ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ПРИНЦИПОВА СХЕМА

Рисунок 3.1.1 – Принципова схема конденсаційної установки

Утворений в результаті конденсації конденсат відкачується з конденсатора конденсат ним насосом 5. Температура конденсату інколи може бути нижче температури пари при вході в конденсатор . Різниця температур називається переохолодженням конденсатора.

Рух потоку пароповітряної суміші з деякою швидкістю до місця відсмоктування повітря з конденсатора можливо лише в тому випадку, якщо в місці відсмоктування повітряним насосом буде підтримуватись більш низький абсолютний тиск , ніж абсолютний тиск що встановлюється при вході в конденсатор. Різницю тисків називають паровим опором конденсатора.

В паротурбінних установках застосовують такі типи конденсаторів: поверхневі з водяним та повітряним охолодженням, а також змішуючи.

Основною перевагою конденсаторів змішувального типу – можливість отримання більш глибокого вакууму для заданої температури охолоджуючої води, але увесь конденсат втрачається з охолоджуючою водою. Тому ці конденсатори застосовуються в комплексі з радіаторними градирнями.

Рисунок 3.1.2 – Конструктивна схема конденсаційної установки з конденсатором поверхневого типу

Принцип роботи схеми конденсаційної установки з конденсатором поверхневого типу (рисунок 3.1.2):

Відпрацьована пара з вихідного патрубку 1 турбіни 26 надходить до конденсатора через хвильовий (лінзовий) компенсатор 2 та приймальний патрубок 3. Пара, що омиває поверхні конденсаторних трубок 5, конденсується та віддає теплоту пароутворення охолоджуючій воді, що протікає по трубках. Кінці конденсаторних трубок закріплюються в трубних дошках, що встановлені в корпусі конденсатора. До трубних дощок підведені водяні камери 6 та 24 (відповідно задня та передня). Передня водяна камера розділена горизонтальною перегородкою, що розділяє підведення та зливання охолоджуючої води. Таким чином, вода, яка надійшла до нижньої камери, проходить нижній ряд конденсаторних трубок, розвертається у задній водяній камері та проходить по верхніх трубках конденсатора до передньої водяної камери. Нагріта охолоджуюча вода (циркуляційна) видаляється з конденсатора по зливній трубі 13 до відвідного каналу 14. Конденсатори, які виконані по цій схемі називаються двоходовими. Конденсат відпрацьованої пари з конденсатора відводиться конденсатним насосом 12 через патрубок 10, розташований в нижній частині конденсатора. Для підтримання в паровому просторі конденсатора глибокого вакууму передбачено відсмоктування повітря через трубопровід 7 та 23. Охолоджуюча вода з підвідного каналу 16 через всмоктуючий патрубок 17 циркуляційним насосом 15 подається в конденсатор. Пароповітряна суміш з конденсатора відсмоктується двох східчастим пароструменевим ежектором 21. Пара до сопел 1-го та 2-го східців ежектора підводиться по лінії 22. Пароструменевий ежектор має холодильники поверхневого типу, в яких основним конденсатом турбіни (напірна лінія 20) здійснюється конденсація робочої пари ежектора та пари, що надходить з конденсатора разом з повітрям. Для спускання відпрацьованої пари з турбіни до атмосфери в аварійних випадках передбачено автоматичний діючий атмосферний клапан, який встановлюється на трубі 4 або безпосередньо на корпусі конденсатора.

Конденсатор пружинними опорами 9 та 11 встановлений на спеціальному фундаменті.

При пуску конденсаційної установки охолоджуюча вода надходить до водяної камери, а повітря яке там знаходилось видаляється через кран 25. Після зупинки конденсаційної установки вона зливається через спускні крани 8.

Циркуляційний насос 15 облаштований патрубком 18 до допоміжного пароструменевого ежектора для підсмоктування води перед пуском насосу. Засувкою 19 циркуляційний насос відключається від водяного об’єму конденсатора.

Також конденсатор може виконувати ще ряд функцій: приймати "скидальну" пару спеціальним паро приймальним пристроєм; приймання конденсату з колекторів дренажів паропроводів, ущільнень, деяких підігрівників та уведення добавки хімічно очищеної води для відновлення втрат конденсату в циклі; деаерують утворений конденсат.

