вакуум на турбине для чего

Вакуум на турбине для чего

Главное меню

Судовые двигатели

Вакуум является одним из важных пара­метров, влияющих на экономичность работы турбоуста­новки. На основании многочисленных опытов установ­лено, что при уменьшении вакуума на 1 % против его оптимального значения расход пара турбоустановкой при той же мощности увеличивается на 1—2%. Поэтому наблюдение за вакуумом и поддержание его в пределах, установленных эксплуатационной инструкцией, является совершенно обязательным.

Из теории теплового расчета паровых турбин извест­но, что чем глубже вакуум, тем больше располагаемый перепад тепла на турбине, а следовательно, и перепад, который перерабатывается в полезную мощность. Однако углубление вакуума и увеличение, таким образом, мощ­ности, вырабатываемой турбиной, практически ограни­чены пропускной способностью последней ступени тур­бины. Как только в выходном сечении рабочих лопаток последней ступени будет достигнуто предельное значе­ние давления (с учетом дорасширяющих возможностей в косом срезе), то при дальнейшем углублении вакуума при постоянном расходе пара процесс расширения пара выйдет за пределы лопаток последней ступени и не бу­дет приводить к увеличению мощности. Вакуум, соот­ветствующий такому давлению, называется предель­ным вакуумом. Предельный вакуум устанавливает техническую границу углубления вакуума. Однако не­обходимо иметь в виду, что углубление вакуума свя­зано с увеличением расхода охлаждающей воды и, сле­довательно, с увеличением расхода энергии на привод циркуляционных насосов.

При таком вакууме турбогенератор будет отдавать наибольшую энергию в сеть. Такой вакуум называется наивыгоднейшим или экономическим вакуумом.

В то время как глубина предельного вакуума опре­деляется пропускной способностью последней ступени турбины, т. е. зависит от характеристики проточной части турбины, наивыгоднейший вакуум зависит от режима работы турбоустановки (точнее от пропуска пара в кон­денсатор) и от расхода охлаждающей воды. Так как расход охлаждающей воды в конденсатор при прочих неизменных условиях зависит от температуры охлаждаю­щей воды, то можно сказать, что наивыгоднейший вакуум зависит от пропуска пара в конденсатор и от темпера­туры охлаждающей воды.

С увеличением нагрузки на турбину и соответственно с увеличением пропуска пара в конденсатор расход охлаждающей воды для конденсации пара увеличивает­ся, а следовательно, увеличивается и мощность, потреб­ляемая циркуляционными насосами. Величина экономи­ческого вакуума при этом будет уменьшаться. С пони­жением температуры воды расход ее для конденсации пара уменьшается и, следовательно, увеличивается эко­номический вакуум. Величина экономического вакуума для различных нагрузок на турбину (для различных пропусков пара) и при различной температуре охлаж­дающей воды определяется заводом — изготовителем турбины и уточняется на месте установки турбины путем испытаний. На рабочее место машиниста турбины дает­ся готовый режимный график, по которому можно уста­новить расход охлаждающей воды, необходимый для обеспечения экономического вакуума.

В процессе работы турбоустановки возможно паде­ние вакуума, причем падение вакуума может быть как постепенным, так и резким (срыв вакуума). Постепенное снижение вакуума может быть вызвано следующими причинами:

а) загрязнением поверхности охлаждения конденса­тора;

б) уменьшением подачи охлаждающей воды в кон­денсатор;

в) повышением температуры охлаждающей воды;

г) нарушением воздушной плотности вакуумной си­стемы установки;

д) нарушением нормальной работы воздухоудаляю­щих устройств.

Для предупреждения снижения вакуума из-за за­грязнений охлаждающей поверхности конденсатора не­обходимо поддерживать эти поверхности чистыми.

Ранее отмечалось, что загрязнение трубок конденса­торов может быть в результате отложений на поверхно­сти трубок солен, содержащихся в охлаждающей воде. Чаще всего на трубках конденсаторов откладываются соли кальция и магния, образуя довольно плотные, трудноудаляемые отложения. Загрязнение трубок соля­ми обычно наблюдается в системах оборотного водоснабжения. При высокой жесткости циркуляционной воды со­левые загрязнения трубок бывают весьма интенсивными. В таких случаях необходимо применять химическую очистку трубок конденсаторов.

Химическая очистка трубок соляной кислотой произ­водится при выключенном из работы конденсаторе и мо­жет производиться на ходу, если конденсатор разделен на две половины. Для химической очистки конденсатор должен быть оборудован баком для раствора соляной кислоты, насосом для циркуляции раствора и трубопро­водами. Раствор кислоты с концентрацией 3—4% под действием насоса циркулирует по трубкам конденсато­ра. Для лучшей реакции раствор в конденсаторе подо­гревают паром до температуры 50—60° С. Через каж­дые 5—10 мин производится отбор пробы и путем ана­лиза ее устанавливают концентрацию кислоты в раство­ре. При уменьшении концентрации в бак добавляют кис­лоту.

