Бродов Ю.М. Савельев Р.З. Конденсационные установки паровых турбин

Подождите немного. Документ загружается.

ЮМ. Бродов РЗ.Савельев

КОНДЕНСАЦИОННЫЕ

УСТАНОВКИ

ПАРОВЫХ ТУРБИН

Рекомендовано Государственным

комитетом Российской федерации

по высшему образованию в качестве

учебного пособия для студентов высших

учебных заведений, обучающихся

по направлению «Энергетика и

энергомашиностроение» и

специальности «Турбостроение»

МОСКВА ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1994

ББК 31.363

Б88

УДК 621.165.013

Рецензенты: кафедра МЭИ Паровые и газовые турбины (зав. кафедрой профессор,

доктор техн. наук А. Д. Трухний),

профессор, доктор техн. наук Г Г. Шкловер,

доцент, кандидат техн. наук Б. Э Капелович

Бродов Ю. М., Савельев Р. 3.

Б88 Конденсационные установки паровых турбин: Учебн.

пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1994.— 288 с, ил.

ISBN 5-283-00162-8

В книге рассмотрены теоретические основы процесса теплообмена в

конденсаторах паровых турбин. Изложены методики тепловых, гидродинамических

и прочностных расчетов конденсаторов. Рассмотрены вопросы проектирования,

изготовления, элементы монтажа и основы эксплуатации. Приведены конструк¬

ции, характеристики и условия работы насосов конденсационной установки.

Освещены перспективы развития и совершенствования конденсационных

установок.

Книга рассчитана на студентов вузов, обучающихся по

энергомашиностроительным и теплоэнергетическим специальностям.

ББК 31.363

ISBN 5-283-00162-8

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемое вниманию читателей учебное пособие "Кон¬

денсационные установки паровых турбин" рассчитано на сту¬

дентов вузов, обучающихся по специальностям 10.14.00 — "Тур¬

бостроение", 10.05.00 — "Тепловые электрические станции",

10.10.00— "Атомные электрические станции и установки".

При подготовке настоящего учебного пособия авторами учтен

опыт, а также положения методики построения и изложения

материала, использованные при написании ранее изданных

учебных пособий по конденсационными установкам паровых

турбин В. П. Блюдова, С. С. Бермана, И. Н. Кирсанова и др.

Авторы стремились отразить современные систематизирован¬

ные представления по вопросам теплового и гидродинамичес¬

кого расчетов конденсаторов, конструкции конденсаторов раз¬

личных турбинных заводов, основы эксплуатации конденсаци¬

онных установок, а также ряд перспективных разработок, на¬

правленных на совершенствование конденсационных установок

в целом. При этом авторы исходили их предпосылки, что учеб¬

ное пособие является в определенной степени дополнительным

материалом для изучения студентами либо отдельных разделов

дисциплин, либо отдельных вопросов по ряду специальных кур¬

сов.

При написании пособия по ряду принципиальных вопросов

авторами отражены различные точки зрения специалистов на ме¬

тодики расчета, конструктивные решения, методы повышения

эффективности, перспективные разработки и др.

При работе над книгой авторы широко использовали совре¬

менную научно-техническую литературу по тепловым и атом¬

ным электростанциям, паровым турбинам и паротурбинным

установкам. Использованы также отдельные материалы турбин¬

ных заводов и результаты исследований по различным элемен¬

там конденсационных установок, выполненных в научно-иссле¬

довательских институтах (НПО ЦКТИ, ВТИ, ИТФ СО РАН и

др.), АО ОРГРЭС и на кафедрах технических университетов

страны.

Структура учебного пособия полностью соответствует разде¬

лам типовых учебных программ дисциплин "Паро- и газотур¬

бинные установки", "Турбины и насосы АЭС", "Турбины ТЭС

и АЭС" и базируется на знании таких дисциплин, как "Термо¬

динамика", "Теплопередача", "Гидрогазодинамика", "Сопро¬

тивление материалов" и др. Пособие может быть использовано

студентами при курсовом и дипломном проектировании, а так¬

же при прохождении производственной практики. Для лучшего

усвоения теоретического материала и получения практических

навыков представлен ряд примеров тепловых и гидродинами¬

ческих расчетов. По каждому разделу сформулированы кон¬

трольные вопросы для самопроверки.

