9.2. Пароструйные эжекторы

9.2.1. Одноступенчатые пароструйные эжекторы по схеме рис. 9.1 применяются лишь при степени повышения давления р_с/р_н, не превосходящей примерно 4-6. В паротурбинных установках они используются в качестве:

- пусковых эжекторов, создающих при пуске турбоагрегата разрежение в паровом пространстве конденсатора, понижающих в нем давление примерно до 20-30 кПа, после чего включаются основные эжекторы конденсаторов (см. п. 9.2.2);

- пусковых эжекторов циркуляционной системы, создающих разрежение в водяном пространстве конденсаторов для заполнения их и сливных циркуляционных трубопроводов водой и используемых также для удаления воздуха, который может скапливаться при работе турбоагрегата в верхней части системы при наличии в ней сифона;

- эжекторов концевых уплотнений турбины, отсасывающих из уплотнений паровоздушную смесь.

Поскольку, пусковые эжекторы предназначаются для кратковременной работы, они не снабжаются обычно теплообменниками для конденсации рабочего пара, но в некоторых турбоустановках имеют на стороне выхлопа охладитель, представляющий собой теплообменный аппарат поверхностного типа, трубки которого охлаждаются циркуляционной водой.

Перед эжекторами концевых уплотнений устанавливаются поверхностные охладители для конденсации пара, содержащегося в паровоздушной смеси, выходящей из лабиринтовых уплотнений, а на стороне выхлопа эжектора - охладители для конденсации рабочего пара.

На рис. 9.3 показана конструкция пускового пароструйного эжектора и эжектора системы концевых уплотнений. Производительность пусковых эжекторов конденсаторов характеризуется расходом отсасываемого воздуха при минимальном давлении р_н которое должно быть обеспечено в системе при пуске турбоагрегата до включения основных эжекторов (см. п. 9.2.1).

9.2.2. Основные пароструйные эжекторы, предназначенные для удаления из конденсатора воздуха при нормальной работе турбины, должны обеспечивать степень повышения давления отсасываемого воздуха до 25-30 (от 3-6 кПа до барометрического давления) и поэтому выполняются, как правило, с двумя или тремя последовательно включенными ступенями.

За первой ступенью двухступенчатого эжектора и за первой и второй ступенями трехступенчатого эжектора устанавливаются охладители для конденсации уходящего из них пара и охлаждения паровоздушной смеси, поступающей в следующую ступень. Поэтому в следующие за ними ступени поступает для дальнейшего сжатия воздух с относительно небольшим остаточным содержанием пара, что создает условие для эффективного (с меньшей затратой энергии) сжатия смеси. Установка между ступенями промежуточных охладителей, а также концевого охладителя за последней ступенью эжектора позволяет использовать энтальпию рабочего пара для подогрева основного конденсата, поступающего в систему питания котла, и сохранить конденсат пара, расходуемого на эжектор.

Промежуточный и концевой охладители выполняются в современных пароструйных эжекторах поверхностными. Охлаждающая вода (основной конденсат) подается в охладители из напорного коллектора конденсатных насосов. Дренаж из охладителей отводится раздельно или каскадно в направлении от концевого охладителя к охладителю первой ступени эжектора и направляется в паровое пространство конденсатора.

Рис. 9.3. Пусковой пароструйный эжектор:

1 - диффузор; 2 - камера смешения; 3 - дистанционное кольцо; 4 - сопло; А - вход отсасываемого воздуха; Б - подвод рабочего пара; В - выход паровоздушной смеси

9.2.3. Технические данные основных пароструйных эжекторов приведены в табл. П5.1 (приложение 5).

Проточные части и охладители всех трех ступеней эжектора ПОАТ ХТЗ типа ЭП-3-75 расположены в общем стальном корпусе с двумя внутренними перегородками, отделяющими вторую ступень от первой и третью от второй. Сверху корпуса расположена крышка, также состоящая из трех отделенных одна от другой камер, в которых сверху крепятся рабочие сопла, а снизу соединенные между собой камеры смещения и диффузоры соответствующих ступеней эжектора. Вторая и третья камеры верхней крышки эжектора имеют в нижнем днище отверстия, через которые паровоздушная смесь поступает из первой ступени во вторую и из второй ступени в третью. Из охладителя последней воздух с небольшой примесью пара выбрасывается через воздухомер дроссельного типа в атмосферу.

