Конденсационные установки паровых турбин

Для конденсации покидающего турбину пара к выхлопному пат­рубку турбины присоединяется специальный теплообменник – конденсатор. Вакуум в конденсаторе создается при конденса­ции пара с помощью охлаждающей воды и отсоса воздуха эжек­торами, вакуум-насосами и др. Конденсация пара может произво­диться либо непосредственным смешением его с охлаждающей водой (смешивающие конденсаторы), либо при охлаж­дении его в поверхностных теплообменниках (поверхностные конденсаторы).

В турбинных установках электростанций применяются исклю­чительно поверхностные конденсаторы, поскольку они обеспе­чивают как сохранение количества конденсата, так и требуемое его качество по солесодержанию, что весьма важно для питания котлоагрегатов с высокими параметрами пара и большой мощно­стью. Схема поверхностного конденсатора показана на рис. 4.2.5.

Рисунок 12.3 – Схема поверхностного конденсатора: 1 – подводящая труба; 2, 13 – перегородки; 3, 11 – крышки корпуса; 4 – отводя­щая труба; 5, 10 – трубные доски; 6 – горловина; 7 – охлаждающие трубы: 8 – фланец; 9 – корпус; 12 – нижняя часть конденсатора; 14 – патрубок; 15 – часть трубной поверхности, отделенная перегородкой: А – входная камера; Б – выход­ная камера; В – поворотная камера

Пар из турбины поступает в корпус 9 конденсатора через горло­вину б, имеющую фланец 8 для присоединения к турбине. В цилин­дрической части конденсатора расположена система прямых ох­лаждающих труб 7, закрепленных с обеих сторон в трубных до­сках 5, 10. Трубная система располагается в корпусе так, что по обе стороны ее образуются камеры А и В между трубными досками и крышками 3 и 11 корпуса. Охлаждающая вода по подводящей трубе 1 поступает в нижнюю часть камеры А (входная камера), проходит по нижнему пучку труб и поступает в другую поворот­ную камеру В. Из поворотной камеры вода проходит по верхнему пучку труб в направлении, обратном первоначальному, после чего удаляется из верхней части выходной камеры Б, отделенной пе­регородкой 2 от входной камеры, по отводящей трубе 4.

Конденсаторы с такой схемой движения воды (в двух направ­лениях) называют двухходовыми. По аналогии с двухходо­выми, могут быть выполнены одноходовые, а также трех- и четы­рехходовые конденсаторы.

Пар, омывая холодные наружные поверхности охлаждающих труб, конденсируется на них, отдавая теплоту парообразования, и образовавшийся конденсат стекает в нижнюю часть 12 конден­сатора, а оттуда откачивается специальным насосом через патру­бок. Этот насос называют конденсатным, а насос, прокачи­вающий охлаждающую воду через трубную систему конденсато­ра, – циркуляционным.

Конденсатор должен быть герметичным. Наличие даже неболь­ших неплотностей приводит к подсосу воздуха из окружающей среды, что снижает вакуум и может резко ухудшить процесс теп­лоотдачи.

Для поддержания в паровом пространстве конденсатора требу­емого глубокого вакуума через патрубок 14 осуществляется не­прерывный отсос воздуха. Так как вместе с воздухом может быть удалено и некоторое количество несконденсировавшегося пара (паровоздушная смесь), то в месте отсоса воздуха часть трубной поверхности 75отделяют перегородками 13, образуя воздухоохла­дитель. В этой части трубной поверхности должна происходить более интенсивная конденсация, чтобы количество пара в удаляемой паровоздушной смеси было минимальным.

Образовавшийся в конденсаторе конденсат используется для питания котлоагрегатов и поэтому представляет большую ценность, особенно в установках с высокими параметрами пара, требующих применения питательной воды особо высокого качества. По этой причине конденсаторы должны обладать высокой плотностью не только по воздуху, но и по охлаждающей воде.

Вода, поступающая для охлаждения конденсатора (циркуля­ционная вода), забирается циркуляционным насосом либо из рас­положенных вблизи станции естественных источников водоснаб­жения (река, озеро, море), либо из искусственных водоемов (пру­ды, бассейны). Водоснабжение от естественных источников воды называется прямоточным.

При прямоточной системе вода, забираемая из реки после кон­денсаторов и других охладительных устройств, сбрасывается в реку ниже по течению на расстоянии, исключающем возможность под­мешивания подогретой воды к воде, забираемой из реки.