Очистка трубок считается законченной, когда концен­трация кислоты в циркулирующем растворе становится практически неизменной. По мере очистки трубок кон­центрацию кислоты в растворе надо уменьшать и к кон­цу очистки иметь не более 1%, так как при более высо­кой концентрации кислота будет оказывать вредное действие на очищенные поверхности трубок.

После очистки раствор спускают в канализацию, а конденсатор промывают водой и после этого — слабым раствором щелочи. Раствор щелочи загружают в тот же бак, в который загружался раствор кислоты. Промывка щелочью с целью нейтрализации кислоты длится один — полтора часа. По окончании промывки промывочные трубопроводы от конденсатора отключают и конденса­тор может быть включен в нормальную работу.

Для предупреждения от биологических загрязнений трубок конденсатора охлаждающую воду, как это уже указывалось выше, подвергают хлорированию путем пе­риодического ввода хлора или раствора хлорной из­вести.

Загрязнение трубок конденсаторов возможно также в результате осаждения в трубках взвешенных в воде частиц, как, например, песка, мелкой щепы и прочего мусора, который может поступать в конденсатор с ох­лаждающей водой. Такое загрязнение конденсатора бывает при Недостаточно хорошей очистке воды от меха­нических примесей в водозаборных устройствах. Для очистки конденсатора от загрязнений механическими примесями делают механическую очистку трубок его. Если конденсатор состоит из двух независящих но воде половин, то механическую очистку производят пооче­редно ‘каждой половины конденсатора при нагрузке турбины 50—00% номинальной.

Кислотные промывки, а также механические очистки трубок конденсаторов производят периодически, по мере загрязнения трубок. Вследствие этого отложения в кон­денсаторных трубках, образующиеся в период между чистками конденсатора, неизбежно приводят к ухудшению работы конденсатора и, таким образом, к значи­тельному пережогу топлива, а в некоторых случаях яв­ляются причиной ограничения мощности турбины на ка­кой-то период времени.

Периодические очистки конденсаторов требуют так­же значительной затраты труда и времени и, кроме того, вызывают дополнительный простой оборудования, что влечет за собой недовыработку энергии.

В качестве примера можно указать, что на Красно­горской ТЭЦ только за 2 года было проведено 48 чисток конденсаторов с затратой более 5 000 тыс. человеко-ча­сов и с недовыработкой более 20 млн. квт·ч электро­энергии. В связи с этим возникла необходимость отыска­ния других способов очистки трубок конденсаторов, ко­торые не имели бы недостатков, присущих периодиче­ским химическим или механическим чисткам.

Применение химической и магнитной обработки охлаждающей воды встречает очень большие трудности, особенно на крупных КЭС, в связи с необходимостью подвергать обработке громадное количество охлаждаю­щей воды.

В настоящее время находит все большее распростра­нение метод непрерывной механической очистки трубок конденсаторов резиновыми шариками, предложенный и разработанный группой инженеров ГДР. Этот способ основан на том, что отложения в трубках конденсаторов в первый момент времени не имеют прочной связи с по­верхностью трубок. Прочная связь у выпадающих кристалликов накипи с поверхностью трубки появляется по прошествии некоторого времени. Таким образом, прочные, трудноудаляемые накипи образуются не сразу, а постепенно.

Способ очистки резиновыми шариками предусматри­вает непрерывное удаление отложений, выпадающих в трубках, при помощи резиновых шариков, циркули­рующих вместе с охлаждающей водой.

При таком спосо­бе очистки трубки конденсаторов все время поддержи­ваются чистыми, что значительно улучшает качество ра­боты конденсатора и благоприятно влияет на экономич­ность работы турбоустановки. В некоторых случаях устройство непрерывной очистки конденсаторов привело к снижению удельных расходов тепла турбоустановкой на 0,5—1%.

Принципиальная схема установки для непрерывной очистки трубок конденсаторов резиновыми шариками показана на рис. 3-9. В сливном водоводе конденсато­ра 2 устанавливают сетку 3 для улавливания шариков. Резиновые шарики из сетки поступают к струйному насо­су 4 и струей воды направляются в загрузочную камеру 5, из которой поступают в напорный водовод 6. Увлекае­мые потоком охлаждающей воды, резиновые шарики проходят по трубкам конденсатора и снова поступают в улавливающую сетку.

Количество шариков, загруженных в установку, со­ставляет 10—20% количества трубок, подлежащих очистке. Так, например, для установки ВК-100-2, снаб­женной двухходовым конденсатором типа 100-КЦС-2, имеющем 5 800 трубок, количество шариков, загружае­мых в установку, составляет порядка 1 100—2 000 шт. Пе­риодичность включения установки в работу зависит от интенсивности образования отложений в трубках кон­денсатора. При достаточно хорошем качестве охлаж­дающей воды и небольшой степени загрязнения трубок установка может включаться в работу периодически на 4—10 ч в сутки.