Снизу корпуса эжектора расположена горизонтальная трубная доска, в которой крепятся U-образные трубки охладителей, и нижняя крышка с водяными камерами. По охлаждающей воде (основному конденсату) охладители трех ступеней эжектора включены последовательно в направлении от охладителя первой ступени к концевому.

Перепуск дренажа осуществляется каскадно через гидрозатворы за охладителем каждой ступени.

Модернизированные схемы питания рабочим пером эжекторов типов ПО-3-150 и ЭП-3-55/150 предусматривают подвод пара к первым двум ступеням эжектора из общего коллектора, перед которым расположен регулирующий орган, а к третьей - индивидуальный подвод пара со своим регулирующим органом. Это позволяет в случае необходимости регулировать расход пара на третью ступень, а также использовать третью ступень эжектора при отключенных по пару первых двух ступенях в качестве пускового эжектора.

9.2.4. Основные эжекторы при работе турбоустановки в нормальном режиме отсасывают из конденсатора насыщенную паровоздушную смесь, содержание пара в которой зависит от ее давления и температуры. Противодавление первой ступени в двухступенчатом эжекторе и первой и второй - в трехступенчатом определяется давлением всасывания следующей за ней ступени и сопротивлением расположенного перед ней промежуточного охладителя. Оно растет с увеличением расхода воздуха G_в, содержащегося в отсасываемой из конденсатора паровоздушной смеси. Последняя ступень работает с практически постоянным противодавлением.

В зависимости от противодавления ступень пароструйного эжектора может работать в двух различных режимах, одному из которых отвечает при отсасывании паровоздушной смеси постоянный объемный расход U_н (м³/с), не зависящий от G_в и p_с, а другому (в области более высоких p_с) - понижающийся с увеличением G_в объемный расход.

Давление (кПа) на входе в первую ступень эжектора при' отсасывании паровоздушной смеси, имеющей температуру t_см, составляет

p_н = + аG_в,

где - давление насыщенного пара при температуре t_см, кПа;

множитель а = 28710^-3(t_см + 273)/U_н, кПа с/кг;

287 - газовая постоянная воздуха, Дж/(кгК) [Пам³/кгК)].

Рабочим режимом для пароструйного эжектора конденсационной установки является так называемый предельный режим его первой ступени, при котором U_н = const независимо от противодавления и температуры отсасываемой паровоздушной смеси t_см. Соответственно рабочие участки его характеристик представляют собой семейство параллельных прямых линий, отвечающих каждая определенному значению t_см или (рис. 9.4). Чем выше температура t_см, тем больше р_н при данном G_в, т.е. выше расположен рабочий участок характеристики эжектора.

При некотором значении G_в*, зависящем от конструктивных размеров и состояния проточных частей и охладителей всех ступеней эжектора, первая ступень переходит на перегрузочный режим, при котором U_н понижается с увеличением G_в, что приводит к резкому росту р_н. Работа эжектора в этом режиме (см. круто поднимающиеся участки характеристик на рис. 9.4) не должна допускаться во избежание повышения давления в конденсаторе сверх допустимого его значения и срабатывания защиты турбины по вакууму.

Пусковые и вспомогательные эжекторы, выполняемые одноступенчатыми, работают при практически постоянном противодавлении, и их характеристики не имеют перегрузочного участка.

