Бродов Ю.М. Савельев Р.З. Конденсационные установки паровых турбин
Подождите немного. Документ загружается.
теристика водоструйного эжектора при отсасывании сухого
воздуха описывается уравнением, аналогичным (4.1)
где — абсолютное давление насыщенного водяного пара
при температуре рабочей воды , равной температуре смеси в
камере смешения.
При отсасывании сухого воздуха в камере смешения эжек-
тора происходит насыщение пузырьков воздуха парами рабо-
чей воды, причем температура пара в водовоздушной эмуль-
сии практически равна температуре рабочей воды.
При отсасывании из конденсаторов паровоздушной смеси
пар полностью конденсируется на струе рабочей воды и не
требует затраты энергии на его сжатие. При отсасывании из
конденсатора чистого пара начальная точка характе-
ристики эжектора должна соответствовать давлению пара при
температуре отсасываемого из конденсатора чистого пара
при ).
По мере увеличения в паре воздуха давление
всасывания водоструйного эжектора растет и определяется
выражениями (1.1) и 1.3)
где — количество пара, захватываемого из конденсатора
вместе с воздухом.
Объемная и массовая производительность водоструйного
эжектора при отсасывании чистого пара (при паровоздушной
смеси с большим содержанием в ней пара) значительно выше,
чем при отсасывании сухого воздуха. Это объясняется интен-
сивным теплообменом между паром и водяной струей, что
приводит к полной конденсации пара в камере смешения
эжектора.
По мере увеличения расхода воздуха массовый расход пара,
201
содержащегося в отсасываемой смеси, и объемная производи¬
тельность эжектора уменьшаются, а давление всасывания эжек¬
тора (при прочих равных условиях) приближается к его зна¬
чению при работе на сухом воздухе.
При некотором значении
Рис. 4.8. Зависимости давления (а) и расхода
пароводяной смеси (б) от расхода воздуха
водоструйного эжектора ЭВ-4-1400 при от¬
сасывании паровоздушной смеси
обе характеристики
практически совпадают. С
увеличением расхода возду-
ха количество захватываемо-
го из конденсатора вместе с
воздухом пара несколько
уменьшается, ибо уменьша-
ется интенсивность теплооб-
мена между паровоздушной
смесью и струей жидкости,
а также сказывается присут-
ствие неконденсирующихся
газов (воздуха), которые
должны быть сжаты в про-
точной части эжектора.
На рис. 4.8 представлена
характеристика эжектора
при отсасывании паровоз-
душной смеси. Переход кри-
вых объемной производи-
тельности эжектора на го-
ризонтальную ветвь соответ-
ствует переходу характерис-
тики эжектора
в область перегрузки. Объ-
емная производительность
эжектора в этом случае при-
ближается к его производи-
тельности на сухом воздухе
(на рисунке =100 м
3
/ч).
При режиме работы кон-
денсационной установки,
отвечающем наклонной
ветви характеристики с — b,
давление в конденсаторе рас-
202
с увеличением расхода воздуха, что приводит к снижению
экономичности работы турбины. В отличие от пароструйного
эжектора, не допускающего работу при его перегрузке, водо-
струйный эжектор обеспечивает и в этих условиях устойчивое
поддержание давления в конденсаторе в соответствии со своей
характеристикой на сухом воздухе.
Характеристику водоструйного эжектора при отсасывании
паровоздушной смеси можно построить следующим прибли-
женным способом:
по уравнению (4.7) для заданной температуры рабочей воды
построить характеристику а — Ъ при отсасывании сухого воз-
духа, определяя объемную производительность эжектора по
уравнению состояния для воздуха;
для любой заданной температуры паровоздушной смеси
по таблицам водяного пара определяется соответствующее
давление насыщения при . Эта точка располагается на
оси ординат характеристики эжектора (точка d для =40 °С).
При увеличении содержания воздуха в смеси слабо растет,
и в первом приближении можно полагать, что = const.
Переход на перегрузочную ветвь совершается по кривой
d —с — b, асимптотически приближающейся к характеристике
а — Ь для сухого воздуха.
Таким образом можно построить семейство характеристик
для нескольких температур отсасываемой смеси при различ-
ных температурах рабочей воды.
Сжатие воздуха в водоструйном эжекторе происходит до
противодавления , устанавливающегося на выходе из эжек-
тора в сливной трубе. Противодавление определяется высотой
установки эжектора над уровнем воды в сливном баке Л, м,
средней плотностью водовоздушной смеси , кг/м
3
, в слив-
ной трубе и гидравлическим сопротивлением сливной трубы
, кПа:
В рабочем диапазоне противодавлений наблюдаются два
различных режима водоструйного эжектора: допредельный,
при котором понижение противодавления вызывает пони-
жение давления всасывания (или рост объемной производи-
203
тельности), и предельный, когда давление всасывания и объ¬
емная производительность не зависят от противодавления.