Контроль за работой установки ведется путем наблю­дения через окна загрузочных камер за циркуляцией шариков. Минимально допустимая интенсивность цирку­ляции считается, если каждую секунду проходит 4—5 шариков.

Постепенно резиновые шарики срабатываются и эф­фективность очистки трубок такими шариками рез­ко снижается. При срабатывании шариков с диаметра 20—21 мм до размера 17 мм их следует заменять но­выми.

Установка для непрерывной очистки конденсаторов, как это видно из приведенной на рис. 3-9 схемы, до­вольно простая и может легко быть выполнена силами ремонтного персонала электростанции. Стоимость изго­товления и монтаж такой установки для турбин ВК-100 не превышает 1 500 руб. Затрата мощности на работу установки около 40 квт. Количество резервных шариков, периодически погружаемых в установку, не превышает 2 500 шт. в год. Стоимость этих шариков 110 руб. Срок окупаемости установки 2—3 месяца.

Уменьшение подачи воды в конденсатор может быть вызвано целым рядом причин, а именно: загрязнением трубок конденсатора и повышением вследствие этого гидравлического сопротивления конденсатора, появле­нием значительных присосов воздуха через всасываю­щие водоводы или чаще через сальники циркуляционных насосов, понижением уровня воды в приемных колодцах насосов и значительно реже — вследствие изменения со­стояния насоса: износа рабочего колеса, направляющего аппарата и т. д.

Повышение температуры охлаждающей воды не зави­сит от условий обслуживания конденсационной установ­ки и при оборотной системе циркуляционного водоснаб­жения может быть вызвано нарушением нормальной ра­боты охлаждающих устройств. На некоторых электро­станциях в результате неудовлетворительного состояния охлаждающих устройств и повышенной температуры охлаждающей воды среднегодовой вакуум составил 90,1—90,3%, вместо 96%, при условии нормального охлаждения циркуляционной воды. Если принять, что ухудшение вакуума на 1% приводит к увеличению рас­хода пара турбоустановкой тоже на 1%, то при сниже­нии вакуума на 3% против нормального пережог топли­ва на конденсационной электростанции высокого давле­ния мощностью 500 Мвт составит только за три летних месяца работы станции около 90 тыс. т условного топли­ва. Поэтому еще раз следует отметить важное значение, которое имеет хорошая работа системы циркуляцион­ного водоснабжения в обеспечении экономичной работы электростанции.

О значении воздушной плотности вакуумной системы турбоустановки уже говорилось выше. Совершенно ясно, что увеличение присосов воздуха, также как и наруше­ние нормальной работы воздухоудаляющих устройств, приводит к ухудшению вакуума и к нарушению нор­мальной работы конденсационной установки. Поэтому при эксплуатации конденсационной установки необхо­димо поддерживать высокую воздушную плотность си­стемы, а также обеспечивать нормальную и устойчивую работу воздухоудаляющих устройств.

Резкое падение разрежения в конденсаторе (срыв ва­куума) может быть вызвано образованием больших при­сосов воздуха в вакуумную систему вследствие образо­вания значительных неплотностей, нарушением нормаль­ной работы воздухоудаляющих устройств либо резким снижением подачи охлаждающей воды в конденсатор. Последнее может быть при разрыве циркуляционного водовода, либо при остановке циркуляционного насоса. Выявление причины срыва вакуума обычно не представ­ляет большой трудности.

Источник

Конденсатор турбины

Конденсация водяного пара

Процесс перехода вещества из парообразного состояния в жидкое называется конденсацией (сжижением). Рассмотрим те условия и законы, по которым протекает конденсация водяного пара.

Нужно запомнить следующее:

Назначение конденсационного устройства

Конденсационное устройство нормальной турбогенераторной установки имеет два назначения:

1) установить и поддерживать определенное вакуумметрическое давление (разрежение) у выпускного патрубка турбины;

2) превращать в воду (конденсат) отработавший в турбине пар для возвращения воды в паровые котлы.

Мы знаем, что получаемая в турбине от 1 кг пара механическая энергия будет тем больше, чем больше располагаемый теплоперепад; также нам известно, что повышение верхнего предела давления (давления свежего пара) имеет относительно меньшее значение, чем понижение нижнего предела (давления выпуска), так как увеличение располагаемого теплоперепада при повышении начального давления пара идет гораздо медленнее, чем при понижении конечного давления. Очевидно, что расширение пара можно вести только до давления в той среде, куда он выпускается (противодавления). Следовательно, чем ниже будет давление этой среды, тем больший перепад тепла может быть использован турбиной при одном и том же начальном состоянии пара.

Вполне понятно, что стационарные турбины нормального типа имеют конденсационные устройства, приспособленные для работы с глубоким вакуумом. Нужно отметить, что предел вакуума при проектировании установки ставится соображениями экономического характера и обычно не превышает 96-97%, так как дальнейшее углубление вакуума приводит к очень большим размерам конденсатора, большой мощности насосов, колоссальным количествам охлаждающей воды и в результате может не только не понизить, но даже повысить стоимость выработки электроэнергии.

