реферат по приколу. Общие положения Назначение и классификация теплообменных аппаратов

• Название: Общие положения Назначение и классификация теплообменных аппаратов
• Анкор: реферат по приколу
• Дата: 18.10.2022
• Размер: 3.15 Mb.
• Имя файла: 1_1_NAZNAChENIE_I_KLASSIFIKATsIYa_TEPLOOBMENNYKh_APPARATOV (1).docx
• Тип: Глава; #739425

Глава 1. Общие положения

1.1. Назначение и классификация теплообменных аппаратов

Теплообменным аппаратом (теплообменником) называется устройство, в котором происходит передача теплоты от одной среды к другой. Среды, участвующие в теплообмене, называются теплоносителями. В качестве теплоносителей могут использоваться пары различных веществ, газы, жидкости и жидкие металлы. Теплоноситель, отдающий теплоту и имеющий более высокую температуру, называется первичным, а воспринимающий теплоту теплоноситель с более низкой температурой называется вторичным.

Передача теплоты может осуществляться при непосредственном контакте обоих теплоносителей, либо через твердую поверхность, разделяющую среды. По этому признаку теплообменные аппараты соответственно подразделяются на контактные и поверхностные. Контактные аппараты в свою очередь подразделяются на смешивающие, в которых теплообмен происходит при смешении обоих теплоносителей, и барботажные, где один из теплоносителей прокачивается через другой без смешения. В смешивающих аппаратах теплообмен происходит одновременно с массообменом. В поверхностных аппаратах процесс теплопередачи включает в себя теплоотдачу от первичного теплоносителя к поверхности теплообмена, перенос теплоты через поверхность и теплоотдачу от поверхности теплообмена к вторичному теплоносителю. Поверхностные аппараты подразделяются на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных аппаратах обе стороны поверхности теплообмена непрерывно омываются теплоносителями, и направление теплового потока в стенке поверхности теплообмена сохраняется неизменным. В регенеративных аппаратах поверхность теплообмена попеременно омывается то одним, то другим теплоносителем, так что направление теплового потока в стенках поверхности теплообмена периодически меняется [1].

По типу поверхности теплообмена различают аппараты трубчатые (кожухотрубные аппараты с гладкими, оребренными или профилированными трубками) и пластинчатые, в которых поверхность теплообмена образована плоскими или гофрированными листами. По пространственной ориентации поверхности теплообмена аппараты делятся на горизонтальные и вертикальные. Классифицировать аппараты можно и по роду протекающих через них теплоносителей на водоводяные, пароводяные, газовоздушные и др., а также и по признаку наличия или отсутствия изменения агрегатного состояния одного или обоих теплоносителей. По этому признаку можно выделить аппараты без изменения агрегатного состояния, а также с изменением агрегатного состояния теплоносителей — кипением или конденсацией. Другим принципом классификации теплообменных аппаратов является их функциональное назначение, по которому аппараты подразделяются на конденсаторы, подогреватели, охладители и т.д.

В состав энергетических установок входит ряд теплообменных аппаратов (теплообменников), являющихся их неотъемлемой частью. Эти аппараты по большей части являются поверхностными и рекуперативными по принципу действия, однако в схемах энергетических установок имеются также и аппараты смешивающего типа. Функционирование таких теплообменных аппаратов непосредственно связано с термодинамикой рабочего цикла паротурбинной или газотурбинной установки и обеспечивает необходимую эффективность и надежность ее работы [2–10]. К таким аппаратам относятся, например, конденсаторы, подогреватели системы регенерации и системы подогрева сетевой воды паротурбинных установок, а также воздухоподогреватели и воздухоохладители газотурбинных установок. Другие теплообменные аппараты, не будучи связаны непосредственно с термодинамическим циклом установки, необходимы для обеспечения работы вспомогательных систем (например, систем регулирования и смазки). Поверхностные аппараты паротурбинных установок (ПТУ) в качестве поверхности теплообмена имеют пучки трубок, как прямых, так и другой конфигурации — U- или П-образных. Теплообменные аппараты газотурбинных установок (ГТУ) выполняются как трубчатыми, так и пластинчатыми.

1.2. Принципиальные тепловые схемы турбоустановок

Принципиальная схема турбоустановки — это структурная схема расположения оборудования по тракту движения рабочего тела, характеризующая процессы преобразования и использования тепловой энергии, а также функциональную взаимосвязь основных элементов оборудования установки.