3.1.2 КОНСТРУКЦІЯ КОНДЕНСАТОРІВ

Конденсатори розрізняють по конструктивним особливостям; принципу дії та експлуатаційним характеристикам:

1. По ходу циркуляційної води – одно-, двох-, трьох- та чотирьохходові конденсатори. В двохходових конденсаторах потік циркуляційної води змінює направлення на 180⁰ в одній з водяних камер. В трьох та чотирьохходових конденсаторах охолоджуюча вода змінює направлення в обох водяних камерах.

2. За експлуатаційними можливостями розрізняють одинарні та здвоєні конденсатори. Здвоєні конденсатори окрім горизонтальних перегородок водяні камери мають ще й вертикальні, що розділяють потік охолоджуючої води на два самостійних паралельних потоки. Основною перевагою здвоєного конденсатора є можливість його чищення при роботі турбіни (потужність турбіни при цьому знижується менш ніж на половину).

3. За місцем розташування відсмоктування пароповітряної суміші (рисунок 3.1.3).

У випадку відсмоктування повітря з верхньої частини конденсатора при підведенні пари до нижньої його частини, яке можна організувати установкою відповідних перегородок в паровому просторі конденсатора – це конденсатор з піднімаючим потоком пари (рисунок 3.1.3, а). В таких конденсаторах здійснюється підігрів конденсату, що стікає донизу всією масою пари, що надходить до конденсатора. Тому переохолодження конденсату в таких конденсаторах відсутнє. Конденсатори, в яких здійснюється підігрівання конденсату парою, що надходить до конденсатору, називаються регенеративними.

Через необхідність розвитку ширини центрального проходу для пропуску всієї кількості відпрацьованої пари з помірними швидкостями корпус конденсатора прийняв еліптичну форму та достатньо великі розміри. Поряд з відсутністю переохолодження в таких конденсаторах видаляється можливість ерозії перших рядів конденсаторних трубок, яка виникає через удари часток вологи, яку містить відпрацьована пара. При повороті парового потоку часточки вологи внаслідок відцентрового ефекту відкидаються донизу конденсатора, і, таким чином, пара потрапляє на перший ряд трубок достатньо відсепарованим.

В цілому ряду конструкцій відсмоктування повітря проводиться з центральної частини конденсатора, а пара підводиться по колу, охоплюючи трубки, та рухається від периферії до центру по радіусам. Такі конденсатори називають конденсаторами з центральним потоком пари (рисунок 3.1.3,б).

При наявності достатнього проходу пари збоку та знизу трубного пучка конденсат, що стікає, а також поверхня конденсату в конденсатозбірнику омиваються парою, яка прийшла прямо з турбіни, і тим самим забезпечується регенеративний підігрів конденсату. Паровий опір таких конденсаторів менший через більшу поверхню трубного пучка з боку входу пари та меншої довжини шляху пари в пучку (пара проходить по радіусу, а не по діаметру).

В багатьох конденсаторах відсмоктування повітря проводиться в боковій частині корпусу, а трубки розташовані таким чином, що утворюють наскрізний прохід для пари зверху донизу конденсатора, при чому рух пари здійснюється від наскрізного центрального проходу в боки до місць бокових підсосів. Такі конденсатори називаються конденсаторами з боковим потоком пари (рисунок 3.1.3,в). В таких конденсаторах при достатньому перерізі наскрізного проходу переохолодження конденсату незначне, а паровий опір порівняно малий через достатньо розвинена поверхня з боку входу пари до пучків трубок та порівняно короткого шляху в них до місць відсмоктування – це найбільш поширені конденсатори.

4. За принципом дії конденсатори діляться на змішуючи та поверхневі.

В поверхневих конденсаторах між парою та охолоджуючою водою є поверхня розділена у вигляді металу трубок, по яких проходить охолоджуюча вода. В змішуючих конденсаторах охолодження пари відбувається при безпосередньому контакті пари та охолоджуючої води. Тому при рівних умовах в змішуючи конденсаторах можна отримати більш глибокий вакуум, але конденсат в цьому випадку втрачається разом з охолоджуючою водою. В конденсаторах поверхневого типу конденсат пари зберігається чистим.

Відсмоктування повітря

Відсмоктування

повітря

Рисунок 3.1.3 – Схеми конденсаторів

ОСНОВНІ КОНСТРУКТИВНІ ЕЛЕМЕНТИ КОНДЕНСАТОРІВ:

Маса конденсатора порожнього – 582 т;

Маса конденсатора із заповненим водяним простором – 912 т;

Маса конденсатора повністю заповненого водою – 1212 т.