Допредельный режим наблюдается при более низких проти¬
водавлениях, а предельный — при более высоких. Уменьше¬
ние противодавления может быть достигнуто увеличением
высоты установки эжектора при соблюдении условия обеспе¬
чения устойчивой работы сифона в сливной трубе за эжекто¬
ром.
Рабочие процессы в конденсаторе и эжекторе взаимосвяза¬
ны. Так, например, изменение давления всасывания эжектора
приводит к изменению давления пара в конденсаторе, соот¬
ветственно изменятся температура насыщения пара и условия
теплообмена в конденсаторе. Изменение давления пара вызо¬
вет изменение удельного объема пара и, соответственно, ско¬
ростей потока, а следовательно, и парового сопротивления
конденсатора, что также окажет влияние на давление всасыва¬
ния, см. уравнение (4.2).
Изменение температуры или расхода охлаждающей воды,
загрязнение трубок конденсатора вызывают изменение тем¬
пературы отсасываемой смеси, а следовательно, и парциаль¬
ного давления пара в ней, что определяет изменение как
давления в конденсаторе, так и давления всасывания.
Изменение количества засасываемого в конденсатор возду¬
ха в соответствии с характеристикой эжектора влияет на
давление всасывания и, соответственно, давление в конденса¬
торе. При этом влияние на работу конденсатора зависит не
только от величины присосов, но и от технической характе¬
ристики эжектора — его объемной производительности, ко¬
торая определяет угол наклона рабочей характеристики.
При нормальном эксплуатационном состоянии конденса¬
тора (см. §5.2) давление в нем, определяемое рабочими харак¬
теристиками конденсатора, поддерживается только в том слу¬
чае, если эжектор создает необходимое разрежение, удаляя
весь поступающий в конденсатор воздух.
При чрезмерно больших подсосах воздуха или неудовле¬
творительной работе эжектора баланс между поступлением и
отсосом воздуха нарушается. В конденсаторе постепенно на¬
капливается воздух, теплоотдача ухудшается, давление растет,
массовая производительность эжектора с ростом давления вса¬
сывания увеличивается. Устанрвившийся режим наступит на
204
таком уровне давления в конденсаторе, когда производитель-
ность эжектора станет равной новому значению присосов
воздуха.
На рис. 4.9 показана качествен-
ная характеристика системы кон-
денсатор—эжектор в виде зависи-
мости давления в конденсаторе
от расхода пара в конденсатор
(расход и температура охлаждаю-
щей воды постоянны).
При присосе воздуха ,
когда давление всасывания эжек-
тора (линия 1, рис. 4.9) ниже дав-
ления в конденсаторе, вакуум сис-
темы определяется только конден-
сатором. При этом эжектор ухуд-
шает свой вакуум из-за отсоса лиш-
него пара.
При присосе воздуха з—
(ЛИНИЯ 2, рис. 4.9) характеристика конденсатора
до расхода пара вакуум системы определяется эжекторо-
м, который не в состоянии поддержать вакуум, определяемый
конденсатором.
Для углубления вакуума необходимо уменьшить присосы
воздуха либо подключить дополнительный эжектор (умень-
шив тем самым на него и соответственно уменьшив
давление всасывания). При расходе вакуум системы
будет определяться конденсатором.
На рис. 4.10 показаны характеристики водоструйного эжек-
тора на сухом воздухе и зависимость давления в конденсаторе
от расхода воздуха при работе с водоструйным эжектором. В
области малых расходов воздуха давление в конденсаторе прак-
тически не зависит от расхода воздуха, несмотря на понижение
давления всасывания в приемной камере эжектора. Это объ-
ясняется повышенным паровым сопротивлением конденсато-
ра и тракта отсоса паровоздушной смеси при резко увеличи-
вающемся количестве отсасываемого пара.
205
Рис. 4.9. Характеристика системы
конденсатор-эжектор:
1, 2— характеристика эжектора
при различных
При значительных присосах воз¬
духа давление в конденсаторе оп¬
ределяется работой эжектора, и ха¬
рактеристика конденсатора практи¬
чески совпадает с характеристикой
эжектора на сухом воздухе. При
увеличении расхода воздуха расход
отсасываемого из конденсатора пара
и объемный расход смеси умень¬
шаются, что влечет за собой умень¬
шение парового сопротивления
конденсатора и тракта отсоса сме¬
си. При больших расходах воздуха
эти сопротивления уменьшаются до
минимума, и характеристики эжек¬
тора и конденсатора практически
совпадают.