Наряду с основным элементом паротурбинной установки (ПТУ) — паровой турбиной, в нее входят также конденсационная установка, система регенеративного подогрева питательной воды, конденсатные и питательные насосы с приводными двигателями. Кроме того, в состав ПТУ входят и некоторые специальные установки, предназначенные, например, для отпуска теплоты в том или ином виде потребителям, а также системы смазки, регулирования и защиты.

Однотипное оборудование на принципиальных схемах указывается только один раз, независимо от числа параллельно включенных элементов (насосов, теплообменных аппаратов и др.). Трубопроводы также изображают одной линией, независимо от числа параллельных потоков. Арматуру, входящую в состав трубопроводов или установленную на самих агрегатах, на принципиальных схемах обычно не указывают.

На рис. 1.1 в качестве примера представлена принципиальная тепловая схема паротурбинной установки конденсационного типа [10].





Понижение параметров пара в проточной части паровой турбины обычно осуществляется до давления, величина которого значительно ниже барометрического, для чего необходимо обеспечить конденсацию отработавшего в турбине пара. Этой цели и служит конденсационная установка , которая кроме указанного назначения обеспечивает также получение чистого конденсата для питания парового котла (парогенератора), замыкая тем самым термодинамический цикл ПТУ.

Принципиальная схема конденсационной установки приводится на рис. 1.2. Пар, отработавший в турбине, направляется в конденсатор 1 , где происходит его конденсация путем отвода теплоты пара к охлаждающей воде, протекающей через трубки поверхности теплообмена под напором циркуляционного насоса 2. Образовавшийся конденсат стекает в конденсатосборник 3 , откуда откачивается конденсатным насосом 4 и подается в тракт основного конденсата. Поступающий из турбины в конденсатор пар всегда содержит воздух, попадающий в турбину через концевые уплотнения части низкого давления и различные неплотности. Отсос паровоздушной смеси из парового пространства конденсатора осуществляется воздушным насосом (эжектором) 5.



Рис. 1.2. Принципиальная схема конденсационной установки
1 – конденсатор, 2 – циркуляционный насос, 3 – конденсатосборник, 4 – конденсатный насос,

5 – воздушный насос (эжектор); А – подвод рабочего тела (пар или вода), 

Б – пар из турбины, В – отвод в систему регенерации
Перекачка рабочего тела (воды) от конденсатора в котел (парогенератор) производится конденсатными и питательными насосами; в ряде случаев устанавливаются сливные (дренажные) насосы для откачки конденсата после некоторых ПНД, а также после подогревателей сетевой воды. Часто устанавливают два или три конденсатных насоса — непосредственно после конденсатора перед охладителями эжекторов и системой конденсатоочистки и перед группой подогревателей низкого давления.

Понижение давления в конденсаторе при неизменных начальных параметрах пара увеличивает полезную работу и термический КПД цикла. Эффективная работа конденсатора непосредственно влияет на экономичность работы турбоустановки, таким образом, что при изменении давления в конденсаторе на 1 кПа мощность паротурбинных установок ТЭС изменяется примерно на 1 %, а для АЭС это изменение достигает 1,5–2,0 % [3, 4, 11].

Регенеративный подогрев основного конденсата и питательной воды (регенерация) является одним из важнейших методов повышения экономичности современных ТЭС. Регенеративный подогрев осуществляется паром, отработавшим в турбине. Греющий пар, совершив работу в турбине, конденсируется затем в подогревателях системы регенерации ПТУ. Выделенная этим паром теплота фазового перехода возвращается в цикл, т.е. как бы восстанавливается или регенерируется. В зависимости от начальных параметров пара и количества отборов пара на регенерацию относительное повышение КПД турбоустановки за счет регенерации составляет от 7 до 15 % [1–5]. (4-5) Регенерацию можно рассматривать как процесс комбинированной выработки энергии с внутренним потреблением теплоты пара, отбираемого из турбины.

Р
егенеративный подогрев воды снижает потерю теплоты с отработавшим паром в конденсаторе турбины.
Известно, что экономичность системы регенеративного подогрева питательной воды при использовании перегретого пара из отборов турбины, особенно при наличии промежуточного перегрева пара, можно повысить охлаждением греющего пара в охладителе пара (ОП) питательной водой (конденсатом). Благодаря этому уменьшается необратимость процесса теплообмена в подогревателях, увеличиваются расходы пара в отборы и растет КПД ПТУ в целом (до 0,5 %).

Пароохладители (ОП) классифицируют по конструктивному исполнению (встроенные в подогреватель и выносные) и по схемам их включения (см. ниже). Вода в охладитель пара обычно поступает непосредственно после подогревателя (зоны КП), использующего охлажденный пар этого же отбора. Дальнейший путь подогретой в охладителе пара (ОП) воды возможен по трем схемам.