Для крупных КЭС абсолютный расход охлаждающей воды на­столько значителен, что он становится одним из факторов, опре­деляющих выбор места расположения электростанции и ее систе­мы технического водоснабжения.

Расход воды на удаление золы и шлака зависит от зольности и количества сжигаемого топлива, а также от принятой системы гидрозолоудаления. Для высоконапорной системы гидрозолоуда­ления с гидроаппаратами системы Москальцова средний удель­ный расход воды составляет 14... 15 м³ на тонну золы и шлака. Как правило, в системе гидрозолоудаления используется сливная вода из конденсаторов турбин.

При использовании искусственных источников водоснабжения вода, нагревшаяся при конденсации пара в конденсаторе, направ­ляется в специальные устройства: пруды-охладители, брызгательные бассейны, башенные охладители (градирни). После охлажде­ния в этих устройствах вода вновь подается в конденсаторы. Такая система охлаждения называется оборотной.

Для охлаждения циркуляционной воды пользуются охлаждаю­щими прудами, бассейнами и градирнями различных типов.

Для крупных теплосиловых установок применяются закрытые градирни, называемые также башенными охладителями. Они стро­ятся с естественной и принудительной циркуляцией воздуха.

Схема градирни с естественной циркуляцией воздуха представ­лена на рисунке 12.4. Охлаждающая вода, прошедшая конденсатор, стекает на оросительное устройство 2, представляющее собой (при капельной конструкции) систему горизонтальных брусков с ма­лыми зазорами между ними. Проходя оросительное устройство, вода разбрызгивается на мелкие капли, охлаждаемые движущим­ся навстречу воздухом, поступающим через жалюзи в нижней ча­сти градирни. При пленочной конструкции оросительного устрой­ства вода стекает в виде пленки по вертикальным щиткам ороси­теля. Охлажденная вода собирается в бассейне 4, расположенном внизу градирни, и отсюда циркуляционным насосом 5 подается в конденсатор 6. Движение воздуха вверх обеспечивается высокой башней 1, действующей по принципу дымовой трубы. Для вос­полнения потерь в бассейн насосом 3 подается вода из близлежа­щего источника.

Рисунок 12.4 – Схема градирни с естественной циркуляцией воздуха: 1 – башня; 2 – оросительное устройство; 3 – дополнительный насос для подачи охлаждающей воды; 4 – бассейн с охлажденной водой: 5 – циркуляционный насос; 6 – конденсатор турбины

В градирнях с принудительной циркуляцией воздух подается вентилятором через специальные отверстия в нижней части гра­дирни. В остальном эти градирни подобны предыдущим. Расход энергии на вентилятор составляет 1...2% от энергии, вырабатываемой на станции. Поэтому такие градирни применяются в тех случаях, когда атмосферные условия делают работу градирен с естественной циркуляцией ненадежной.

Иногда строятся градирни, в которых к естественной циркуля­ции добавляется принудительная (включение вентилятора), когда естественная тяга оказывается недостаточной.

Конструкция конденсаторов должна обеспечивать хорошую организацию процессов теплообмена между паром и охлаждающей водой и гарантировать глубокий вакуум (путем уменьшения со­противления конденсаторов по паровой стороне и организации отсоса воздуха).

Корпуса конденсаторов (обычно сварной конструкции) уста­навливаются на пружинных опорах, что облегчает компенсацию температурных деформаций. Трубки конденсаторов делаются из латуни (для морской воды применяется медно-никелевый сплав) и закрепляются в трубных досках вальцовкой. Применение латуни предотвращает коррозию трубок. Наиболее употребительные раз­меры трубок конденсатора 25 мм при толщине стенок 1 мм.

Водяные камеры конденсаторов часто бывают разделены вер­тикальной перегородкой на две половины. Это позволяет произ­водить чистку внутренних поверхностей охлаждающих трубок од­ной половины конденсатора во время работы другой половины (чистка на ходу). При чистке конденсаторов на ходу нагрузку тур­бины приходится несколько снижать.

Для поддержания требуемого вакуума из конденсатора необ­ходимо непрерывно удалять воздух. Для этого применяют специ­альные воздухоотсасывающие устройства. Наиболее распростра­ненными из них являются пароструйные и водоструйные эжек­торы.

Эжекторы (воздушные насосы) бывают паровыми, водяными и центробежными. В настоящее время наибольшее распростране­ние получили паровые эжекторы. Одноступенчатый эжектор мо­жет создать разрежение до 650 мм рт. ст. Для получения более глу­бокого разрежения при хорошей экономичности эжектора при­меняют двух- и даже трехступенчатые эжекторы.