Вакуум, дальнейшее углубление которого в данной турбинной установке не увеличивает полезного использования перепада тепла, называется предельным вакуумом.

При проектировании турбин предельной мощности расчетную глубину вакуума часто приходится ограничивать для того, чтобы получить приемлемые размеры лопаток последней ступени, пропускающей пар при наибольшем его объеме.

Типы конденсаторов

Рассмотрим способы получения глубокого вакуума, то есть более или менее совершенного разрежения.

Допустим, что сосуд 1 (рис. 1) соединен с котлом 2 трубкой, имеющей кран 3, посредством крана 4 сосуд может сообщаться с атмосферой. Открыв оба крана, соединим сосуд с котлом и атмосферой; пар вытеснит воздух из сосуда, наполнит его и начнет вытекать в атмосферу. Если закрыть теперь оба крана, то сосуд окажется наполненным паром под известным давлением; допустим, что давление в сосуде равно 1 ата и что пар не содержит примеси воздуха или неконденсирующихся газов.

Охладив сосуд тем или иным способом, мы можем сконденсировать почти весь находящийся в нем пар; образовавшийся конденсат займет очень незначительный объем (для данного давления 1/1725 объема сосуда) и в сосуде установится очень малое абсолютное давление; например, при охлаждении пара до 20 о С оно будет составлять около 0,024 ата. Полного разрежения (то есть отсутствия давления) получить нельзя, потому что в сосуде всегда останется небольшое количество несконденсированного пара, тем меньше, чем ниже температура. Кроме того водяной пар всегда содержит некоторое количество смешанного с ним воздуха, который не будет конденсироваться, а останется в сосуде и будет создавать некоторое дополнительное давление, которое будет складываться с давлением несконденсировавшегося пара.

Отсюда ясна ошибочность представления, что вакуум в конденсаторе создается и поддерживается только работой воздухоудаляющих устройств, например эжекторов; в действительности они играют только вспомогательную роль.

Охлаждение пара в стационарных паросиловых установках производится, как правило, водой, причем вода может соприкасаться с паром непосредственно или же через теплопроводную стенку. По этому признаку существующие системы конденсаторов можно разделить на две основные группы:

1) смешивающие конденсаторы;

2) поверхностные конденсаторы.

Смешивающие конденсаторы применялись только для небольших турбин старых конструкций да и то редко, ввиду чего мы подробно рассматривать их не будем.

Поверхностный конденсатор с водяным охлаждением, схематически изображенный на (рис. 4), состоит из клепанного или сварного стального или реже литого чугунного корпуса 1, по концам которого установлены трубные доски 2 с большим количеством закрепленных в них тонкостенных трубок 3. Барабаны между трубными досками и крышками 4 конденсатора, называемые водяными камерами 5, часто делятся перегородками на два или несколько отделений. На (рис. 4) охлаждающая вода подводится под напором через патрубок 6 к нижнему отделению водяной камеры, проходит по трубкам во вторую камеру, меняя направление на обратное и уходит, пройдя по другой части трубок, из верхнего отделения первой камеры через патрубок 7. Такой конденсатор называется двухходовым и чаще всего применяется для турбин мощностью 10000-50000 кВт. Для турбин меньшей мощности нередко применяются трех- или четырехходовые конденсаторы, в которых перегородки расположены так, что вода меняет направление 2 или 3 раза. Для самых крупных турбин применяют одноходовые конденсаторы, у которых вода входит с одного конца и выходит с другого, проходя по всем трубкам одновременно.

Охлаждающая поверхность конденсатора образуется совокупностью поверхностей трубок; отработавший пар входит в конденсатор сверху через горловину 8, соединяющую его с турбиной, соприкасается с холодной поверхностью трубок и конденсируется. Конденсат стекает вниз и скопляется на дне конденсатора или в специальном сборнике 9, откуда откачивается специальным (конденсатным насосом. Другой насос через патрубок 10 отсасывает проникший в конденсатор воздух вместе с небольшим количеством несконденсировавшегося пара.

Таки образом, конденсационная установка (рис. 5) состоит из следующих агрегатов:

Паровые турбины, как правило, снабжают поверхностными конденсаторами. Причина этого кроется в том, что в поверхностном конденсаторе конденсат не смешивается с охлаждающей водой; отработавший пар турбин не содержит масла, как отработавший пар поршневых машин, поэтому конденсат вполне пригоден для питания котлов без предварительной очистки. Таким образом, при поверхностной конденсации одно и то же количество конденсата постоянно циркулирует в системе котел-турбина-конденсатор-котел, причем восполнять очищенной и обессоленной водой приходится только то небольшое количество, которое теряется на утечки пара из лабиринтов и через неплотности и расходуется на продувку котлов и обслуживание некоторых вспомогательных механизмов.