В первой схеме вода направляется в линию питательной воды непосредственно за данным подогревателем (см. рис. 3.10). Через ОП пропускается только часть потока нагреваемой воды, остальная часть воды идет в обход через дроссельную шайбу.



Рис. 3.10. Схема включения ПВД со встроенными охладителями пара и дренажа при подключении охладителей пара по воде непосредственно за соответствующим подогревателем
К—котел, ПП—пароперегреватель, Г—генератор, П1, 2, 3—подогреватели, ПЭН—питательный насос

 

Вторая схема, называемая схемой Рикара-Некольного, фактически является схемой включения ОП параллельно основному потоку питательной воды, проходящему через соответствующие подогреватели (обычно—ПВД). Энергетическая эффективность этой схемы (см. рис. 3.11) обусловлена глубоким охлаждением пара и переносом воспринимаемой водой теплоты перегретого пара к более горячему потоку с прямой экономией топлива. Однако при такой схеме уменьшается расход питательной воды через следующие (по ходу воды) подогреватели и соответственно уменьшается расход отбираемого пара к этим подогревателям.

<

Рис. 3.11. Схема включения ПВД со встроенными охладителями пара и дренажа при включении охладителей пара по схеме Рикара-Некольного (параллельно основному потоку питательной воды). Усл. обознач. см.рис. 3.10

 

В третьей схеме включения, обычно называемой схемой Виолен ( рис. 3.12), применяются выносные ОП. Для охлаждения пара здесь используется поток питательной воды, прошедший через все ПВД. Глубина охлаждения пара из отборов турбины при такой схеме уменьшается, что несколько снижает энергетическую эффективность схемы, но это частично компенсируется полным пропуском всей питательной воды через подогреватели.



Рис. 3.12. Схема включения ПВД с выносными охладителями пара и со встроенными охладителями дренажа

Охладители пара включены в основной поток питательной воды за регенеративными подогревателями по схеме Виолен (усл. обознач. см.рис. 3.10)

 

Необходимо подчеркнуть, что для верхнего подогревателя (ПВД) включение ОП во всех трех схемах совпадает.

При разработке схемы включения аппаратов в систему регенеративного подогрева питательной воды необходимо организовать эффективную систему удаления воздуха из подогревателей. При работе турбины на номинальной нагрузке обычно ПНД-1 и ПНД-2 находятся под разрежением. При уменьшении мощности турбины количество ПНД, находящихся под разрежением, может увеличиться до трех. Необходимо помнить, что кроме ухудшения теплообмена в аппарате, попадание воздуха в основной тракт конденсата (питательной воды) интенсифицирует коррозию трубопроводов и трубных систем аппаратов. Паровоздушная смесь (ПВС), как правило, отсасывается из подогревателей по каскадной схеме со сбросом из ПНД-1 в конденсатор, а из первого ПВД—в деаэратор.

Подогреватели низкого давления поверхностного типа

Поверхностные подогреватели низкого давления—это аппараты камерного типа, вертикального исполнения, с трубной системой из гладких U-, П-образных или прямых трубок, концы которых развальцованы (или развальцованы и приварены) в трубных досках. Число ходов воды в трубной системе чаще 4, реже 2 или 6 .

Во всех регенеративных подогревателях поверхностного типа применяются трубки из медных сплавов или нержавеющей стали. Движение нагреваемой воды происходит внутри трубок, а греющего пара—в межтрубном пространстве.

На рис. 3.20 показан подогреватель ПН-400-26-7-II, основные конструктивные особенности которого сохраняются в подогревателях типов ПН-100-16-4-III, ПН-130-16-10-II, ПН-250-16-7-II, ПН-250-16-7-III, ПН-250-16-7-IV, ПН-400- 26-2-IV, ПН-400-26-8-V. Приводим перечень присоединений для подогревателей низкого давления.



Рис. 3.20. Подогреватель ПН-400-26-7-II
А—вход питательной воды (основного конденсата), Б—выход питательной воды (основного конденсата), В—вход греющего пара, Г—выход конденсата (дренажа), Д—подвод конденсата (дренажа), Ж—отвод парогазовой смеси, И—к указателю уровня,

Поверхность нагрева этого подогревателя включает 1452 U-образные трубки, концы которых закреплены в трубной доске, установленной между фланцами водяной камеры и корпуса. К водяной камере приварены патрубки подвода и отвода основного конденсата (А и Б). Внутри водяной камеры размещены анкерные болты для укрепления трубной доски и передачи части веса трубной системы на крышку корпуса. Там же устанавливаются перегородки для разделения потока воды на четыре хода.

