Бродов - КОНДЕНСАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ ПАРОВЫХ ТУРБИН. Энергетика и энергомашиностроение и специальности Турбостроение москва энергоатомиздат 1994 ббк 31. 363 Б
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
4.2. Особенности и выбор конденсатных насосов Конденсатные насосы предназначены для откачки из конденсатора и подачи в деаэратор конденсата отработавшего в турбине пара, конденсата греющего пара теплообменных аппаратов системы регенеративного подогрева питательной воды, химобессоленной воды и других потоков, поступающих В конденсатор. Энергоблоки, оборудованные блочными обессоливающими установками (БОУ), имеют двухступенчатую систему откачки конденсата из конденсатора и подачи его в деаэратор. Первую ступень составляют конденсатные насосы обессоливающей установки, подающие конденсат из конденсатора в БОУ. Конденсатные насосы второй ступени подают конденсат через систему регенерации низкого давления в деаэ¬ ратор. В системах регенерации со смешивающими подогревателями 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 явлений. 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 насосав условиях кавитации приводит к разрушению как движущихся, таки неподвижных его частей. Снижение абсолютного давления в проточной части насоса до давления упругости пара перекачиваемой жидкости, приводящее к кавитации, может быть вызвано уменьшением подпора 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 кавитационным запасом (или минимальной величиной подпора. Степень переохлаждения конденсата (см. §1.4) незначительна, поэтому конденсатный насос должен располагаться ниже уровня воды в конденсаторе и работать при минимально возможных подпорах. Снижение уровняв конденсаторе приводит к уменьшению подпора и может привести к срыву насоса, если подпор снизится ниже значения, соответствующего первому критическому режиму кавитации. Поэтому должна обеспечиваться надежная работа регулятора уровняв конденсаторе и регулирующего клапана на линии конденсатам 208 Изменить условия всасывания можно двумя способами первый увеличением высоты подпорного столба жидкости на в насоса второй — переходом на пониженную частоту вращения. Первый способ связан с заглублением насосного агрегата относительно уровня конденсата в конденсаторе, отметка которого практически совпадает с уровнем земли. Поэтому требуется заглубление насосов и соответствующее увеличение капитальных затрат по сооружению установки. Выполнение второго способа приводит к увеличению , массы и габаритных размеров самого насоса и его электропривода. 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 плотности уплотнений вала как при работе насоса, таки 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 отводами в виде каналов в корпусе, соединяющих область всасывания с вакуумным пространством конденсатора. Применение в конденсатных насосах относительно низкой частоты вращения, использование материалов, стойких к кавитационным разрушениям, установка для первой ступени насоса рабочих колес специальной конструкции с высокой всасывающей способностью приводят к тому, что они обладают более низкой экономичностью, большей металлоемкостью 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 агрегатов с подачей, равной 50—60% максимального расхода конденсата, а остальные группы конденсатных насосов — из двух агрегатов со ной подачей каждый. Общую подачу определяют по наибольшему пропуску пара в конденсатор с учетом регенеративных отборов турбины. Конденсатные насосы 209 теплофикационных турбин выбираются по конденсационному режиму их работы с выключенными теплофикационными j отборами для внешнего потребителя. ; Давление насосов определяют с учетом давления и гидравлических сопротивлений в элементах оборудования и системе трубопроводов. При включении в тракт конденсата установки химического обессоливания насосы первого подъема (ступени) выбирают с небольшим напором, а второго подъема — с напором, необходимым для подачи конденсата через поверхностные 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 запаса на всасе питательных насосов. В качестве конденсатных насосов на электростанциях применяются центробежные насосы горизонтального и вертикального 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 Таблица 4.3. Конденсатные насосы Приведем примеры условного обозначения насосов. Центробежный конденсатный насос горизонтального исполнения с подачей 50 мчи напором 55 м — насос Кс50-55 ГОСТ 6000-79); тоже, но