Существенным достоинством поверхностной конденсационной установки является также то, что в ней почти полностью удаляется воздух из конденсата или, говоря иначе, деаэрируется конденсат, что очень важно для сохранения котлов и трубопроводов от ржавления.

Охлаждение циркуляционной воды

Для того чтобы сконденсировать 1 кг пара, в паротурбинных установках требуется от 40 до 80 кг охлаждающей воды в зависимости от ее температуры, конструкции конденсатора и глубины поддерживаемого в нем вакуума. Поэтому мощные турбинные электростанции расходуют колоссальное количество воды: для станции мощностью 20000 кВт при среднем расходе пара 4,5 кг/кВт*ч потребность в охлаждающей воде выразится примерно в 4-5 тыс м 3 /ч.

Это обстоятельство не вызывает больших затруднений, если станция может быть построена на берегу большой реки, озера или моря и оказывается возможным проточное водоснабжение, то есть холодная вода забирается, например, из реки, а затем теплая вода сливается с ту еж реку, ниже по ее течению.

Однако местоположение районных станций обычно определяется непосредственным соседством с топливной базой или местоположением обслуживаемого предприятия или города. При этих условиях часто бывает что вблизи от станции имеется лишь недостаточный для ее работы источник водоснабжения (небольшая речка, пруд). В таких случаях приходится прибегать к искусственному охлаждению уходящей из конденсаторов воды с тем, чтобы иметь возможность повторно ее использовать. Для этой цели создаются охлаждающие пруды (или бассейны) и градирни различных конструкций. Такая система водоснабжения называется оборотной.

Поверхностные конденсаторы

Факторы, влияющие на работу конденсатора

Основными факторами, определяющими работу поверхностного конденсатора, являются величина его охлаждающей поверхности, расход охлаждающей воды и ее температура. Для того чтобы сконденсировать заданное количество пара известного теплосодержания и получить определенный вакуум, можно при известной температуре охлаждающей воды использовать конденсатор с большой охлаждающей поверхностью и малым расходом воды или же, наоборот,- конденсатор с малой поверхностью, но большим расходом воды. Однако нужно указать, что прямой зависимости между этими двумя факторами нет и что глубина вакуума в конденсаторе с определенной поверхностью охлаждения зависит еще от ряда других факторов как конструктивного, так и эксплуатационного характера.

Важнейшим конструктивным фактором является расположение охлаждающих трубок. Пар должен подводиться по всей длине трубок и иметь

небольшие скорости движения в начале трубного пучка. Путь пара по направлению от выпускного патрубка турбины к патрубку воздушного насоса должен быть возможно коротким, число перегородок между трубками должно быть минимальным; вся система трубок должна представлять наименьшее возможное сопротивление прохождению пара, особенно в начальной его части. Пучок трубок, расположенный согласно (рис. 8б), будет представлять меньшее сопротивление прохождению пара в конденсаторе, чем пучок, расположенный согласно (рис. 8а). Сток конденсата не должен препятствовать подводу пара к пучку.

В конденсаторах очень больших размеров все эти требования трудно выдержать; это является одной из причин того, что в очень мощных турбинных установках часто предпочитают применять два отдельных конденсатора вместо одного очень большого.

Трубки в конденсаторах располагают в шахматном порядке (рис. 9). Для уменьшения количества конденсата, натекающего на нижние ряды трубок с верхних, нередко устанавливают специальные водосборные листы.

Зависящими от условий эксплуатации факторами, влияющими на глубину вакуума в поверхностном конденсаторе, являются следующие:

1. Парциальное давление воздуха в конденсаторе. Воздух выделяется из конденсируемого пара в процессе конденсации. Он попадает в пар вместе с питательной водой, а главным образом примешивается к пару в пределах турбинной установки, просачиваясь через находящиеся под разрежением неплотные фланцы и через уплотнения вала турбины. Очевидно, что парциальное давление воздуха в конденсаторе будет тем больше, чем большее количество его поступает в конденсатор.

Наличие воздуха в паре сильно затрудняет передачу теплоты пара охлаждающей воде, что вызывает повышение парциального давление пара в конденсаторе. Кроме того, присутствие воздуха в конденсаторе вызывает повышение давления в конденсаторе за счет парциального давления воздуха. Например, если давление пара в конденсаторе равно 0,02 ата и давление воздуха 0,01 ата, то общее давление в конденсаторе будет равно 0,03 ата.

При охлаждении смеси пара с воздухом температура получившегося конденсата будет ниже температуры насыщения, найденной по давлению в конденсаторе; температура конденсата будет соответствовать парциальному давлению пара, которое ниже давления смеси пара с воздухом.

Разность между температурой насыщения, найденной по давлению отработавшего пара, и температурой конденсата называется переохлаждением конденсата.