Список литературы включает только те источники, которые

необходимы читателю для более глубокого изучения отдельных

вопросов.

Авторы благодарны работникам ТМЗ, ЛМЗ, ХТЗ, КТЗ и

НПО ЦКТИ, оказавшим помощь в получении необходимых

материалов, а также в обсуждении отдельных разделов книги.

Главы 1, 2 (кроме §2.6), гл. 3 (кроме §3.9 и §3.10), гл.6

написаны Ю. М. Бродовым, гл. 4, 5 и §3.10 — Р. 3. Савельевым,

§2.6 — совместно Ю. М. Бродовым и М. А. Ниренштейн,

§3.9 — совместно Ю. М. Бродовым и П. Н. Плотниковым.

Авторы благодарят проф. А. Д. Трухния, проф. Г. Г. Шклове-

ра и доцента Б. Э. Капеловича за ценные советы и замечания

при подготовке рукописи к изданию, инженера Л. И. Локалову

за помощь при ее оформлении.

Замечания по учебному пособию будут приняты с благодар¬

ностью, их следует направлять по адресу: 113114, Москва,

М-114, Шлюзовая наб., 10, Энергоатомиздат.

Авторы

Глава первая

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОНДЕНСАЦИОННОЙ

УСТАНОВКЕ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

1.1. Назначение и состав конденсационной установки паровой

турбины

Одним из основных способов достижения высокого терми¬

ческого КПД паротурбинной установки является понижение

параметров пара за турбиной. С понижением давления и темпе¬

ратуры отработавшего в турбине пара уменьшается количество

теплоты, передаваемой холодному источнику, что, как известно

из термодинамики, при неизменных параметрах свежего пара

повышает мощность турбины (за счет увеличения теплоперепа-

да на нее) и экономичность цикла в целом. Иллюстрацией

этому служит рис. 1.1, где на Т, S-диаграмме изображены два

идеальных тепловых цикла Ренкина, отличающиеся между со-

Рис. 1.1. Сопоставление идеальных тепловых циклов ПТУ с разными конечными

давлениями пара в Т, S-диаграмме

бой только конечным давлением пара. Площадь фигуры abcdea

(полезная работа цикла), относящейся к циклу с меньшим

давлением отработавшего в турбине пара, больше площади

фигуры a

b с de

на площадь заштрихованной фигуры а а

е а.

В табл. 1.1 в качестве примера представлены данные по

изменению мощности турбин и экономичности ПТУ при изме¬

нении давления пара за турбиной и неизменных параметрах

свежего пара. Как показывают эти данные, при изменении

давления за турбиной на 1 кПа экономичность паротурбинных

установок ТЭС изменяется примерно на 1%, а для АЭС это

изменение достигает 1,5—2,0%. Большее изменение в эконо¬

мичности паротурбинных установок АЭС определяется тем, что

для турбин с малым теплоперепадом, в частности для турбин

насыщенного пара, относительное изменение перепада оказы¬

вается большим.

Таблица 1.1. Изменение мощности турбин и экономичности ПТУ при

изменении давления отработавшего пара на ±1 кПа

Марка турбины

К-50-90 ЛМЗ

К-100-90ЛМЗ

Т-110/120-130 ТМЗ

К-200-130ЛМЗ

Т-250-300-240 ТМЗ

К-300-240-ЛМЗ

К-300-240-ХТЗ

К-500-240-ХТЗ

К-750-65/3000 ХТЗ

К-800-240 ЛМЗ

К.-500-65/3000 ХТЗ

К-220-44 ХТЗ

К-1000-60/1500-1 ХТЗ

(3 ЦНД)

Номинальная

мощность

турбины, МВт

100

120*

200

300*

300

500

750

800

500

220

1000

Изменение мощ¬

ности турбины,

МВт

0,45

0,90

1,25

1,90

1,83

2,76

3,34

3,88

8,91

4,94

8,00

4,06

12,75

Изменение эконо¬

мичности ПТУ, %

0,90

0,73*

0,95

0,70*

0,92

1,11

0,78

1,19

0,62

1,60

1,85

1,28

* На конденсационном режиме работы.