Рис. 9.4. Характеристики пароструйного эжектора ЭП-3-75:

при отсасывании паровоздушной смеси; - при отсасывании сухого воздуха

9.2.5. Конденсационная установка оснащается, как правило, не менее чем двумя пароструйными эжекторами, присоединенными по рабочему пару и отсасываемой смеси к общим коллекторам. При этом предусматривается, что поддержание заданного давления в конденсаторе при расчетном режиме его работы и расчетном расходе воздуха обеспечивается одним эжектором. Максимальный расход воздуха G_в*, отвечающий переходу эжектора на перегрузочную ветвь его характеристики, принимается в 2-3 раза превосходящим нормально допускаемый по ПТЭ присос воздуха в вакуумную систему турбоагрегата. При повышении присосов воздуха, которые не могут быть устранены без останова турбоагрегата, сверх G_в* = (23)G_вн бесперебойная работа турбоагрегата с номинальной нагрузкой должна обеспечиваться дополнительным включением еще одного или более эжекторов.

9.2.6. Нарушения нормальной работы пароструйных эжекторов - повышение давления всасывания р_н сверх отвечающего характеристике эжектора, неустойчивая их работа (пульсация давления на стороне всасывания), появление стуков внутри корпуса, выбросы пара и воды из концевого охладителя - могут вызываться дефектами сборки эжектора при первоначальном его монтаже или ремонте, износом его проточной части и другими причинами, указанными ниже.

9.2.7. К дефектам изготовления и сборки эжекторов относятся:

- неправильное взаимное расположение сопл и камер смешения: их несоосность, расположение сопла под углом к камере смешения или на расстоянии от входа в камеру смешения, отклоняющемся от оптимального для данной ступени;

- установка после ремонта сопл не на своих местах (не в своих ступенях);

- неплотности в сварных и фланцевых соединениях в пределах эжектора;

Неполадки в работе пароструйных эжекторов, могущие возникать в условиях эксплуатации, их основные причины и способы устранения указаны в табл. 9.1.

9.2.8. Недостаточное давление пара, поступающего к эжектору, понижение его давления перед соплами вследствие засорения паровых сеток и самих сопл приводят к уменьшению расхода рабочего пара. В некотором диапазоне изменения расхода рабочего пара, тем более узком, чем больше расход воздуха G_в, содержащегося в отсасываемой паровоздушной смеси, давление всасывания эжектора р_н может оставаться на уровне, не препятствующем нормальной эксплуатации турбины. Но понижение расхода рабочего пара ниже определенного предела может привести к резкому уменьшению объемного расхода эжектора U_н и недопустимому повышению давления всасывания р_н (перегрузке эжектора).

При попадании в сопла твердых предметов могут оказаться засоренными сопла не всех ступеней эжектора. При этом раньше других приводит к перегрузке эжектора засорение сопла последней ступени. Перегрузка эжектора в результате снижения расхода рабочего пара может быть предотвращена при умеренном присосе воздуха путем включения дополнительного эжектора. Но в любом случае должна быть возможно быстрее обнаружена и устранена причина понижения давления пара, поступающего в эжекторы, или произведена очистка паровых сеток и сопл.

Недостаточный расход рабочего пара является одной из основных причин ухудшения работы пароструйного эжектора, вследствие чего необходимо следить за поддержанием номинальных параметров пара перед эжекторами, чистотой паровых сеток и сопл.

9.2.9. Ухудшение условий теплообмена в охладителях влечет за собой повышение температуры, а соответственно, и увеличение содержания пара в паровоздушной смеси, поступающей в расположенную за данным охладителем ступень эжектора. Это приводит в результате увеличения падения давления в охладителе и давления всасывания расположенной за ним ступени эжектора к росту противодавления находящейся перед охладителем ступени, которая может оказаться при этом перегруженной. Перегрузка же любой ступени эжектора приводит к переходу его на круто поднимающуюся перегрузочную ветвь его характеристики (см. рис. 9.4), т.е. к значительному повышению давления р_н на входе отсасываемой из конденсатора паровоздушной смеси в первую ступень эжектора и давления в конденсаторе.

9.2.10. При пуске турбины, когда вся ее проточная часть и некоторые другие связанные с нею элементы системы оказываются под вакуумом, присос воздуха в систему является повышенным. Для создания и повышения разрежения в системе пусковой эжектор должен при этом отсасывать больше воздуха, чем проникает в нее извне через неплотности. При уравнивании же расходов воздуха, проникающего в систему и удаляемого из нее, дальнейшее понижение давления в системе прекращается.