Если температура конденсата равна 25 о С, а температура отработавшего пара 35 о С, то переохлаждение конденсата равно:

На практике переохлаждение конденсата зависит не только от наличия воздуха в конденсаторе, но часто от недостатков конструкции конденсатора, которые особенно сильно сказываются при низкой температуре охлаждающей воды.

Если нижние ряды трубок расположены слишком близко к уровню конденсата в конденсаторе, то при незначительном повышении уровня конденсат омывает нижние трубки и отдает часть своей теплоты охлаждающей воде.

При малых нагрузках или очень холодной охлаждающей воде основная масса пара может конденсироваться при соприкосновении с верхними трубками конденсатора. Тогда конденсат дополнительно охлаждается, стекая по нижним трубкам. Кроме того, в нижней части конденсатора может происходить понижение парциального давления пара, то есть охлаждение паровоздушной смеси и, следовательно, конденсата.

При слишком тесном расположении трубок давление пара при входе в конденсатор может быть значительно больше давления в нижней части конденсатора вследствие большого парового сопротивления трубной системы. В этом случае также имеет место переохлаждение конденсата по сравнению с температурой пара, замеренной в горловине конденсатора.

Очевидно, что охлаждение конденсата циркуляционной водой понижает к.п.д. установки, так как оно связано с уменьшением количества тепла, возвращающегося в котел. В установках без регенерации переохлаждение конденсата на 7,5 о С вызывает примерно 1% перерасхода топлива. В лучших системах конденсаторов при хорошей плотности их и хорошей работе воздушных насосов заметного переохлаждения конденсата не должно быть вообще.

Потеря тепла с циркуляционной водой является не единственным отрицательным следствием переохлаждения конденсата. Переохлаждение конденсата сопровождается поглощением кислорода конденсатом. Присутствие кислорода в паре и питательной воде (конденсате) вредно отражается на металле, вызывая интенсивное ржавление (коррозию) его. Каждой определенной температуре воды при данном давлении соответствует известное максимальное содержание кислорода, которое может быть ею поглощена.

При вакууме содержание кислорода в воде уменьшается, причем оно делается равным нулю, когда температура конденсата равна температуре насыщенного пара, то есть если не имеется переохлаждения конденсата. Каждый градус переохлаждения конденсата ориентировочно дает возможное увеличение кислородосодержания на 0,02-0,14 мг/л.

Для современных котлов давлением выше 100 ата кислородосодержание конденсата после конденсатных насосов не должно превышать 0,02 мг/л, а кислородосодержание питательной воды должно быть не более 0,01 мг/л.

Для более полной деаэрации конденсата современные конденсаторы снабжают деаэраторными конденсатосборниками, в которых осуществляется подогрев конденсата паром. Лучшие современные конденсаторы обеспечивают кислородосодержание порядка 0,01 мг/л в конденсате.

2. Количество охлаждающей воды. Для получения глубокого вакуума требуются очень значительные количества охлаждающей воды.

Отношение количества расходуемой воды к количеству конденсируемого пара называется кратностью охлаждения: так если для конденсации 1 кг пара расходуется 70 кг воды, то кратность охлаждения равна 70.

Для поверхностного конденсатора кратность охлаждения при полной нагрузке турбины обычно равна 50-60 и режа 75-80; дальнейшее увеличение ее обычно не оправдывается, так как при этом вакуум углубляется незначительно, а требуемая мощность насосов, а следовательно, и расход энергии на их действие сильно увеличиваются. Очевидно, что при неполной нагрузке турбины кратность охлаждения повышается, если количество подаваемой охлаждающей воды остается неизменным при уменьшившемся количестве поступающего пара; этим в основном объясняется улучшение вакуума при понижении нагрузки турбин.

3. Температура охлаждающей воды. Очевидно, что вакуум будет тем глубже, чем ниже температура охлаждающей воды, причем разница между вакуумом летом и зимой может быть очень большой (90-92% летом и 97-98% зимой). При очень холодной воде глубина вакуума может быть настолько значительной, что не будет использована турбиной, рассчитанной на расширение пара только до известных пределов. В зимнее время часто оказывается целесообразной работа с уменьшенным расходом охлаждающей воды за счет уменьшения числа работающий циркуляционных насосов.

4. Скорость охлаждающей воды в трубках. Передача теплоты пара воде происходит обычно тем лучше, чем выше скорость протекания ее в трубках; при проектировании конденсатора предел скорости устанавливается соображениями экономического характера, так как повышение скорости требует повышения мощности насоса и выше известных границ становится невыгодным. Кроме того, при высоких скоростях воды появляется опасность разрушения трубок от та называемой «струйной коррозии». Обычно принимают скорости от 1,4 до 2,2 м/сек.

Фильтрация воды не может служить надежной защитой от загрязнения конденсатора, хорошей мерой защиты от биологических (растительных) загрязнений конденсатора является хлорирование охлаждающей воды. Во всех случаях трубки конденсатора приходится все же периодически чистить. Способы чистки трубок описаны ниже.