Понижение параметров пара за турбиной обычно осущест¬

вляется до давления, ниже барометрического, для чего необ¬

ходимо обеспечить конденсацию отработавшего в турбине пара.

Этой цели и служит конденсационная установка, которая, кро¬

ме вышеуказанного назначения, обеспечивает также получение

Рис. 1.2. Принципиальная схема конденсационной установки:

1 — конденсатор; 2 — циркуляционный насос; 3 — конденсатосборник; 4 —

конденсатный насос; 5 — воздушный насос (эжектор); А — подвод рабочего тела

(пар или вода); Б — пар из турбины; В — в систему регенерации

чистого конденсата для питания парового котла (парогенерато¬

ра), замыкая цикл.

Принципиальная схема конденсационной установки приве¬

дена на рис. 1.2.

Пар, отработавший в турбине, направляется в конденсатор 1,

представляющий собой, как правило, горизонтальный кожухот-

рубный теплообменный аппарат, в котором происходит его

конденсация. Процесс конденсации совершается за счет отня¬

тия у пара теплоты конденсации при постоянном давлении. Для

отвода теплоты, выделяющейся при конденсации пара (теплоты

фазового перехода), через трубы конденсатора, образующие

поверхность охлаждения, циркуляционным насосом 2 непре¬

рывно прокачивается охлаждающая среда. В зависимости от

вида охлаждающей среды конденсаторы подразделяются на во¬

дяные (охлаждающая среда — вода) и воздушные (охлаждающая

среда — воздух). Воздушные конденсаторы по ряду причин

пока не получили широкого распространения, перспективные

разработки в этой области описаны в гл. 7. Абсолютное боль¬

шинство современных ПТУ имеют водяные конденсаторы, для

охлаждения которых используются как естественные, так и спе¬

циально созданные источники воды.

Конденсат, образовавшийся в результате конденсации пара,

стекает в конденсатосборник 3, откуда откачивается конденсат -

ным насосом 4 и подается в систему регенерации.

Поступающий в конденсатор из турбины пар всегда содержит

воздух, который попадает в турбину через концевые уплотнения

ЦНД, неплотности фланцевых соединений различных элемен¬

тов ПТУ, где давление меньше барометрического, и т. д. Часть

воздуха попадает в конденсатор через неплотности соединения

выходного патрубка турбины и переходного патрубка конденса¬

тора. В конденсаторах паровых турбин одноконтурных АЭС

содержание неконденсирующихся газов возрастает за счет про¬

дуктов радиолиза. Если воздух и другие неконденсирующиеся

газы не удалять непрерывно из объема конденсатора, то разре¬

жение в нем создать не удастся. Отсос паровоздущной смеси из

парового пространства конденсатора осуществляется воздуш¬

ным насосом (эжектором) 5, который выбрасывает эту смесь,

как правило, в окружающую среду. Принцип действия и кон¬

струкция этих насосов описаны в гл. 4.

Необходимо иметь в виду, что конденсаторы современных

паровых турбин выполняют, кроме вышеописанных, и некото¬

рые другие функции. Например, при пусках или резких измене¬

ниях нагрузки, когда паровой котел (парогенератор) произво¬

дит большее количество пара, чем требуется турбине, или когда

параметры пара не соответствуют необходимым, пар, вырабаты¬

ваемый паровым котлом (парогенератором), через РОУ (БРОУ)

направляют прямо в конденсатор, чтобы не допустить потери

рабочего тела. Для приема этого пара конденсатор оборудуется

специальным пускосбросным устройством.

Кроме того, в конденсаторе обычно предусмотрены патрубки

для приема конденсата из коллекторов дренажей паропроводов,

уплотнений, некоторых подогревателей и добавки химически

очищенной воды для восполнения потерь конденсата в цикле.

Известно, что при пуске турбоустановки как сама турбина,

так и объем конденсатора заполнены воздухом. Для ускорения

пуска иногда используется специальный пусковой воздушный

насос (эжектор), который, как правило, имеет большую произ¬

водительность.

Формально к схеме конденсационной установки иногда от¬

носится и так называемый хозяйственный эжектор, который

обеспечивает удаление воздуха из водяных камер при пуске

конденсатора в работу.

