Регенеративная система

Большая часть современных паротурбинных установок электростанций работает по так называемому регенеративному циклу, то есть использованием теплоты пара, отбираемого в известном количестве из промежуточных ступеней турбины для подогрева питательной воды (конденсата), идущей в котлы; для этой цели обычно используется отработавший пар эжекторов, вспомогательных механизмов и т. п. Рассмотрим те преимущества, которые дает регенеративный цикл, и принципиальные схемы установок, работающих с регенерацией.

Известно, что из всего количества тепла, подводимого к конденсационной турбине, только 25-30% превращается в механическую работу; 60-70% уносится охлаждающей водой конденсатора, а около 5% возвращается в котел с идущим на его питанием конденсатом. Доказано путем довольно сложных расчетов, которые мы здесь приводить не будем, что, подогревая конденсат паром, отбираемым из бесконечно большого числа мест турбины, можно снизить расход тепла до теоретически возможного минимума. Очевидно, что практически осуществить такую систему не представляется возможным даже при конечном, но большом числе мест отбора, так как стоимость и сложность установки получаются неприемлемыми. Однако при правильном выборе мест отбора пара можно получить 5-8% (а в установках высокого давления и больше) экономии в расходе топлива при отборе пара из двух-пяти ступеней турбины; небольшие установки выполняют с отбором даже из одной только ступени, а в больших современных конденсационных турбинах высоких и сверхвысоких параметров пара делается 7-8 отборов.

Выгодность применения регенеративного цикла основана на том, что теплота отбираемого пара (количество которого составляет от 10 до 30% общего расхода пара) используется полностью, включая теплоту конденсации.

Отметим также, что применение отбора пара из промежуточных ступеней благоприятно отражается на некоторых узлах конструкции самой турбины. Действительно, в первую ступень турбины поступает большее, чем обычно, количество пара, часть его отбирается из промежуточных ступеней, и последняя ступень должна пропустить уменьшенное количество пара. Следовательно лопатки первых ступеней можно выполнять более высокими, а лопатки последних ступеней- менее высокими, чем, в турбинах, работающих без отбора пара; это дает возможность повысить к.п.д. и предельную мощность турбины для данного числа оборотов и увеличивает ее надежность в эксплуатации. В свою очередь конденсатор может быть выполнен меньших размеров. Кроме того, вместе с паром, отбираемым из части низкого давления, удаляется часть содержащейся в паре влаги, что способствует сохранности лопаток последних ступеней турбины.

Наивыгоднейшая конечная температура питательной воды зависит от способа использования теплоты отходящих газов в котельной установке; в некоторых установках питательная вода, проходя через экономайзеры, заимствует эту теплоту, в других же отходящими газами подогревается воздух, необходимый для сжигания топлива; наконец, возможно одновременное применение водяных и воздушных экономайзеров.

При наличии водяного экономайзера в установке температура воды должна быть такой, чтобы на поверхности экономайзера не происходило конденсации влаги, содержащейся в дымовых газах, что всегда связанно с разъеданием стенок экономайзера; для этого питательная вода должна быть предварительно подогрета не ниже чем до 50-70^о С, что можно осуществить, отбирая пар из одной ступени турбины.

При наличии развитых воздушных экономайзеров можно было бы подогревать питательную воды до температуры насыщенного пара, но практически по соображениям общей экономичности установки с учетом затраты металла ограничивают подогрев температурой 145-230^о С , что может быть достигнуто при отборе пара из трех-пяти ступеней турбины.

Теплообменные аппараты.

Смешивающие подогреватели применяют в стационарных установках пока только в виде деаэраторов, которые рассматриваются ниже.

Поверхностные подогреватели являются основным типом подогревателей регенеративной системы. Они устанавливаются между конденсатором и питательным баком или между питательным насосом и котлом. В первом случае подогреватель называется подогревателем низкого давления (ПНД), работает под напором конденсатного насоса и давление воды в нем не превышает 2,0-8,0 ата; во втором же случае подогреватель называется подогревателем высокого давления (ПВД), работает под напором питательного насоса и, следовательно, должен быть рассчитан на высокое давление, несколько большее, чем давление пара в котлах.