Ø Пружинна опора (рисунок 3.1.4) – пружини 2 встановлюються на тарілки 3. Болти домкрату 4 служать для встановлення конденсатора при монтажу турбіни. Після того як горловина конденсатора підведена до вихідного патрубку турбіни і зварена з ним, між тарілками 3 і фундаментними плитами 5 встановлюють постійні, точно оброблені планки 6, по три планки на кожну пружину, а болти 4 послабляють.

Ø Корпус конденсатора – виготовлений зі сталевих листів, з’єднаних зварюванням. Для отримання більш жорсткої конструкції до стінок корпусу приварюються ребра жорсткості з профільного заліза.

Рисунок 3.1.4 – Пружинна опора для конденсатора

Ø Кришки водяних камер – кріпляться до стінок водяних камер гумовим прямокутним шнуром та великою кількістю болтів. На них діє зусилля від тиску охолоджуючої води, тому на них встановлюються анкерні зв’язки.

Ø "Солені" відсіки – організовуються шляхом встановлення поблизу трубних дощок додаткових перегородок, що уварені в нижню частину корпусу конденсатора в зоні, яка розташована нижче трубного пучка. "Солений" конденсат не змішується з основним потоком конденсату.

Ø Трубний пучок – сукупність трубок, на яких здійснюється конденсація пари. Він повинен забезпечувати: високий середній коефіцієнт теплопередачі; малий паровий опір ; незначне переохолодження конденсату.

Задача раціонального компонування трубного пучка заклечається в можливості підвищення локальних теплових навантажень у всіх зонах при збереженні достатнього охолодження сумішшю, що видаляється в місці відсмоктування до ежектора.

Приклад конструктивного виконання конденсатора і принцип його роботи.

Конденсатор двохходовий, підведення води здійснюється знизу, відведення – зверху. Конструкцією конденсатора передбачена можливість приймання всіх потоків пари та води при пусках, зупинках та нормальних умовах експлуатації блоку. Крок між трубками приймають 1,25d_зн. Трубний пучок складається з трубок діаметром 28, товщиною 1мм, що складають основну частину пучка, та стовщених трубок діаметром 28мм та товщиною 2мм, що розташовані в першому ряду та найбільше підлягають динамічній дії (ерозійному зношуванню) парового потоку.

До конструктивних особливостей необхідно віднести наявність ефективних деаераційних конденсатозбірників (рисунок 3.1.5). Деаерація конденсату здійснюється за рахунок деякої різниці температур відпрацьованої пари та конденсату, великої поверхні контакту та доброго перемішування пари та струменів конденсату.

На торцевих стінках перехідного патрубку конденсатора встановлені два пароприймальних пристрої, що призначені для приймання в конденсатор пари після ШРОУ при нестаціонарних режимах роботи блоку (пуск, зупинка), а також при аварійних скиданнях навантаження та один – для приймання пари від клапанів скидання проміжного перегріву.

Недостатньо ефективне випарювання вологи є органічним дефектом цього паро приймального пристрою, оскільки в цьому пристрої є лише один східець розширення пари і процес зволоження відбувається за межами пристрою в паровому просторі конденсатора.

Рисунок 3.1.5 – Деаераційний конденсатозбірник струменевого типу:

1 – обичайка; 2 – дно конденсатозбірника; 3 – ребра жорсткості; 4 – лист дірчатий; 5 – труба відводу пароповітряної суміші та випару конденсату; 6 – патрубок відведення конденсату

Принцип роботи паро приймального пристрою дросельно-охолоджувального типу (рисунок 3.1.6).

Принцип дії заснований на баготосхідцевому розширенні попередньо зволоженої пари поза конденсатором з гасінням кінетичної енергії після кожного східця розширення. Паро приймальний пристрій складається зі зволожувача пари, що є першим східцем дроселювання, та дросельної частини. Вміст кисню в конденсаті в значній мірі залежить від деаеруючої здатності конденсатора, що визначається його конструктивними особливостями.

Рисунок 3.1.6 – Приймально-скидальний пристрій дросельно-охолоджуючого типу:

1 – корпус приймально-скидального пристрою; 2 – східці дроселювання (кожухи з кільцевими прорізями)

3.1.3 РОБОЧИЙ ПРОЦЕС В КОНДЕНСАТОРІ

В конденсаторі відбувається конденсація пари, що містить повітря та інші гази.

