Конденсационная установка. Назначение, состав, принципиальная схема.

20, 21. Конденсационная установка. Назначение, состав, принципиальная схема.

1.1.1. Назначение конденсационной установки

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 отработавший пар приходит в непосредственное соприкосновение с охлаждающей водой.

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 пар всегда омывает трубки снаружи, а вода - изнутри.

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 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.

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.

 

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.

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 + 0.065N,

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.

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.