вертикального исполнения с подачей 1000 мчи напором 95 м — насос КсВ 1000-95. Центробежный конденсатный насос в горизонтальном исполнении для АЭС с подачей 1500 мчи напором 240 м — КсА 1500-240 ГОСТ 24465-80) ив вертикальном исполнении с подачей 500 мчи напором 220 м — КсВА 500-220. При выборе конденсатных насосов следует помнить, что основным резервом повышения экономичности конденсат ных насосов является снижение неоправданно высокого напора. Ограниченная номенклатура выпускаемых насосов зачастую приводит к значительному завышению подачи напоров установленных насосов. Поскольку у конденсатных насосов нет экономичных средств регулирования, их характеристики должны выбираться с минимально необходимыми запасами. Запас на режим регулирования и на эксплуатационный износ рабочих органов достаточно принять равным 10% от максимального расхода. Запас по напору при этом будет зависеть от крутизны напорной характеристики. Насосы должны иметь непрерывно падающую напорную характеристику в интервале подач от 20% до номинальной. Наклон напорной характеристики составляет обычно 15-20%. 211 4.3. Особенности и выбор циркуляционных насосов Циркуляционные насосы предназначены для снабжения электростанции охлаждающей и технической водой. Удельный расход воды, циркулирующей в системе технического водоснабжения ТЭС, в среднем составляет 130 кг/(кВт*ч), на АЭС — 200 кг/(кВт • ч. Основная часть подаваемой воды направляется в конденсаторы турбина остальная часть используется на охлаждение масла, воздуха, водорода, в качестве рабочей среды в водоструйных эжекторах, подпитку теплосети, химводоочистку и другие нужды. Количество воды, подаваемой в конденсаторы, приведено в табл. 1.4. Производительность насосов выбирается по летнему режиму, когда при высокой температуре воды требуется ее наибольшее количество. При этом увеличение расхода охлаждающей воды в конденсаторы турбин в летнее, время допускается. не более чем на 10%, а снижение зимой — не более чем на 50% номинального расхода. Количество насосов определяется прежде всего принятой схемой водоснабжения В настоящее время применяются две основные схемы водоснабжения конденсаторов турбин блочная схема и схема водоснабжения с магистральными водоводами. Блочная схема водоснабжения применяется, как правило, для конденсационных ТЭС при прямоточном водоснабжении и при использовании в качестве охладителей воды водохра¬ нилищ-охладителей. Эта схема используется при незначительном удалении береговой насосной т главного корпуса электростанций, так как требует отдельных водоводов на каждую турбоустановку (два водовода на турбину. На конденсатор блока устанавливаются два циркуляционных насоса, каждый по своему водоводу наполовину конденсатора или, если турбоустановка имеет два конденсатора, на один из двух конденсаторов турбоустановки. Данная схема проста в эксплуатации, требует минимального количества запорной арматуры. Отсутствие возможности маневрирования и резервирования насосного оборудования предъявляет повышенные требования к надежности насосов, так как выход из строя одного из них приводит к снижению мощности энергоблока. В схеме с магистральными водоводами насосы на береговой насосной работают параллельно на два и более магистральных 212 водовода большого диаметра, по которым вода подается на все конденсаторы электростанции. К каждому магистральному водоводу подключается два-три насоса и более, работающих параллельно. Надежность снабжения конденсаторов охлаждающей водой обеспечивается подключением к каждому магистральному водоводу одной из половин конденсаторов турбин, установленных на ТЭС. Схема применяется при прямоточном водоснабжении, при оборотном водоснабжении с водохранилищами- охладителями или градирнями. В этом случае циркуляционные насосы укрупняют, принимая по одному на турбину. Схемы с магистральными водоводами позволяют регулировать расход охлаждающей воды отключением насосов, допускают резервирование насосов, что повышает надежность функционирования системы. Вследствие усложнения коммутаций, увеличения потерь напора на ТЭС и АЭС с крупным энергоблоками эти схемы применяются редко и наиболее распространены на ТЭЦ с турбинами малой и средней мощности. К циркуляционным насосам резерв не устанавливают. В зимнее время, когда при низкой температуре воды расход ее существенно снижается, часть насосов фактически является резервом. Общее давление, создаваемое насосом, определяется давлением, необходимым для подъема воды на геодезическую