Вакуумною системою називається сума об’ємів турбіни, конденсатора та регенеративних підігрівників живильної води, що знаходяться під розрідженням в даний момент роботи турбоагрегату. Присмоктування повітря залежить від конструкції та розмірів турбінної установки, щільності, яка досягається при складанні турбіни, конденсатора, регенеративних підігрівників, фланцевих з'єднань та арматури трубопроводів, що з’єднують ці елементи установки.

Присмоктування повітря збільшується зі зниженням парового навантаження турбіни та конденсатора, тому що при цьому зона розрідження наближається до головної частини турбіни і відповідно збільшується кількість нещільностей, і збільшується абсолютний тиск в конденсаторі.

Для оцінювання повітряної щільності вакуумної системи турбіни заміряють кількість повітря, що видаляється з ежекторної установки, за допомогою витратомірів.

Абсолютний тиск в конденсаторі дорівнює загальному (сумарному) тиску пари і повітря:

Якщо пара насичена, то температура суміші відповідає парціальному тиску пари в суміші. Таким чином, по температурі пароповітряної суміші можна визначити парціальний тиск насиченої пари, а парціальний тиск повітря – за різницею між абсолютним тиском суміші в конденсаторі та парціальним тиском пари.

Розрізняють два види конденсації:

- плівкова - коли конденсат утворює на поверхні охолодження суцільну плівку;

- крапельну – конденсат осаджується на поверхнях у вигляді окремих крапель.

В рівнозначних умовах при крапельній конденсації водяної пари коефіцієнт тепловіддачі від пари до поверхні конденсації в декілька разів вище, ніж при плівковій. Крапельна конденсація спостерігається на малих швидкостях пари (менше 10 м/с) та має випадковий та нестабільний характер. Тому більш детально будемо розглядати лише крапельну конденсацію.

Конденсат, що обволочує зовнішню поверхню трубок у вигляді плівки, відділяє пароповітряну суміш від металевої поверхні трубок, зашкоджуючи теплообміну між пароповітряною сумішшю та водою, що охолоджує, яка протікає всередині трубок. Таким чином, конденсація відбувається на поверхні конденсатної плівки, товщина якої нерівномірна як по окружності, так і по довжині трубки.

Температура конденсату, що утворює плівку на поверхні трубок, завжди нижче температури пари в ядрі потоку між трубного простору.

При конденсації пари виділяється скрита теплота пароутворення. Необхідною умовою конденсації пари є відведення теплоти від поверхні конденсації, який здійснюється в результаті теплообміну пари, що конденсується з водою, що охолоджується через конденсатну плівку та стінки трубок.

3.1.4 ПОВІТРЯВИДАЛЯЮЧІ ПРИСТРОЇ

В конденсаційних установках, для утворення вакууму в конденсаторі використовують пароструйні та водоструйні ежектори.

Принципова схема включення двохступеневого ежектора показана на рисунку 3.1.7

Основний конденсат із конденсатора 2 конденсатним насосом 4 перекачується через холодильники ежектора 9. При тиску турбіни на холостому ході і малих навантаженнях включається лінія рециркуляції 3. По цій лінії частина нагрітого в ежекторі конденсату вертається в конденсатор, охолоджується в ньому і знову з основним конденсатом надходить до холодильників. При навантаженнях турбіни, коли кількість конденсату достатня, лінія рециркуляції відключається. З холодильника другого ступеня робочої пари, відводиться до холодильнику першого ступеня, а залишок через сифон 5 зливається до конденсатора.

Східець пароструменевого ежектора (рисунок 3.1.8) складається з трьох основних елементів: робочого сопла 1, камери змішування 2 та дифузору 4. Робочим тілом є пара, яка підведена до сопла 1. Відношення тиску в конденсаторі в камері змішування до диска робочої пари приймається значно нижче критичного. Отже сопло повинно бути розширене. Дифузор складається з конусної звужуючої вхідної ділянки, циліндричної горловини розширеної вхідної ділянки.

В робочому соплі пара розширюється і витікає з перерізу 1-1 до камери зменшення зі значною швидкістю. Струмин робочої пари утворює ежектуючий тиск на потік пароповітряної суміші, яка поступає з конденсатора до камери 2 через патрубок 3, і захоплює її до дифузору, де проходить стискання суміші всіх трьох компонентів (робочої пари, повітря, пари з конденсатора) до вихідного тиску.

