трубного пучка (см. рис. 1.20).

Трубный пучок модульной компоновки (в данном примере – конденсатор тур- боагрегата К-800-240 ЛМЗ) состоит из нескольких одинаковых модулей 1. Каждый модуль 1 представляет собой сплошной вертикально расположенный массив трубок. В средней части массива щитами 3 образована зона отсоса паровоздушной смеси 2. Выделенного воздухоохладителя в пучке нет, его роль играют расположенные непо- средственно перед отсосом охлаждающие трубки пучка.

27

Рис. 1.20. Компоновка трубного пучка модульного типа конден- сатора турбины К-800-240 ЛМЗ: 1 – трубный пучок одного моду- ля; 2 – зона отсоса паровоздуш- ной смеси; 3 – щиты, препят- ствующие попаданию пара в от- сос помимо охлаждающих трубок

Для уменьшения содержания растворенных в турбинном конденсате коррози- онно агрессивных газов конденсатосборники конденсаторов оборудуются встроен- ными деаэрационными устройствами. Можно выделить ряд принципиально отли- чающихся друг от друга типов таких устройств (см. рис. 1.21).

Струйное деаэрационное устройство включает несколько перфорированных противней с последовательным сливом воды и перекрестно-противоточным движе- нием воды и пара (рис. 1.21а).

Насадочное устройство оборудуется насадкой из изогнутых пластинок, напри- мер, омегообразной формы с противоточным движением воды и пара (рис. 1.21б).

В пенно-барботажном устройстве (рис. 1.21в) деаэрируемый конденсат течет по горизонтальному перфорированному листу. Под перфорированный лист подается греющий пар (или вскипаемый конденсат, из которого образуется пар), который, выходя из отверстий листа, вспенивает воду и барботирует через неё.

Конденсатосборник с устройством эжекционного типа (рис. 1.21г) разделен на два отсека. Пар, выходя из сопла эжекционного устройства, увлекает воду, образуя мелкодисперсную пароводяную эмульсию, и подает ее из одного отсека в другой; вода при этом частично освобождается от растворенных газов.

28

Наибольшей эффективностью по удалению растворенного кислорода обладают эжекционное и пенно-барботажное устройства. Последнее получило наибольшее распространение, особенно в комбинации со струйным устройством. Габариты струйного и насадочного устройств значительно больше, чем эжекционного и пен- но-барботажного, что затрудняет их использование в конденсаторах турбин в чи- стом виде.

Рис. 1.21. Принципиальные схемы деаэрационных устройств различного типа, встраиваемых в сборник конденсатора:

а – струйное устройство

(1 – конденсатор, 2 – сборник конденсата, 3 – противни, 4 – подвод пара для деаэрации конденсата, 5 – отвод конденсата);

б – насадочное устройство

(1 – конденсатор, 2 – сборник, 3 – насадка, 4 – подвод пара, 5 – отвод конденсата);

в – пенно-барботажное устройство

(1 – конденсатор, 2 – сборник, 3 – перфорированный лист, 4 – паровая камера);

г – эжекционное устройство

(1 – конденсатор, 2 – отсек сборника с аэрированным кон- денсатом, 3 – диффузор эжекционного

устройства, 4 – подвод пара, 5 – отвод конденсата, 6 – отсек сборника с деаэриро- ванным конденсатом)

Наиболее тяжелые условия с точки зрения деаэрации конденсата складываются в конденсаторах теплофикационных турбин, особенно в течение отопительного пе- риода, когда малые паровые нагрузки конденсатора сочетаются с низкой температу- рой охлаждающей воды. Кроме того, теплофикационные турбины имеют более раз- витую вакуумную систему, включающую в себя помимо конденсационной установ- ки и сетевые подогреватели. Это повышает вероятность возрастания присосов воз- духа.

Рассмотрим подробнее конструкцию конденсатосборника с деаэрационным устройством струйно-барботажного типа применительно к конденсатору турбины Т-175/210-130 ТМЗ (см. рис. 1.22). Конденсат с днища конденсатора 1 через гидро- затвор 2 поступает на барботажный лист 3, через отверстия которого снизу подается пар, образующийся при вскипании горячих дренажей, поступающих в камеру 4 из коллектора 5. Затем конденсат попадает на перфорированный водораспределитель 6,

29