высоту, гидравлическим сопротивлением всасывающих и напорных водоводов с арматурой и самого конденсатора. В целях уменьшения капитальных вложений и эксплуатационных издержек наиболее рациональна одноступенчатая схема перекачки воды. Применение двухступенчатой схемы может быть, в частности, обусловлено ограничением давления на стенки конденсатора. Так, для электростанций с градирнями производительностью мчи более необходим напор 30—40 м, а значения давлений на корпусе водяных камер эксплуатируемых конденсаторов не превышают допустимых техническими условиями 100—200 кПа. Разрабатываемые конструкции конденсаторов с допустимым избыточным давлением в водяной камере до 350 кПа позволят отказаться от двухступенчатых схем. Для подачи охлаждающей воды в конденсаторы применяются центробежные горизонтальные (типа Д) и вертикальные типа В) насосы, а тдкже вертикальные осевые (ОПВ) и диагональные (ДИВ. Выбрр насоса определяется способом и схемой водоснабжения станции типом турбоустановки и характеристиками гидравлического тракта и насоса. Напорная характеристика центробежного насоса H — Q представляет собой плавно ниспадающую кривую (рис. 4.12); мощность, потребляемая насосным агрегатом, растет с увеличением подачи и имеет тенденцию к уменьшению в зоне крутого спада напорной характеристики (линия 2). КПД насоса достигает максимума при номинальной подаче, после чего происходит падение КПД (линия 3). Насос может забирать воду из- подуровня, расположенного ниже или выше его оси. Поскольку допускаемый подпор (линия 4) обычно указывается в виде абсолютного значения давления, то допускаемый кавитационный запас. > 0,1 МПа обозначает подпора МПа — , всасывание, причем допустимая высота всасывания равна Регулирование подачи центробежных насосов осуществляется дросселированием задвижкой на сливном водоводе (частота вращения электродвигателей у этих насосов постоянна. Циркуляционный насос подбирается таким образом, чтобы гидравлическая характеристика тракта (линия 5) и характеристика насоса пересекались в точке номинальной подачи насоса (точка А рис. 4.12), при которой КПД насоса максимален. Снижение напорной характеристики вследствие износа лопаток насоса практически не влияет на напор насоса. Причиной уменьшения подачи может быть изменение гидравлического сопротивления тракта или геодезического подъема. При повышении напора рабочая точка смещается по характеристике влево с соответствующим уменьшением подачи. Рис. 412. Характеристика центробежного циркуляционного насоса (обозначения см. в тексте) 214 Циркуляционные насосы центробежного типа не вызывают трудностей при включении и эксплуатации в случае параллельной работы на общий водовод. Пуск центробежного насоса производится на закрытую задвижку, после достижения насосом номинальной частоты вращения открывается напорная задвижка и насос включается в работу. Достоинства центробежных насосов заключаются в их высоких кавитационных качествах, надежности, отсутствии на характеристике насоса зоны неустойчивой работы и возможности пуска и остановки насоса на закрытую задвижку. Недостатком являются повышенные металлоемкость и радиальные габариты по сравнению с осевыми и диагональными насосами. Насосы центробежного типа вертикального исполнения типа В используются преимущественно в оборотных системах водоснабжения с охлаждением воды в градирнях. Горизонтальные центробежные насосы типа Д применяются на турбоустановках небольшой мощности. Характеристики этих насосов варьируются изготовлением их на различную частоту вращения при разных диаметрах рабочего колеса. Напорная характеристика осевого насоса представлена на рис. 4.13 (аналогичную характеристику имеют диагональные насосы. При фиксированном угле поворота лопастей и неизменной частоте вращения насоса характеристика имеет три участка рабочий (отрезок АВ), переходный (ВС) и нерабочий (СД). Если характеристика сети (линия 4) пересекает характеристику насосав пределах ее рабочего участка, насос работает устойчиво. Если точка пересечения оказывается на верхней точке рабочего участка (точка В система становится неустойчивой и насос скачкообразно переходит притом же напоре на нерабочий участок характеристики (в точку К резко уменьшая подачу. При этом появляются гидравлические удары, вибрация, кавитационные явления, что вызывает повреждение насоса. Зона неустойчивой работы составляет значительный диапазон подачи насосов (до 40—60% максимальной. Для надежной и экономичной эксплуатации насосов ограничивается рабочая зона