Воздушный насос как элемент конденсационной установки паровой турбины

Назначение воздушных насосов и их влияние на работу конденсационных установок

При работе турбины в паровое пространство конденсатора через неплотности вакуумной системы турбоагрегата проникает атмосферный воздух. Присутствие в паре воздуха ухудшает условия функционирования конденсатора и приводит к повышению давления (понижению вакуума), а следовательно, и к понижению экономичности работы турбоагрегата. Это вызвано тем, что присутствие неконденсирующихся газов снижает коэффициент теплопередачи и увеличивает соответственно температурный напор и температуру отработавшего пара. Кроме того, в паровом пространстве конденсатора могут образовываться застойные зоны с высоким содержанием воздуха в паре. При этом часть поверхности конденсатора фактически не участвует в теплообмене. Если бы поступающий вместе с паром воздух не удалялся, то, накапливаясь в конденсаторе, он настолько ухудшил бы условия теплопередачи, что поддержание требуемого вакуума в конденсаторе стало бы невозможным.

Для постоянного удаления из конденсатора воздуха приходится применять специальные воздушные насосы (эжекторы), которые сжимают отсасываемый из-под вакуума воздух до значения давления, немного превышающего барометрическое, и выбрасывают воздух наружу. В действительности воздушный насос отсасывает из конденсатора не только воздух, но и некоторое количество несконденсировавшегося пара. Поступающая к насосу паровоздушная смесь находится, как правило, в насыщенном состоянии, и содержание в ней пара зависит от парциального давления пара или температуры этой смеси.

Отсос воздуха при помощи воздушного насоса (эжектора) не устраняет полностью неблагоприятное влияние примеси воздуха в паре на теплопередачу в конденсаторе, а лишь ограничивает это влияние, предотвращая рост концентрации воздуха с течением времени. При больших присосах воздуха средний коэффициент теплопередачи конденсатора и поддерживаемый в нем вакуум оказываются при этом зависящими от характеристики воздушного насоса, представляющей собой зависимость давления всасывания насоса от расхода воздуха, который содержится в отсасываемой паровоздушной смеси, и от температуры смеси.

Чтобы паровоздушная смесь поступала из конденсатора в воздушный насос, давление всасывания на входе в эжектор (р_н) должно быть всегда ниже давления пара р_к на входе в конденсатор. Разность (р_к — р_п) определяет величину парового сопротивления конденсатора и трубопроводов паровоздушной смеси Ар и, следовательно,.

Давление всасывания эжектора р_н растет с увеличением расхода сухого воздуха, содержащегося в отсасываемой паровоздушной смеси, и с увеличением температуры смеси, определяющей содержание в ней водяного пара. С ростом же р_и растет и давление отработавшего пара р_к. При этом несколько понижается паровое сопротивление Ар ввиду снижения удельного объема паровоздушной смеси, но для современных конденсаторов Ар невелико и поэтому влияет на давление (вакуум) в конденсаторе относительно мало.

При установившихся параметрах функционирования конденсационной установки и определенном присосе воздуха в систему, состояние отсасываемой паровоздушной смеси зависит от условий теплопередачи в конденсаторе. Чем больше поверхность охлаждения конденсатора и чем выше коэффициент теплопередачи, зависящий от конструкции конденсатора и степени чистоты его поверхности охлаждения, тем ниже (при прочих равных условиях) температура отсасываемой смеси и меньше содержание в ней пара. При этом ниже также и давление всасывания воздушного насоса р_н.

Таким образом, функционирование конденсатора оказывает влияние на давление всасывания воздушного насоса />_м, а последнее влияет на давление в горловине конденсатора р_к.

Если в результате выключения одного из циркуляционных насосов и соответствующего уменьшения расхода (и скорости) охлаждающей воды условия теплопередачи в конденсаторе внезапно ухудшились, то это вызовет увеличение содержания пара в отсасываемой воздушным насосом смеси и рост значения ее температуры. Вследствие этого давление всасывания воздушного насоса р_н увеличится, что приведет к увеличению давления в горловине конденсатора р_к. Однако увеличение р_к и соответственно температуры отработавшего пара приведет к увеличению разности температур конденсирующегося пара и охлаждающей воды и вследствие этого к увеличению количества конденсирующегося пара в конденсаторе с соответствующим понижением содержания пара в отсасываемой воздушным насосом смеси и температуры последней. Давление всасывания эжектора р_ц и давление в конденсаторе р_к вследствие этого несколько понизятся. Новое установившееся состояние системы будет достигнуто, когда значения р_н и р_к будут удовлетворять равенству (1.1), отвечая в то же время характеристикам конденсатора и воздушного насоса.