Конкретным показателем степени загрязнения трубок при неизменной воздушной плотности конденсатора и нормальной работе воздухоудаляющих устройств служит увеличение разности между температурой пара перед конденсатором и температурой уходящей охлаждающей воды «теплового напора»; нормальная разность этих температур для различных условий эксплуатации должна быть известна обслуживающему персоналу.

Соединение конденсатора с турбиной

Поверхностный конденсатор почти всегда устанавливают непосредственно под турбиной, причем он может покоится на пружинных опорах (рис. 10) или же быть прикрепленным к фундаменту болтами.

В первом случае возможно жесткое соединение болтами или сваркой приемного патрубка конденсатора с выпускным патрубком турбины, так как расширение металла при нагревании компенсируется пружинами, допускающими перемещение конденсатора. Натяжение пружин обычно регулируется так, чтобы выпускной патрубок турбины был совершенно разгружен от веса пустого (без воды) конденсатора.

Во втором случае между турбиной и конденсатором необходимо ввести промежуточное соединительное устройство, допускающее свободное расширение выпускного патрубка турбины и горловины конденсатора и вполне герметичное. Простейшим видом такого расширительного устройства является промежуточная волнистая труба (обычно медная), упругость которой обеспечивает компенсацию вертикальных перемещений соединяемых фланцев (рис. 11). Такие компенсаторы применяются в турбинах небольшой мощности.

В установках небольшой мощности между турбиной и конденсатором иногда устанавливают шибер, дающий возможность перекрыть приемный патрубок конденсатора и перевести турбину на работу с выпуском отработавшего пара в атмосферу.

Детали поверхностного конденсатора

Корпус конденсатора изготавливают из листовой стали методом электросварки. Поверку прочности корпуса конденсатора делают на внутреннее давление около 2 ата.

В большинстве случаев корпус конденсатора имеет форму, близкую к цилиндрической. Однако для современных самых больших конденсаторов характерна прямоугольная форма корпуса.

Крышки и водяные камеры в современных конденсаторах стационарных турбин также отливают или сваривают из стали, но иногда отливают из чугуна (даже при стальных корпусах). В тех случаях, когда конденсатор имеет четное количество ходов воды и, следовательно, подводящий и отводящий трубопроводы расположены с одной стороны, нередко устраивают только одну водяную камеру, а направляющие воду перегородки с другой стороны выполняют прямо в крышке. Крышки снабжают достаточным числом люков для возможности осмотра и чистки трубок.

Трубки конденсатора изготавливают холодной протяжкой из различных сортов латуни; обычный состав ее 70% красной меди, 29% цинка и 1% олова (для морской воды) или 68% красной меди и 32% цинка (для пресной воды).

Очень хороши, но дороги мельхиоровые (70% меди, около 30% никеля) трубки, которые применяют в наиболее ответственных случаях для работы на морской воде. Внутренние диаметры трубок в различных типах конденсаторов от 14 до 24 мм и редко больше. Толщина стенки трубки обычно равна 1,0-1,2 мм.

Во избежание провисания трубок и для уменьшения вибрации их во время работы машины в корпусе конденсатора через промежутки, равные 50-80 диаметрам трубки, устанавливают опорные перегородки, в которых, кроме отверстий для трубок, прорезаны окна для сообщения смежных паровых пространств.

Трубные доски выполняют из листовой стали (для пресной воды) или из катаной латуни (для морской воды); толщина досок зависит от их диаметра и конструкции и колеблется от 20 до 35 мм. Крепление стальных трубных досок к корпусу выполняется в настоящее время посредством сварки; посредством сварки соединяются с трубной доской и водяные камеры. В прежних конструкциях эти соединения выполнялись на болтах и так, чтобы можно было отнять водяную камеру 1, не ослабляя соединения доски 2 с корпусом 3 (рис. 14). Для плотности соединений применялись специальные прокладки 4 из резины.

Между трубными досками было принято устанавливать продольные анкерные связи виде болтов, пропущенных в дистанционные трубки или сплошных, для придания всей системе жесткости и предохранения досок от прогиба внутрь конденсатора. В настоящее время анкерные связи устанавливают лишь в водяных камерах; они связывают трубные доски с крышками и разгружают их от усилий со стороны воды.

Закрепление трубок в трубных досках производится развальцовкой трубок с двух сторон. Практика показывает, что этот способ совершенно надежен, несмотря на разность линейных расширений трубок и корпуса конденсатора.

Двусторонняя развальцовка дает лучшую плотность соединения трубок с досками, удешевляет конструкцию конденсатора и упрощает его сборку и обслуживание.

Для развальцовки трубок в досках служит небольшая вальцовка (рис. 19), состоящая из конуса (веретена) 1, роликов 5 и корпуса 2. Вставив ролик в трубку 3, вращают веретено посредством воротка, время от времени подавая его вперед подвинчиванием нажимной втулки 4.