При выборе расчетной производительности эжектора необ¬
ходимо также учитывать характеристики конденсатора. Уг¬
лубление вакуума в конденсаторе (и связанный с ним прирост
мощности турбины) за счет увеличения производительности
эжектора необходимо сопоставлять с расходами пара на паро¬
струйный или воды на водоструйный эжектор.
В качестве основных эжекторов на отечественных турбоус-
тановках наибольшее распространение нашли пароструйные
эжекторы (см. Приложение 4).
Водоструйные эжекторы, получившие распространение в
20—30-е годы для паровых турбин небольшой мощности, а
затем замененные пароструйными эжекторами, снова нашли
применение в качестве основных эжекторов в блочных турбо-
установках на сверхкритические параметры пара ЛМЗ и в
качестве пусковых на турбоустановках К-300-240 ХТЗ.
Пароструйные эжекторы требуют автоматического регули¬
рования давления пара перед соплами эжектора. При пуске
турбины и сбросе нагрузки необходимо предусматривать ре¬
зервную линию питания эжектора дросселированным свежим
паром.
Использование деаэратора для питания эжектора упрощает
схему, но также требует резервной линии свежего дроссели¬
рованного пара и отпадает при бездеаэраторной схеме стан¬
ции.
206
Рис. 4.10. Зависимость давления в
конденсаторе 300 КЦС-1 и в при¬
емной камере эжектора ЭВ-4-1400
от расхода воздуха:
1 — давление в конденсаторе;
2 — характеристика двух работаю¬
щих эжекторов на сухом воздухе
При пусках блоков на скользящих параметрах подачу пара
к эжектору необходимо осуществлять от независимого источ¬
ника, что также усложняет схему.
Основными преимуществами водоструйного эжектора пе¬
ред пароструйным являются простота конструкции, отсутст¬
вие охладителей конденсата, возможность набора вакуума не¬
зависимо от параметров пара и его расхода на турбоустанов-
ку. При значительных присосах воздуха в вакуумную систему
водоструйные эжекторы более надежны, чем пароструйные,
поскольку в этих условиях водоструйный эжектор работает с
постоянным объемным расходом и имеет более пологую за¬
висимость давления всасывания от расхода воздуха в области
перегрузочных режимов, чем пароструйный эжектор, кото¬
рый в этой области резко уменьшает объемный расход.
При достаточно высоком объемном расходе водоструйного
эжектора и умеренных присосах воздуха в вакуумную часть
турбоустановки он способен создать более низкое давление в
своей приемной камере, чем пароструйный эжектор. При
этом в конденсаторе также создается более глубокое разреже¬
ние, хотя увеличение сопротивления тракта отсоса паровоз¬
душной смеси уменьшает этот эффект.
К недостаткам водоструйного эжектора следует отнести то,
что эжектор потребляет значительно больше воды, чем паро¬
струйный, потери конденсата, вследствие конденсации боль¬
шого количества пара, отсасываемого из конденсатора, тоже
больше, чем в пароструйном. Для работы водоструйного эжек¬
тора необходима установка подъемного насоса, что снижает
общую надежность турбоустановки. Имеются случаи интен¬
сивной коррозии сливной трубы, по которой перемещается
водовоздушная смесь.
Выбор типа эжектора осуществляется на основе технико-
экономического анализа и традиций, принятых на заводе,
проектирующем конденсационную установку. Исследование
рабочих процессов, выбор и расчет эжекторов на КТЗ наиболее
полно представлены в [75], ВТИ и ПО ЛМЗ — в [67].
4.2. Особенности и выбор конденсатных насосов
Конденсатные насосы предназначены для откачки из кон¬
денсатора и подачи в деаэратор конденсата отработавшего в
турбине пара, конденсата греющего пара теплообменных ап-
207
паратов системы регенеративного подогрева питательной воды,
химобессоленной воды и других потоков, поступающих В
конденсатор. Энергоблоки, оборудованные блочными обес¬
соливающими установками (БОУ), имеют двухступенчатую
систему откачки конденсата из конденсатора и подачи его в
деаэратор. Первую ступень составляют конденсатные насосы
обессоливающей установки, подающие конденсат из конден¬
сатора в БОУ. Конденсатные насосы второй ступени подают
конденсат через систему регенерации низкого давления в деаэ¬
ратор. В системах регенерации со смешивающими подогрева¬
телями насосы второй ступени откачивают конденсат из этих
подогревателей.
Особенность работы конденсатного насоса заключается в,
том, что насос откачивает жидкость, температура которой
близка к температуре насыщения. Это создает условия для
срыва работы насоса и возникновения кавитационных явле¬
ний.
Кавитация начинается при падении давления жидкости до
значения, равного или большего упругости ее насыщенного
пара, и сопровождается нарушением сплошности потока и
образованием пузырей или полостей (каверн), заполненных
паром. Работа насоса в условиях кавитации приводит к разру¬
шению как движущихся, так и неподвижных его частей.