Разрез подогревателя низкого давления конструкции ЛМЗ приведен на (рис. 40).

ЛМЗ строит подогреватели вертикального типа с U-образными трубками; такая конструкция имеет от преимущество, что отсутствует нижняя трубная доска, благодаря чему подогреватель становится более надежным в эксплуатации с точки зрения плотности соединений.

Водяные камеры и коллекторы подогревателей низкого давления выполняются литыми из чугуна, а трубки из латуни или нержавеющей стали. Трубки развальцованы в трубной доске с обоих концов.

Поток пара направляется по извилистому пути перегородкам, закрепленными в каркасе, связывающие пуки трубок. Конденсат пара (дренаж) собирается в нижней части корпуса, откуда отводится в соответствии со схемой в предыдущий подогреватель, деаэратор или в главный конденсатопровод.

Для наблюдения за уровнем конденсата на корпусе подогревателя обычно устанавливаются водоуказательное стекло. При чрезмерном повышении уровня конденсата избыток его отводится через конденсационный горшок и трубопровод достаточного сечения в конденсатор или другой подогреватель.

Между подогревателями и турбиной на трубопроводах отбираемого пара устанавливаются обратные клапаны во избежание попадания в турбину воды при разрыве трубок подогревателей или обратного потока пара из подогревателей во время сброса нагрузки с турбины.

Подогреватель низкого давления современных крупных турбин иногда размещают на конденсаторе или в выхлопном патрубке турбины, что дает выигрыш места и позволяет уменьшить длину соединительных трубопроводов.

Пример конструкции подогревателя высокого давления приведен на (рис. 41), изображающем подогреватель ЛМЗ, рассчитанный на давление питательной воды 180 ата. В отличии от подогревателя низкого давления он не имеет трубной доски. Трубки 1 изогнуты в виде буквы W и концами вварены в сборные коллекторы 2, и которыми в свою очередь приварены патрубки 3 для подвода и отвода питательной воды. В корпусе подогревателя установлены поперечные перегородки 4, направляющие греющий пар по извилистому пути. Патрубки коллекторов верхними концами вварены в крышку подогревателя. Поэтому трубная система может быть извлечена из корпуса для осмотра только вместе с крышкой. В нижней части водоподогревателя установлены водоуказательное стекло и конденсатоотводчик с поплавковым регулятором уровня.

Подогреватель высокого давления ПВ-30 конструкции Калужского турбинного завода изображен на (рис. 42). Подогреватель состоит из корпуса 1 с опорными лапами 2, крышки 3 со стояком 4, змеевиков 5, образующих поверхность нагрева, и перегородок 6, организующих движение гредщего пара по винтовому пути сверху вниз. Подогреваемая вода входит через центральный канал стояка 4, опускается в распределительный коллектор 7 и попадает в девять спиральных змеевиков, навитых из стальных труб, по которым поднимается навстречу потоку греющего пара. Из верхнего коллектора 8 подогретая вода отводится через наружный кольцевой канал стояка 4 и патрубок 9.

Греющий пар поступает в корпус подогревателя по патрубку 10. Конденсат греющего пара отводится через штуцер 11. На крышке подогревателя установлен предохранительный клапан 12. Для наблюдения за уровнем конденсата имеется водоуказательное стекло 13.

Подогреватели высокого давления обычно снабжены клапанами, производящими отключение подогревателя от напорной магистрали в случае его переполнения конденсатом. На некоторых подогревателях отключающие клапаны устанавливаются непосредственно на крышке подогревателя; в более старых конструкциях они расположены в специальной коробке, устанавливаемой рядом с подогревателем. Схема такой коробки дана на (рис. 43). Клапанная коробка соединена трубопроводом с импульсным конденсационным горшком.

