7.3. Режимы работы конденсационной

установки турбины

Конденсационная установка (рис. 7.11) предназначена для создания разрежения (вакуума) в конденсаторе турбины в целях увеличения срабатываемого теплоперепада и повышения термического КПД паротурбинной установки.

В конденсационную установку входят конденсатор 2, циркуляционный 3 и конденсатный 4 насосы, а также паровой или водяной эжектор для отсасывания воздуха из конденсатора.

В стационарных паротурбинных установках применяются водяные конденсаторы поверхностного типа, позволяющие получать чистый конденсат для питания котлов. Отработавший пар входит в конденсатор сверху. Соприкасаясь с поверхностью трубок, внутри которых протекает охлаждающая вода, пар конденсируется.

Конденсат стекает вниз и из сборника конденсатным насосом подается в поверхностные холодильники парового эжектора, а оттуда через систему регенеративных подогревателей поступает в паровой котел.

Абсолютное давление пара в конденсаторах поддерживается в пределах 3,0-7,0 кПа. Теоретически абсолютное давление в конденсаторе должно быть равно давлению

Рис. 7.11. Принципиальная схема конденсационной установки:

1 - выхлопной патрубок турбины; 2 - конденсатор; 3 - циркуляционный насос; 4 - конденсатный насос; 5 - эжектор; 6 - регулирующий клапан на линии рециркуляции

насыщенного пара, соответствующему конечной температуре охлаждающей воды. В действительности в конденсатор вместе с водяными парами поступает некоторое количество воздуха. Кроме того, воздух проникает через неплотности во фланцевых соединениях конденсатора и трубопроводов, поэтому давление в конденсаторе равно сумме парциальных давлений водяного пара и воздуха. Скопление воздуха ухудшает вакуум в конденсаторе, т.е. увеличивает давление пара за турбиной, что снижает КПД цикла. Поэтому воздух необходимо постоянно удалять, для чего служат эжекторы.

Чаще всего в паротурбинных установках применяются паровые одно-, двух- и трехступенчатые эжекторы. Схема двухступенчатого парового эжектора показана на рис. 7.12.

Рис. 7.12. Схема двухступенчатого эжектора: 1 - эжектор

I cтупени; 2 - холодильник I cтупени; 3 - эжектор II cтупени;

4 - холодильник II ступени

В рабочее сопло подается пар под давлением. Вытекающая из него струя, обладая большой кинетической энергией, увлекает за собой паровоздушную смесь из конденсатора в расширяющуюся насадку диффузора, где кинетическая энергия паровоздушной смеси преобразуется в энергию давления. Далее пар из паровоздушной смеси конденсируется в холодильнике первой ступени. Воздух и несконденсировавшаяся часть пара из холодильника отса-

сываются эжектором второй ступени, к рабочему соплу которого также подается пар. В диффузоре эжектора второй ступени паровоздушная смесь имеет давление, несколько превышающее атмосферное. Эта смесь поступает в холодильник второй ступени, где пар конденсируется, а паровоздушная смесь выходит в атмосферу.

Уравнение теплового баланса конденсатора (без учета потерь в окружающую среду)

, (7.14)

где D_к - количество пара, поступившего в конденсатор, кг/с;

h_п, h_к - соответственно энтальпии пара и конденсата, кДж/кг, на входе и выходе из конденсатора;

G_W – расход охлаждающей воды, кг/с;

С_pW - теплоемкость воды, С_pW =4,183 кДж/(кг×ЧК);

_{t/w, t//w -} температуры охлаждающей воды на входе и выходе из конденсатора соответственно, ⁰С.

Отношение (7.15)

называется кратностью охлаждения. Оно показывает, сколько килограммов воды расходуется на конденсацию

1 кг пара. Обычно кратность охлаждения в одноходовых поверхностных конденсаторах составляет 80-120 кг/кг, а в двухходовых - 60-70 кг/кг.

Вакуум в конденсаторе определяется температурой насыщения конденсирующегося пара:

, (7.16)

где ddt - недогрев охлаждающей воды до температуры насыщения, или температурный напор в конденсаторе.

Подставив в это уравнение значение из (7.15), получим

. (7.17)

Таким образом, глубина вакуума, прежде всего, зависит от температуры охлаждающей воды и кратности охлаждения m.

Температура охлаждающей воды t^/_w определяется географическим местонахождением водного источника и принятой системой водоснабжения. Для прямоточной системы водоснабжения (река, пруд-охладитель) t^/_w=10¸ё25 ^оС, а для оборотного водоснабжения (градирня, брызгальный бассейн) t^/_w = 20¸ё35 ^оС. Летом вакуум в конденсаторах уменьшается, так как средняя температура циркуляционной воды выше, чем зимой.

Для откачки конденсата из конденсатора турбины служит центробежный насос. Он откачивает конденсат с температурой 30-40 ^оС, преодолевая при этом действие глубокого вакуума в конденсаторе (3¸ё7 кПа). Напор на всасе насоса перед его лопастями определяется выражением, м,

, (7.18)

где р_к – давление в конденсаторе, Па;

Н_под – подпор на всасывающей стороне насоса (расстояние от оси ротора насоса до уровня конденсатора в нижней части конденсатора), м;

c₂ - напор, необходимый для создания скорости воды в трубопроводах до всасывающего патрубка, м;

_Dh_{тр -} потеря напора во всасывающей линии, м.

Поскольку давление в конденсаторе и величина подпора очень малы, то давление перед лопастями насоса немного больше давления насыщения, соответствующего данной температуре. Таким образом, понижение уровня в конденсаторе или повышение температуры конденсата может привести к кавитации насоса.

Для обеспечения требуемого расхода конденсата через систему необходимо равенство полного напора, развиваемого насосом, сопротивлению сети (рабочая т. А, рис.7.13).

Задача регулирования состоит в том, чтобы обеспечить соответствие между напором насоса и сопротивлением сети при любой подаче левее точки А на характеристике. Наиболее простой способ регулирования подачи насоса заключается в изменении величины подпора на всасывании за счет изменения уровня в соответствии с требуемой производительностью.

Рис.7.13. Характеристики конденсатного насоса

и системы регенеративного подогрева

Это равносильно введению сопротивления на всасывающей линии насоса. При снижении нагрузки турбины в конденсатор будет поступать меньшее количество пара, произойдет снижение уровня конденсата, а следовательно, и подпора. Работа насоса при этом будет проходить по кавитационной характеристике Н_нк (т.В) .

Широкое распространение получил комбинированный способ регулирования уровня в конденсаторе. При этом способе регулятор уровня последовательно управляет двумя регулирующими клапанами: дроссельным клапаном на линии подачи конденсата в деаэратор и клапаном на линии рециркуляции. По мере снижения нагрузки регулятор прикрывает дроссельный клапан на нагнетании, вводя дополнительное сопротивление DН_др (рис.7.13). Клапан рециркуляции начинает открываться только при снижении нагрузки турбины ниже определенного значения. При этом увеличение подачи конденсата через линию рециркуляции равно снижению расхода через дроссельный клапан. В связи с этим расход конденсата через охладители эжекторов поддерживается постоянным.