Снижение абсолютного давления в проточной части насоса
до давления упругости пара перекачиваемой жидкости, при¬
водящее к кавитации, может быть вызвано уменьшением под¬
пора на всасе, снижением абсолютного давления в системе,
ростом температуры перекачиваемой жидкости.
Для предотвращения кавитационных явлений необходимо
обеспечить во всасывающей воронке насоса избыточное
давление сверх давления насыщенного пара, называемое ка-
витационным запасом (или минимальной величиной подпо¬
ра). Степень переохлаждения конденсата (см. §1.4) незначи¬
тельна, поэтому конденсатный насос должен располагаться
ниже уровня воды в конденсаторе и работать при минималь¬
но возможных подпорах. Снижение уровня в конденсаторе
приводит к уменьшению подпора и может привести к срыву
насоса, если подпор снизится ниже значения, соответствую¬
щего первому критическому режиму кавитации. Поэтому
должна обеспечиваться надежная работа регулятора уровня в
конденсаторе и регулирующего клапана на линии конденсатам
208
Изменить условия всасывания можно двумя способами: пер¬
вый — увеличением высоты подпорного столба жидкости на
вcace насоса; второй — переходом на пониженную частоту
вращения.
Первый способ связан с заглублением насосного агрегата
относительно уровня конденсата в конденсаторе, отметка ко¬
торого практически совпадает с уровнем земли. Поэтому тре¬
буется заглубление насосов и соответствующее увеличение
капитальных затрат по сооружению установки.
Выполнение второго способа приводит к увеличению , мас-
сы и габаритных размеров самого насоса и его электроприво¬
да. Минимальные значения кавитационного запаса вызывают
необходимость выполнения конденсатных насосов с низкими
частотами вращения (обычно 1000—1500 об/мин)
Условия работы конденсатных насосов в области глубокого
вакуума вызывают необходимость обеспечения высокой плот¬
ности уплотнений вала как при работе насоса, так и при
нахождении его в резерве. При работе в условиях, близких к
кавитационному срыву, возможно выделение воздуха из воды
и скопление его в области всасывания, что ведет к срыву
работы насоса. Для удаления выделившегося воздуха и отсоса
его при запуске насоса камеры всасывания снабжены отвода¬
ми в виде каналов в корпусе, соединяющих область всасыва¬
ния с вакуумным пространством конденсатора.
Применение в конденсатных насосах относительно низкой
частоты вращения, использование материалов, стойких к ка-
витационным разрушениям, установка для первой ступени
насоса рабочих колес специальной конструкции с высокой
всасывающей способностью приводят к тому, что они обла-
дают более низкой экономичностью, большей металлоемкос¬
тью и более высокой стоимостью по сравнению с другими
насосами на аналогичные подачи и напоры.
В турбоустановках необходимое количество конденсатных
насосов выбирают с резервом. Как правило, группа насосов,
перекачивающих основной конденсат, состоит из трех агрега¬
тов с подачей, равной 50—60% максимального расхода кон¬
денсата, а остальные группы конденсатных насосов — из двух
агрегатов со 100%-ной подачей каждый. Общую подачу опре¬
деляют по наибольшему пропуску пара в конденсатор с уче¬
том регенеративных отборов турбины. Конденсатные насосы
209
теплофикационных турбин выбираются по конденсационно¬
му режиму их работы с выключенными теплофикационными j
отборами для внешнего потребителя. ;
Давление насосов определяют с учетом давления и гидрав- :
лических сопротивлений в элементах оборудования и системе
трубопроводов. При включении в тракт конденсата установки
химического обессоливания насосы первого подъема (ступе¬
ни) выбирают с небольшим напором, а второго подъема — с
напором, необходимым для подачи конденсата через поверх¬
ностные регенеративные подогреватели низкого давления в
деаэратор питательной воды.
Для применения бездеаэраторных схем требуется некоторое
увеличение давления воды за последней ступенью конденсат-
ных насосов для создание необходимого кавитационного за¬
паса на всасе питательных насосов.
В качестве конденсатных насосов на электростанциях при¬
меняются центробежные насосы горизонтального и верти¬
кального типов.
Типоразмеры и основные параметры насосов представлены
в табл. 4.3 и Приложении 4, области работы насосов (поля
Q—H) приведены на рис. 4.11. Для расширения диапазона
экономичного использования насосов допускается изменение
подачи и напора насосов в пределах указанного поля за счет
обточки регулирующего колеса по наружному диаметру на
10% от первоначального его значения, при этом снижение
КПД от указанного в таблице не должно превышать 3%.
Рис. 4.11. Области работы конденсатных насосов (обозначения насосов см. табл. 4.3)
210