Все основные элементы конденсационной установки паровой

турбины, кроме воздушных насосов (эжекторов), обычно разме¬

щаются в помещении между нулевой отметкой и отметкой

машинного зала станции. Это помещение называется конденса¬

ционным. Исключение составляют турбины ХТЗ с боковыми

конденсаторами. Воздушные насосы, как правило, размещают¬

ся на отметке турбины, вблизи нее.

1.2. Конструктивное оформление и схемы включения

конденсаторов

Пар и охлаждающая вода в конденсаторе могут находиться в

непосредственном контакте и в процессе конденсации пара

смешиваться друг с другом. Такие конденсаторы называются

смешивающими или контактного типа.

Если пар и охлаждающая вода в конденсаторе разделены

между собой твердой поверхностью теплообмена, на которой и

происходит конденсация пара, то такие конденсаторы называ¬

ются поверхностными. Направление теплового потока в по¬

верхности теплообмена таких конденсаторов остается постоян¬

ным, поэтому они являются теплообменными аппаратами реку¬

перативного типа.

В паротурбинных установках почти исключительное распро¬

странение получили поверхностные конденсаторы подвального

типа. Конструктивная схема такого конденсатора приведена на

рис. 1.3 (конструктивную схему боковых конденсаторов турби¬

ны К-500-60/1500 ХТЗ см. в гл. 3).

К корпусу конденсатора 1 присоединены (чаще всего с помо¬

щью сварки, иногда с помощью фланцевого соединения) ос¬

новные трубные доски 2, в отверстиях которых закреплены

трубки 3, образующие охлаждаемую поверхность теплообмена

конденсатора. (Компоновка трубного пучка конденсатора, а

также крепление трубок в трубных досках рассматриваются в гл.

3). К внешним поверхностям трубных досок крепятся передняя

4 и задняя 5 (поворотная) водяные камеры. Передняя водяная

камера с помощью перегородки 6 разделена на два отсека для

организации тока воды через конденсатор в два хода. Под

ходом в данном случае понимается течение воды без изменения

направления движения. В общем случае выбор числа ходов (и

соответствующего количества перегородок в водяных камерах)

конденсатора определяется оптимальными значениями скорос¬

тей воды, гидродинамическим сопротивлением аппарата,

Рис. 1.3. Схема поверхностного конденсатора:

1 — корпус; 2 — трубные доски; 3 — трубы; 4 — передняя водяная камера; 5 —

задняя (поворотная) водяная камера; 6 — перегородка водяной камеры; 7 —

патрубок подвода циркуляционной воды; 8 — патрубок выхода циркуляционной

воды; 9 — переходный патрубок (горловина) конденсатора; 10 — патрубок отсоса

паровоздушный смеси; 11 — паровые щиты; 12 — воздухоохладитель; 13, 14 —

первый и второй потоки воды соответственно; 15 — конденсатосборник; 16 —

промежуточные перегородки; 17 — окна в промежуточных перегородках; 18 —

сбросное устройство для пара; 19 — трубы выхода пара из камер отбора ЦНД; А —

вход пара в конденсатор; Б — отсос паровоздушной смеси; В — отвод конденсата;

Г — вход охлаждающей воды; Д — выход охлаждающей воды; Е — сброс пара из

котла (парогенератора); Ж— выход пара из отборов ЦНД

компоновкой турбоустановки в целом и рядом других факторов.

Основные аспекты этих вопросов рассматриваются в гл. 2, 3.

Охлаждающая вода через патрубок 7 поступает в нижний

отсек, проходит по трубкам нижней половины конденсатора,

поворачивается на 180° в камере 5, проходит по трубкам верх¬

ней половины конденсатора и из верхнего отсека (верхней его

части) передней водяной камеры 4 через патрубок 8 удаляется

из конденсатора. По такой схеме (двухходовой) выполнено боль¬

шинство конденсаторов современных паровых турбин. Имеют¬

ся, однако, и конденсаторы с большим и меньшим числом

ходов. Например, конденсаторы турбин К-800-240 и

К-1200-240 ЛМЗ выполнены одноходовыми.