При нормальной работе подогревателя питательная вода поступает по трубопроводу 1, проходит через входной клапан 2 и трубопровод 3 в подогреватель, выходит из него по трубопроводу 4 и через клапан 5 поступает в трубопровод 6. При переполнении подогревателя конденсатом поплавок конденсационного горшка 7 поднимается и открывает выход конденсата в трубопровод 8 большого сечения. Одновременно подъем поплавка вызывает срабатывание клапана 9, в результате чего клапаны 2 и 5 автоматически закрываются, а питательная вода через обводный клапан, расположенный внутри коробки, поступает из трубопровода 1 непосредственно в трубопровод 6, минуя подогреватель.

У современных подогревателей в нижней части имеется сигнализатор уровня (см. деталь 14 на рис. 42), срабатывающий при аварийном повышении уровня конденсата в корпусе и подающий на пульт управления импульс на отключение подогревателя по воде и пару.

В Тепловую схему большинства современных установок входит также деаэратор, предназначенный для подогрева питательной воды, сопровождающегося удалением из нее воздуха и других газов, перед подачей ее на питание паровых котлов.

Деаэратор обычного типа состоит из аккумуляторного бака питательной воды, представляющего собой цилиндрический стальной резервуар большой емкости, и установленной на нем деаэрационной колонки (рис. 44). Подлежащую деаэрации питательную воду подводят к верхней части колонки, откуда она стекает вниз, проходя через ряд дырчатых тарелок, разбивающих поток воды на мелкие струи. Навстречу стекающей воде направлен поток греющего пара, подводимого к нижней части колонки и проходящего через распределитель 4, равномерно раздающий пар по всему объему колонки. Встречаясь со струями воды, пар нагревает ее, благодаря чему из воды выделяются растворенные в ней газы. Конденсат пара и деаэрированная вода стекают в расположенный под колонкой бак, а газы и остатки пара удаляются в атмосферу через патрубок в крыше колонки.

Постоянный уровень воды в аккумуляторном баке поддерживается поплавковым регулятором, воздействующим на подвод воды к колонке. Расход греющего пара регулируется автоматическим дроссельным клапаном.

Современные конденсаторы мощных турбинных установок настолько хорошо деаэрируют конденсат (содержание кислорода не выше 0,01 мг/л), что установка деаэраторов в этих случаях перестала быть обязательной.

 

Для того чтобы получить представление о том, что представляет собой современная турбинная установка, рассмотрим упрощенную принципиальную тепловую схему турбинной установки ВК_-50 ЛМЗ (рис. 47).

Эта турбина является однокорпусной конденсационной турбиной высокого давления и имеет пять отборов пара для подогрева питательной воды. На схеме (рис. 47) жирными сплошными линиями вычерчены паропроводы, тонкими сплошными линиями- трубопроводы главного потока конденсата, тонкими пунктирными линиями- трубопроводы дренажа.

Из схемы ясно, что получающийся в конденсаторе конденсат прогоняется конденсатным насосом вначале через холодильники эжектора, где подогревается отработавшим пром эжектора, затем он идет через поверхностный подогреватель низкого давления, где подогревается паром, взятым из последнего (пятого) отбора турбины, и, наконец, поступает в деаэратор атмосферного типа, где он подогревается паром из четвертого отбора турбины до температуры кипения и освобождается от воздуха. Из деаэратора конденсат (питательная вода) забирается питательным насосом и прогоняется через четыре последовательно включенных подогревателя высокого давления. В них конденсат постепенно обогревается паром из четвертого, третьего, второго и первого отборов до температуры 215^о С и поступает в котельную установку.

Лабиринтовый пар из переднего концевого уплотнения также используется для подогрева питательной воды; он поступает в паропроводы пятого и третьего отборов пара.

Дренаж (конденсат греющего пара) из подогревателя первого отбора сливается самотеком в подогреватель второго отбора, оттуда в подогреватель третьего отбора, а из него в деаэратор. Конденсат греющего пара из подогревателя четвертого отбора сливается в подогреватель пятого отбора, а из последнего перекачивается специальным перекачивающим насосом в деаэратор.

Наконец, в холодильниках трехступенчатого эжектора дренаж последовательно проходит из третьей ступени во вторую, из второй в первую, а из первой самотеком течет в конденсатор, откуда откачивается вместе с основным конденсатом турбины.

         Далее  ► ► ►                              Содержание                               Главная страница