режимов (на рисунке граница зоны показана жирной линией. На характеристику наносятся также линии допустимого кавитационного запаса (5) и линии постоянного КПД насоса 215 Рис. 4.13. Характеристика осевого циркуляционного насоса (обозначения см. в тексте) (2). Если на характеристике не приводят нерабочие участки, то жирной горизонтальной чертой (линия 5) задают линию максимально допустимого статического напора при заполненном напорном трубопроводе вовремя пуска насоса. Поворотно-лопастные насосы типов ОПВ и ДПВ имеют механизм для разворачивания от руки (на остановленном насосе) или при помощи электрического или гидравлического привода лопастей рабочего колеса (на работающем насосе) от минимального угла до максимального, что приводит к практически эквидистантному смещению рабочего участка (линия 2) напорной характеристики кверху. Поворотом рабочих лопастей можно достичь изменения подачи насоса от 100 до 70% максимального значения (на характеристике переход от точки М до точки N). Применение в этих насосных установках двухскоростных электродвигателей позволяет расширить диапазон регулирования. Особенности характеристик осевых насосов создают определенные затруднения при работе их на общую магистраль. 216 При параллельной работе осевых насосов увеличение гидравлического сопротивления сети может привести к тому, что один из параллельно включенных насосов, характеристика которого может отличаться от напорных характеристик даже "аналогичных насосов одного типа, перейдет на недопустимый режим работы, отвечающий нерабочей ветви характеристики. Оптимальным условием включения насосов типа ОПВ и ДПВ отвечает блочная система водоснабжения, когда один насос работает на свой конденсатор или на одну половину конденсатора. В этом случае исключается взаимное воздействие, насосов друг на друга. В отличие от центробежных насосов, у которых потребляемая мощность повышается с ростом подачи насосов, достигая наибольшего значения при максимальном расходе, у осевых и диагональных насосов потребляемая мощность растет с уменьшением расхода. Пуск осевых насосов должен проводиться с открытой задвижкой, причем давление в напорном водоводе должно быть нижеуказанного на характеристике допустимого статического напора. Припуске с закрытой напорной задвижкой происходит резкое увеличение напора, что может привести к поломке насоса или выходу из строя электродвигателя. Диагональные насосы типа ДПВ занимают по расположению лопастей рабочего колеса как бы промежуточное положение между центробежными осевым насосами, имеют более высокий напори применяются в основном на электростанциях с оборотной системой водоснабжения с градирнями, а также для турбоустановок с боковым расположением конденсаторов. В табл. 4.4 приведены основные технические характеристики применяемых циркуляционных насосов. 217 Таблица 4.4. Техническая характеристика циркуляционных насосов 21 8 Контрольные вопросы и задачи 1. Чему равно давление всасывания в камере смешения пароструйного и водоструйного эжекторов, если расход отсасываемого воздуха =0? 2. Каково назначение охладителей пароструйных эжекторов, обратных клапанов 3. Для чего основной пароструйный эжектор выполняется многоступенчатым 4. При каких условиях и почему водоструйный эжектор отсасывает из конденсатора большее количество пара вместе с воздухом, чем пароструйный 5. Какими критериями руководствуются при выборе расчетной производительности эжектора 6. Почему нельзя применять водоструйные эжекторы на одноконтурных АЭС 7. Назовите основные факторы, определяющие характеристику эжектора 8. Почему увеличение давления пара в конденсаторе влияет на производительность пароструйного эжектора 9. Почему характеристики пусковых пароструйных эжекторов не имеют перегрузочного участка 10. Какими факторами определяется рабочая производительность эжектора 11. Определите давление всасывания паровоздушного эжектора при отсосе паровоздушной смеси с температурой, равной 30 С, расходе отсасываемого воздуха 40 кг/ч, если =4 кПа, =115 кг/ч. , 12. Из каких соображений выбирается количество эжекторов на турбоустанов- ку 13. В чем состоят достоинства и недостатки паро- и водоструйных эжекторов 14. Каково назначение конденсатных и циркуляционных насосов 15. Как выбирается производительность конденсатных и циркуляционных насосов 16. Как выбирается количество циркуляционных и конденсатных насосов 17. Какое минимальное количество циркуляционных насосов устанавливается в схемах водоснабжения с магистральными водоводами |