Диаметр отверстий в трубной доске под развальцовку выполняется приблизительно на 0,5 мм больше номинального диаметра трубок. Конец трубок перед развальцовыванием обычно отжигается. Нужно следить за тем, чтобы вальцовка входила в трубку на глубину, несколько меньшую толщины трубной доски.

В самое последнее время большое внимание уделяется разработке способов автоматической приварки концов трубок к трубным доскам с целью полностью исключить присосы охлаждающей воды, создающие большие трудности при эксплуатации прямоточных котлов.

Атмосферный клапан

Внутреннее давление в паровом пространстве конденсатора ни при каких обстоятельствах не должно превышать 1,2-1,5 ата, так как ни корпус конденсатора, ни выхлопной патрубок турбины не рассчитаны на большее внутреннее давление. В качестве защиты от чрезмерного повышения давления в паровом пространстве служит атмосферный клапан (5 на рис. 5). Атмосферный клапан устанавливается на специальном ответвлении от горловины или корпуса конденсатора.

Атмосферный клапан мощной турбины представляет собой громоздкую и тяжелую деталь; возможность присасывания воздуха в конденсатор через него при неисправности седла или тарелки тоже не исключена. В настоящее время в мощных установках отказываются от применения атмосферных клапанов, заменяя их предохранительными окнами, заделанными тонким листовым металлом (или паранитом), который разрывается(или отпаивается) при аварийном повышении давления и температуры и выпускает пар наружу.

В атмосферных клапанах новых цельносварных конденсаторов ЛМЗ применено сочетание тарелки с разрывной прокладкой. Кромки тарелки 1 (рис. 21) закрыты кольцевой паранитовой прокладкой 2 толщиной 0,5 мм, прижатой прижимными кольцами 3 и шпильками 4 к тарелке и седлу клапана 5. При повышении давления в конденсаторе прокладка разрывается и тарелка отбрасывается в сторону.

Современные мощные турбины не рассчитываются на работу с выхлопом в атмосферу даже в течении короткого времени и должны быть остановлены при повышении давления пара в выхлопном патрубке сверх 0,5-0,8 ата. Наиболее совершенным решением этого вопроса является применение вакуум-реле (защиты), автоматически останавливающего турбину при аварийном ухудшении вакуума.

Конструкции поверхностных конденсаторов

Как мы уже видели, устройство поверхностного конденсатора очень просто; существующие конструкции этих конденсаторов различаются главным образом формой корпуса, направлением потока пара в конденсаторе, расположением трубок, числом ходов охлаждающей воды, конструктивным выполнением деталей и прочее.

Переход к применению все более высоких параметров пара и увеличение мощности турбин и производительности паровых котлов поставили очень высокие требования к качеству конденсата, в котором должны быть только следы солей и кислорода. В настоящее время отечественные турбостроительные заводы перешли на так называемую «ленточную» разбивку трубного пучка, обеспечивающую минимальное «паровое» сопротивление конденсатора (рис. 23).

Пучок трубок размещается в виде извилистой ленты с глубокими, свободными проходами для пара, что позволяет уменьшить скорость натекания пара на первые ряды трубок и резко сократить путь паровоздушной смеси через пучок. В средней части конденсатора по всей его длине имеется свободный проход пара в нижнюю часть конденсатора. Пар проникающий до самого низа конденсатора, подогревает конденсат, что способствует устранению его переохлаждения.

Отсос воздуха осуществляется с двух сторон конденсатора, причем для охлаждения воздуха выделены специальные пучки трубок, расположенные в зонах отсоса.

Водяные камеры конденсаторов (рис. 23), разделены вертикальными перегородками на две независимые части, каждая из которых имеет свои патрубки для подачи и выпуска охлаждающей воды. Таким образом, вода разделяется на два независимых потока, любой из которых можно выключить, закрыв соответствующие задвижки Крышки таких конденсаторов выполняются составными из двух частей, повешенных на петли; каждая часть крышки может быть открыта независимо одна от другой.

Такие конденсаторы называются конденсаторами «непрерывного действия», двухпоточными конденсаторами или конденсаторами с раздельным потоком воды. Трубки таких конденсаторов можно чистить, не выключая из работы турбину, при сниженной ее нагрузке.

Для чистки конденсатора непрерывного действия во время эксплуатации нужно закрыть доступ воды к одной половине его, выпустить из трубок и водяных камер этой половины воду через сливной клапан и открыть соответствующие половины крышек; затем можно чистить трубки любым из существующих способов, причем конденсатор будет продолжать действовать благодаря циркуляции воды во второй половине.

Во время чистки половины конденсатора будет работать практически лишь одна его часть. Трубки очищаемой части будут омываться паром, но теплообмен в них будет совершенно ничтожным. При сниженных нагрузках никаких особых неудобств это не вызовет, так как вакуум ухудшается незначительно. При малых нагрузках глубина вакуума может даже не уменьшиться при выключении половины конденсатора, если вся охлаждающая вода будет направлена в действующую половину его.

Источник