Назначение и принцип действия

Одним из средств получения высокого термического КПД паротурбинной установки является понижение температуры пара в конце процесса расширения за последней ступенью турбины и обеспечение минимально возможной конечной температуры цикла, т.е. температуры отвода тепла в окружающую среду (холодный источник).

Это обеспечивается за счет работы конденсационной установки. В конденсаторе конденсируется отработавший в турбине пар, за счет чего поддерживается определенное вакууметрическое давление (разрежение) в выхлопном патрубке турбины.

Кроме того, конденсатор выполняет ряд дополнительных функций.

1. Создание и поддержание вакуума за последней ступенью турбины.

2. Сохранение конденсата отработавшего пара в цикле ПТУ.

3. Создание определенного запаса кон денсата для устойчивой работы конденсатного насоса.

4. Сбор и утилизация низкопотенциальных потоков пара и воды из тепловой схемы турбоустановки.

5. Деаэрация, т.е. удаление растворенных газов (СО₂ и О₂) из конденсата.

6. Прием пара из паросбросных устройств турбины при пусках, остановах и сбросах нагрузки.

Охлаждение отработавшего пара в цикле паротурбинной установки, как правило, производится водой. Вода может соприкасаться с паром непосредственно или же через теплопроводную стенку. По этому признаку все существующие конденсаторы можно разделить на две основные группы:

1. Смешивающие конденсаторы.

2. Поверхностные конденсаторы.

В смешивающих конденсаторах (рис. 4.1) отработавший пар приходит в непосредственное соприкосновение с охлаждающей водой.

Рис. 4.1. Схема смешивающего конденсатора

Для увеличения поверхности соприкосновения воды и пара охлаждающая вода, при входе в конденсатор разбрызгивается струйными соплами. Смешивающие конденсаторы по устройству проще, чем поверхностные, и обладают более эффективной конденсацией (можно получить более глубокий вакуум).

Однако смешивающие конденсаторы имеют существенный недостаток: смесь конденсата и охлаждающей воды не может быть использована для питания парогенераторов без предварительной обработки. В связи с этим смешивающие конденсаторы не применяются в большой энергетике, и нашли ограниченное применение (паровые машины небольшой мощности, судовые поршневые машины).

В поверхностных конденсаторах (рис. 4.2) пар всегда омывает трубки снаружи, а вода - изнутри.

Рис. 4.2. Схема поверхностного конденсатора

Поверхность охлаждающих трубок делит конденсатор на две части: паровое пространство и водяное пространство. В паровом пространстве конденсатора осуществляется конденсация отработавшего в турбине пара, поэтому в паровом пространстве давление ниже атмосферного - иначе: вакуум (разрежение). Водяное пространство конденсатора омывается охлаждающей водой под избыточным давлением - давлением выше атмосферного.

В цикле паротурбинной установки преимущественно применяются поверхностные конденсаторы с водяным охлаждением, т.к функции поверхностного конденсатора значительно шире, чем у смешивающего (например, смешивающий конденсатор не может выполнять функции 2, 4, 5).

Принцип работы поверхностного конденсатора (рис. 4.3) можно уяснить из следующего. Если в сосуде, в который поступает отработавший в турбине пар, установить змеевик, по которому пропускать холодную воду, то пар, поступающий в сосуд, будет встречать на своем пути холодную поверхность змеевика (трубного пучка) и конденсироваться на ней. Если поверхность трубного пучка достаточно велика и охлаждающая вода поступает непрерывно в достаточном количестве, то будет происходить полная конденсация поступающего пара.

Рис. 4.3. Принцип работы поверхностного конденсатора

В принятой схеме установки конденсат пара в итоге затопит все межтрубное пространство и процесс прервется. Такая схема работать не будет! Для непрерывной конденсации пара необходимо непрерывное удаление образующегося конденсата (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Принцип работы поверхностного конденсатора

Для этой цели в нижней части конденсатора предусматривается конденсатосборник - емкость для сбора конденсата. Из конденсатосборника производится непрерывная откачка конденсата конденсатными насосами т.о., чтобы в конденсатосборнике поддерживался постоянный уровень. Но и такая схема работать не будет. Непрерывная работа такого устройства возможна только при условии, что в сосуд поступает идеально чистый пар.

Если поступающий пар будет содержать хотя бы очень небольшое количество неконденсирующихся газов, например, воздуха, то пар будет конденсироваться, а газы - постепенно накапливаться. В результате, через некоторое время, воздух заполнит все межтрубное пространство и работа рассматриваемой конденсационной установки прекратится (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Схема поступления воздуха в конденсатор

Пар, поступающий в конденсатор из выхлопного патрубка турбины всегда содержит неконденсирующиеся газы, в основном - воздух, попадающий в конденсатор через неплотности фланцевых соединений и арматуры, находящейся под разрежением, через концевые уплотнения ЦНД при нарушении режима их работы. Незначительная часть неконденсирующихся газов (0,5% от общего количества) поступают в конденсатор с паром турбины. Присутствие неконденсирующихся газов в паре ухудшает теплоотдачу в конденсаторе и приводит к ухудшению вакуума и переохлаждению конденсата.

Поэтому максимально допустимая величина присосов воздуха в конденсатор нормируется ПТЭ. Правила технической эксплуатации (ПТЭ) электрических станций и сетей строго предписывают допустимые количества присосов воздуха в турбоустановку:

"... присосы воздуха (кг/ч) в диапазоне изменения паровой нагрузки конденсатора 40-100 % должны быть не выше значений, определяемых по формуле:

G _в = 8 + 0.065 N,

где N - номинальная электрическая мощность турбоустановки на конденсационном режиме, МВт".

Однако в процессе эксплуатации величина присосов воздуха может быть значительно больше нормативной - вследствие нарушения воздушной плотности конденсатора и вакуумной системы в целом, а также изменения режима работы турбины. Так, при работе турбины на частичных нагрузках все большая часть цилиндров турбины оказывается под разрежением, и величина присосов возрастает. Особенно велики присосы во время пуска и при работе турбины на холостом ходу, когда практически вся проточная часть турбины оказывается под разрежением.

В конденсаторе происходит конденсация не чистого пара, а пара содержащего воздух и другие газы, которые попадают в конденсатор из атмосферы через неплотности фланцевых соединений или растворены в паре.

Эти газы и воздух переходят затем в конденсат отработавшего пара турбины.

Наиболее опасно присутствие в конденсате кислорода, вызывающего коррозию конденсатного тракта. Правила технической эксплуатации (ПТЭ) электрических станций и сетей предписывают: "Содержание растворенного кислорода после конденсатных насосов должно быть не более 20 мкг/кг". Поэтому реальный конденсатор всегда снабжают специальным воздушным насосом (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Схема поступления воздуха в конденсатор

Воздушный насос - эжектор, постоянно отсасывает воздух, который поступает с паром в межтрубное пространство конденсатора.

И, наконец, для того, чтобы охлаждающая вода непрерывно прокачивалась через трубки, необходимо иметь циркуляционный насос.

Дата добавления: 2015-07-08