Конденсационные установки. 
Паровые турбины

1. Назначение и принцип работы.

Совокупность конденсатора и обслуживающих его устройств называют.

конденсационной установкой.

Конденсационное устройство, предназначенное для двух основных целей:

• 1) конденсация пара, покидающего турбину, преобразование его в воду — конденсат поступающей в дальнейшем в котел (реактор);
• 2) установление и поддержание во время работы турбины глубокого разряжения (вакуума) за последней ступенью в выходном патрубке турбины.

Влияние Р_к на экономичность ТУ мы уже рассматривали.

Повышение Р_к на 1 кПа вызывает уменьшение КПД ТУ ТЭС в среднем на один процент, на ТУ насыщенного пара АЭС — на 1,5−2 процента. Расчетное Р_к большинства мощных ТЭС и АЭС составляет от 3,5−5,5 кПа.

Конденсация пара происходит при соприкосновении его с поверхностью, имеющей более низкую температуру, чем температура насыщения пара при данном давлении в конденсаторе. Процесс конденсации происходит вследствие отдачи охлаждающей среде теплоты конденсации пара, равной теплоте парообразования.

Чем ниже температура охлаждающей среды, тем при прочих равных условиях будет ниже температура конденсирующегося пара и его давления.

Охлаждающей средой могут быть вода или воздух. Воздушные конденсаторы в энергетике распространения не нашли. Используются водяные конденсаторы поверхностного типа.

• 1 — конденсатор;
• 2 — циркуляционный насос;
• 3 — конденсатный насос;
• 4 — воздухоотсасывающие устройства;
• 5 — бак сбора конденсата.

Пар, поступающий из турбины, конденсируется в конденсаторе. Подача охлаждающей воды в конденсатор осуществляется циркуляционным насосом. Конденсат собирается нижней части конденсатора (бак сбора конденсата) и конденсатным насосом подается в систему регенеративного подогрева питательной воды.

Для удаления воздуха, поступающего в турбину и конденсатор вместе с паром, а так же через не плотности фланцевых соединений и концевые уплотнения используется воздухоотсасывающие устройства — пароструйные (или водоструйные) эжекторы. Принцип работы которого основан на эжектирующем действии разогнанного до большой скорости пара (свежего или из деаэратора) отсасывающего из конденсатора воздух вместе с некоторым количеством пара. Теплота конденсации пара эжектора обычно используется в холодильнике эжектора — теплообменнике, через который проходит конденсат после конденсатного насоса.

Возникновение вакуума в конденсаторе обусловлено тем, что удельный объем воды (конденсата) много меньше удельного объема насыщенного пара. Чем сильнее будет охлажден пар в сосуде, тем больше образуется конденсата на дне его и тем более глубокий вакуум будет получен.

В современных ТУ конденсатор выполняет еще ряд функций, например: при пусках или резких изменениях нагрузки, когда котел или ПГ (реактора С) вырабатывают большее количество пара, чем требуется турбине, его направляют (после предварительного охлаждения) в конденсатор, не допуская потери пара путем его выброса в атмосферу. Для возможности принятия такого «сброса» пара конденсатор оборудуется специальным приёмно-сбросным устройством. Кроме того, в конденсатор обычно направляют конденсат из коллекторов дренажей паропроводов, уплотнений, и др. и вводят добавку химически очищенной воды для восполнения потерь конденсата в цикле.

2. Устройство поверхностного конденсатора.

• 1- корпус;
• 2- трубная доска;
• 3- конденсатные трубки;
• 4- приёмный патрубок;
• 5- конденсатосборник;
• 6- патрубок отсоса паровоздушной смеси;
• 7- воздухоохладитель;
• 8- паронаправляющий щит;
• 9,10- входной и выходной патрубки для воды;
• 11- паровое пространство;
• 12- перегородка.

Торцевые стороны конденсатора закрыты трубными досками, между которыми размещены конденсатные трубки, выходящие своими концами в водяные камеры. Камеры разделены перегородкой, которая делит все конденсатные трубки на две секции, образующие так называемые «ходы» воды (на схеме два хода). Вода поступает в нижнюю камеру, затем поднимается вверх и идёт обратным ходом в верхнюю камеру. Число ходов воды бывает от одного до четырёх.

Пар, поступающий из турбины, конденсируется на поверхности трубок с охлаждающей водой. Конденсат стекает вниз корпуса и собирается в конденсатосборнике.

Удаление воздуха (паровоздушной смеси) из конденсатора производится воздухоотсасывающим устройством через специальный патрубок- 6. в целях уменьшения объёма отсасываемой смеси её охлаждают в специальном объёме конденсатора — воздухоохладителе.

3. Рабочий процесс в конденсаторе.

В конденсатор поступает не чистый пар, а смесь содержащая воздух (и возможны другие газы), которые подсасываются из атмосферы и растворены в паре. В частности, в конденсаторы одноконтурных турбин АЭС, работающие радиоактивным паром, в результате радиолиза воды в реакторе, попадают водород и кислород.

Давление в конденсаторе складывается из парциальных давлений пара и воздуха, приблизительно следующим соотношением:

.

где Р_п— парциальное давление пара;

Рдавление поровоздушной смеси;

относительное содержание воздуха в паре.

Допустимое количество присосов воздуха в ТУ обычно много меньше 1% (например: для турбин 300 МВт, при номинальном режиме.

%).

Следует иметь в виду, что концентрация воздуха в конденсаторе увеличивается вследствие конденсации пара и на входе в эжектор доля воздуха в смеси может составлять .

Увеличение присосов воздуха в конденсатор не только увеличивает давление в нём, но и способствует переохлаждению конденсата, под которым понимают разность температуры конденсата t_н, соответствующей давлению p₂ в горловине конденсатора. Так как t_н определяется не давлением смеси р, а парциальным давлением пара р_п, которое меньше давления смеси, то и температура t_к меньше.

Вследствие переохлаждения температура конденсата в конденсатосборнике t_кн, поэтому деаэрация конденсата идёт вяло и кислород, захваченный падающими каплями, остаётя в конденсате, вызывая коррозию металла трубопроводов от конденсатора до деаэратора.

Кроме того, снижение температуры конденсата означает уменьшение энтальпии рабочего тела, поступающего в регенеративную систему, а это приводит к дополнительным затратам для получения номинальных параметров свежего пара.

Характеристика эжектора представляет собой семейство линий, выражающих зависимость между давлением в патрубке отсоса паровоздушной смеси р₂" и количеством отсасываемого воздуха G_в при определённой температуре отсасываемой смеси t_см. Пологий участок характеристики называется рабочим, а крутой — перегрузочным.

4. Конструкция трубного пучка.

Трубный пучок — совокупность трубок, на которых осуществляется конденсация пара — разбивают на две части: основной пучок и пучок воздухоохладителя.

Главной задачей основного пучка является обеспечение массовой конденсации пара при малом гидравлическом сопротивлении. Главной задачей воздухоотделителя является понижение температуры смеси, поступающей к эжектору. Трубный пучок воздухоотделителя может содержать до 30% всех трубок.

Пар, поступающий в конденсатор, сначала проходит через основной пучок, где происходит массовая конденсация и затем поступает в пучок воздухоотделителя.