Температура конденсации отработавшего пара

1.3 Вакуум в конденсаторе

Работа конденсационной установки турбины прежде всего характеризуется величиной полученного вакуума.

Вакуум в конденсаторе оказывает большое влияние на экономичность конденсационной паровой турбины. По данным тепловых испытаний СОЮЗТЕХЭНЕРГО паровой турбины К-1000-60/1500-1 Калининской АЭС: изменение давления отработавшего пара на 0.01 кгс/см² соответствует изменению мощности турбины на 11250 кВт.

Поэтому одной из главных задач эксплуатационного персонала является поддержание вакуума в конденсаторе в установленных заранее пределах.

Зададимся вопросом, каким должно быть давление отработавшего пара в конденсаторе?

Первоначально отметим тот факт, что давлению влажного пара соответствует вполне определенная его температура - температура насыщения. Получающийся над водой пар называется насыщенным паром. Определенной температуре насыщенного пара всегда соответствует определенное давление, и наоборот, определенному давлению всегда соответствует строго определенная температура.

Очевидно, что температура пара, покидающего турбину и работающего в замкнутом термодинамическом цикле, не может быть ниже температуры охлаждающей среды, которой обычно является вода. Охлаждающая вода является естественным холодильником, необходимым для создания замкнутого цикла согласно второму закону термодинамики.

Свойства водяного пара свидетельствуют, что насыщенный пар с температурой, близкой к температуре окружающей среды, имеет давление ниже атмосферного, т.е. заполненное паром пространство в конденсаторе должно находиться под давлением ниже атмосферного (иначе говорят: под разрежением - вакуумом).

Т.о., температура конденсации отработавшего в турбине пара определится как сумма:

а) температуры охлаждающей воды на входе в конденсатор;

б) нагрева охлаждающей воды в конденсаторных трубках;

в) температурного напора на выходе из конденсатора.

Рассмотрим подробнее, от каких факторов зависят нагрев охлаждающей воды и температурный напор в конденсаторе.

Нагрев охлаждающей воды зависит от расхода пара в конденсатор и расхода охлаждающей воды через него.

Он определяется из уравнения теплового баланса конденсатора, которое, если пренебречь вносимой с дренажами ПНД теплотой, имеет вид:

Кратность охлаждения, представляющая собой удельный расход охлаждающей воды (на 1 кг конденсирующегося пара) является важной характеристикой конденсатора.

Расчетная кратность охлаждения выбирается на основании технико-экономических расчетов и обычно находится в диапазоне:

одноходовые конденсаторы - 75¸120,

двухходовые конденсаторы - 50¸65,

трех- и четырехходовые - 30¸40.

Чем больше кратность охлаждения (расход охлаждающей воды), тем меньше нагрев воды в конденсаторе и глубже вакуум и наоборот.

При загрязнении внутренней поверхности трубок конденсатора гидравлическое сопротивление конденсатора растет, расход охлаждающей воды уменьшается, а нагрев ее увеличивается.

Расчетный нагрев воды обычно выбирают на стадии проектирования.

Температурный напор - это разность между температурой насыщения пара в конденсаторе и температурой охлаждающей воды на выходе из него.

Температурный напор в основном зависит от величины теплообменной поверхности конденсатора и коэффициента теплопередачи в нем, а также от расхода охлаждающей воды и ее нагрева. Чем выше коэффициент теплопередачи, тем меньше температурный напор и глубже вакуум.

Температурный напор определяется по следующему выражению:

, °С,

 

где

.

Здесь

k - коэффициент теплопередачи в конденсаторе, Вт/(м²/град);

F - поверхность охлаждения конденсаторов, м²;

С_в - удельная теплоемкость воды, Дж/(кг град);

W - расход охлаждающей воды, кг/с;

D t_в - нагрев воды в конденсаторе,°С.

Во время работы турбины на величину температурного напора влияет ряд эксплуатационных факторов:

• расход охлаждающей воды через конденсатор;
• степень загрязненности трубной системы конденсатора;
• паровая нагрузка конденсатора;
• воздушная плотность конденсатора и др.

Расчетная величина температурного напора определяется из технико-экономических расчетов и обычно составляет 3-7°С.

Очевидно, что при увеличении расхода охлаждающей воды растут скорость воды в трубках, коэффициент теплоотдачи от стенки к воде, а температурный напор уменьшается.

При загрязнении трубной системы конденсатора растет термическое сопротивление стенки, и температурный напор возрастает.

При снижении паровой нагрузки конденсатора коэффициент теплопередачи уменьшается, однако нагрев воды (при постоянном ее расходе) уменьшается в большей степени, и температурный напор тоже уменьшается.

При ухудшении воздушной плотности конденсатора содержание воздуха в паре увеличивается. При этом коэффициент теплоотдачи от пара к стенке уменьшается, и температурный напор, соответственно, растет.

Таким образом, вакуум будет тем глубже, чем /ниже температура охлаждающей воды, больше ее расход (кратность охлаждения) и чем больше теплообменная поверхность конденсатора и коэффициент теплопередачи в нем.

Расчеты показывают, что при среднегодовой температуре охлаждающей воды на входе в конденсатор 10...15°С экономически целесообразно давление в конденсаторе:

p_к = 0.03 ... 0.04 ата, а при температуре 20...25°С - p_к = 0.05 ... 0.07 ата.