Рисунок 3.1.7 - Схема включення пароструменевого ежектора:

1- підведення пари до конденсатора;

2- конденсатор;

3- лінія рециркуляції;

4- конденсатний насос;

5- сифон;

6- лінія конденсату до підігрівачів низького тиску;

7- відведення повітря з ежектора;

8- підведення пари до ежектора;

9- двохступеневий ежектор;

10- відсмоктувач пароповітряних сумішей.

На ділянці розтікання робочого струменя в межах камери змішування відбувається захоплення частини ежекторного середовища струменем робочої пари за рахунок турбулентного переміщення, яке супроводжується перенесенням кількості пари. Тобто, між робочим струменем та оточуючим середовищем проходить безперервний обмін частинками. При цьому збільшується переріз робочого струменя та його секундна витрата, а швидкість – зменшується.

Рисунок 3.1.8 - Схема східця пароструменового ежектора та графік зміни тиску в ньому.

Починаючи від перерізу ІІ-ІІ струмина заповнює всі поперечні перерізи апарату; в цьому випадку процес приєднання частин ежекторного середовища припиняється; поле швидкості в цьому перерізі нерівномірне. На ділянці від перерізу ІІ-ІІ до перерізу ІІІ-ІІІ проходить поступове вирівнювання швидкості частин по перерізу струмини і трохи підвищується тиск у потоці. Ділянку ІІ-ІІІ називають стабілізуючою: форма циліндрична або звужена. У дифузорі проходить перетворення кінематичної енергії струмени в енергію тиску. В одноступінчатому ежекторі тиск в кінці дифузора досягає атмосферного, а залишки пароповітряної суміші виштовхуються до оточуючого середовища.

Одноступінчатий ежектор є дуже простим пристроєм, однак в такому простому виконанні він має багато недоліків: його ККД низький, оскільки в одному дифузорі необхідно підвищити тиск поступаючої з конденсатора суміші до атмосферного. За допомогою одноступінчатого ежектора неможливо створити тиск нижче 15кПа, в той час, як для економічної роботи турбоустановки потрібен тиск 4-5 кПа. Теплота робочої пари і сама пара, яка відходить до атмосфери, губиться безповоротно. Тому ежектори виконують багатоступеневими з оптимальним ступенем стиснення в кожному східці.

В останній час все більше застосовують водоструйні ежектори, робочим тілом у яких є вода, яка відбирається з напірного циркуляційного трубопроводу в кількості 5-7% від витрат охолоджуючої води. Водяні ежектори можуть утворювати більш глибокий вакуум, ніж пароструйні, однак усмоктуюча пара та його теплота губляться безслідно. Принцип дії водоструйного ежектора не відрізняється від принципу дії пароструйного ежектора та оснований на ежектуючій дії струмені води, яка виходить із робочого сопла.

Змішування пароповітряної суміші з холодною водою викликає конденсацію пари, а повітря захвачується струменем води і відводиться до атмосфери. Для збільшення виробництва водяних ежекторів з одночасним скороченням розмірів, їх виробляють багатоканальними. Вода під тиском подається до камери 1 і надходить через чотири сопла 2 до камери 3, куди надходить і пароповітряна суміш. Водяні сопла 2 встановлені навпроти дифузорів 4, в які направляються струмені води та затягнена ними пароповітряна суміш. Відведення води проводиться з нижнього патрубка.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ ДО ТЕМИ 3.1

1 Що таке вакуум;

2 Що називається переохолодженням конденсату;

3 Як визначити паровий опір конденсатора;

4 Типи конденсаторів;

5 Переваги та недоліки змішую чого конденсатору;

6 Переваги та недоліки конденсатору поверхневого типу;

7 Функції конденсатора;

8 Класифікація конденсаторів;

9 Призначення проміжних перегородок в конденсаторі;

10 Принцип роботи паро приймального пристрою дросельно-охолоджувального типу

11 Призначення вакуумної системи;

12 Види конденсації пари;

13 Принципова схема включення двохступеневого ежектора;

14 Складові східця пароструменевого ежектора;

15 Складові дифузора;

16 Недоліки одноступінчатого ежектора;

17 Принцип роботи водоструйного ежектора.

ТЕМА 3.2 СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ ТУРБІН

3.2.1 ЗАДАЧІ РЕГУЛЮВАННЯ