Таблица 9.1

Признак неполадки	Основная причина	Способ устранения
1. Повышенное давление всасывания эжектора по сравнению с соответствующим режиму (Gв, tсм) по его характеристике (при отсутствии перегрузки эжектора). Нагрев воды в охладителях выше нормы	Избыточный расход рабочего пара вследствие повышенного давления в паропроводе перед эжектором	Понизить давление рабочего пара в пределах, не вызывающих нарушений устойчивой работы и перегрузки эжектора
2. Неустойчивая работа эжектора - пульсации давления всасывания и выхлопа паровоздушной смеси	Недостаточный расход рабочего пара вследствие: - пониженного давления в паропроводе перед эжектором; - засорения паровых сеток или рабочих сопл (отложения солей из пара или заноса с паром твердых примесей - продуктов коррозии, окалины и др.)	Обеспечить требуемое давление в паровой магистрали; очистить сетки или сопла работающего эжектора от солей путем впрыскивания в подводящий паропровод конденсата; механически очистить сетки или сопла остановленного эжектора
3. Перегрузка эжектора (резкое возрастание давления всасывания) при расходе отсасываемого воздуха, лежащего в пределах, отвечающих рабочему участку его характеристики, сопровождающаяся иногда стуками (гидравлическими ударами)	3.1. Недостаточный расход или высокая температура поступающего в охладители эжектора основного конденсата	Выявить причину пониженного расхода конденсата или его повышенной температуры и устранить ее
	3.2. Загрязнение поверхности теплообмена охладителей с водяной или паровой стороны	Произвести механическую или химическую очистку трубок охладителей
	3.3. Уменьшение поверхности теплообмена охладителей вследствие заглушения большого числа поврежденных трубок или потопления трубного сучка, вызванного течами через неплотности в трубках, повышенным расходом рабочего пара (при износе сопл) или засорением дренажных линий	Заменить поврежденные трубки новыми. Заменить изношенные сопла. Очистить дренажные линии и перепускные трубки
	3.4. Рециркуляция воздуха через одну из ступеней эжектора вследствие опорожнения, или работы неполным сечением перепускных дренажных трубок между ступенями (обнаруживается по их нагреву), или неплотностей в перегородках, разделяющих охладители разных ступеней, расположенных в одном корпусе, или сварных соединений перегородок с корпусом	Наладить нормальный дренаж конденсата из охладителей (в случае необходимости изменить диаметр дренажных линий или установить ограничительные диафрагмы). Проверить и при необходимости изменить высоту гидрозатвора на дренажных линиях
	3.5. Повышенное противодавление за последней ступенью эжектора, вызванное засорением патрубка или воздухомера на выхлопе или значительным сопротивлением дожигательной установки	Устранить засорения и обеспечить противодавление, не отражавшееся на работе эжектора
4. "Запаривание" эжектора - выброс из концевого охладителя через выхлопной патрубок значительного количества пара, заметное повышение температуры выбрасываемой паровоздушной смеси	Ухудшение условий теплообмена в концевом охладителе (см. пп. 3.1-3.3 настоящей таблицы и п. 9.2.9 Методических указаний)	Заявить и устранить причины ухудшения условий теплообмена

Прекращение понижения давления в системе при пуске турбины может иногда происходить при разрежении, недостаточном для толчка и разворачивания турбины. Это может вызываться двумя причинами:

чрезмерно большим присосем воздуха, если, например, не подан пар из уплотнения турбины или имеются неплотные и даже не закрытые своевременно перед включением эжекторов запорные органы, или пониженной производительностью эжекторов при недостаточном в период пуска турбины расходе рабочего пара из-за пониженного давления пара в магистрали или засорения паровых сеток или сопл. Схема питания эжекторов паром в период пуска турбины должна обеспечивать поддержание нормального давленая пара перед ними. Если же и при расчетном расходе пара не удается достигнуть требуемого разрежения в системе, следует обнаружить и устранить источники повышенного присоса воздуха.