Подвод греющего пара осуществляется через паровой патрубок В, против которого установлен отбойный щит, связанный с каркасом трубного пучка. Для улучшения условий передачи теплоты в корпусе установлены перегородки, обеспечивающие трехходовое поперечное движение пара. Отвод конденсата греющего пара Г производится из нижней части корпуса. Из зоны на уровне конденсата греющего пара через перфорированную полукольцевую трубу осуществляется отвод неконденсирующихся газов и воздуха Ж. Для контроля уровня конденсата и его регулирования в корпусе в нижней части аппарата, имеются штуцеры присоединения водомерного стекла и импульсных трубок регулятора. Обычно уровень конденсата в корпусе ПНД не превышает 1000 мм . К недостаткам конструкции этого подогревателя надо отнести возможность заливания конденсатом нижних рядов трубок и ввод конденсата греющего пара из вышестоящих подогревателей через перфорированную трубу под уровень конденсата, что затрудняет удаление из корпуса неконденсирующихся газов и вызывает колебание уровня воды в нем.

Подогреватели низкого давления смешивающего типа

Основное условие эффективной работы смешивающих подогревателей—обеспечение равномерного распределения в аппарате взаимодействующих фаз (пара и воды) либо путем дробления воды в паровом пространстве, либо путем ввода пара под слой воды. Равномерное распределение воды производится с помощью перфорированных тарелок (лотков), различных разбрызгивающих сопл, упорядоченной и неупорядоченной насадок и пр. Дробление воды может осуществляться как при использовании избыточного давления, так и при свободном сливе ее внутри аппарата. Для дробления можно использовать и энергию парового потока.

Так как температура воды на входе в подогреватели значительно ниже (иногда на 50―60°С) температуры насыщения греющего пара, в них, как правило, применяется распределение воды в паровом пространстве, а подвод пара под слой воды применяется только в отдельных случаях для ее догрева и деаэрации, причем разность температур насыщения греющего пара и воды на входе в аппарат в этом случае не должна превышать 5―7°С, так как при более высоких значениях этой разности конденсация пара сопровождается гидроударами, шумом и вибрацией [37]. На рис. 3.27 приведена конструктивная схема смешивающих подогревателей струйного типа, предназначенных для работы по гравитационной схеме на турбине К-300-240 ЛМЗ. Подогреватели имеют форму горизонтальных цилиндров с эллиптическими днищами. Внутри установлены в два яруса горизонтальные перфорированные лотки. Лотки верхнего яруса снабжены перепускными патрубками для сброса части воды на нижний ярус лотков при увеличении гидравлической нагрузки сверх 80―90 %. В ПНД-1 греющий пар подводится снизу через два патрубка, откуда он движется вверх навстречу воде к двухсекционному встроенному контактному охладителю выпара, пересекая струи конденсата в поперечном направлении. В верхней части подогревателя установлен встроенный контактный охладитель выпара. Нижний лоток составляет одно целое с направляющим коробом, обеспечивающим равномерный подвод пара к струям нижнего яруса. Лотки нижнего яруса имеют перегородки, которые разделяют их на два отсека, последовательно заполняемые водой по мере повышения гидравлической нагрузки. Контур перфорации каждого лотка представляет собой замкнутый прямоугольник. Над сливными трубами установлены влагоотбойные щитки, предохраняющие паровые патрубки от прямого попадания капельной влаги, выносимой из труб при сбросах нагрузки турбины. В ПНД-1 нет развитого конденсатосборника, так как уровень сливаемого конденсата находится в сливной трубе, благодаря чему достигается быстрое изменение уровня конденсата, компенсирующего изменение давления в ПНД-1 и ПНД-2, и обеспечивается нормальная работа турбины при резком изменении ее нагрузки. Все подводящие и отводящие


патрубки в ПНД-1 расположены в нижней части корпуса, а в ПНД-2—в верхней его части, что улучшает компоновку трубопроводов системы. В сливных штуцерах ПНД-1 установлены входные патрубки аварийного перелива, что исключает затопление подогревателя водой.

а — конструктивная схема ПНД-1б — конструктивная схема ПНД-2в — общий вид ПНД-21 — подвод пара2 — отвод паровоздушной смеси3 — подвод конденсата4 — отвод конденсата5 — аварийный слив конденсата6 — аварийный отвод конденсата на всас насоса7 — подвод конденсата из подогревателя более высокого давленияа — конструктивная схема ПНД-1б — конструктивная схема ПНД-2в — общий вид ПНД-21 — подвод пара2 — отвод паровоздушной смеси3 — подвод конденсата4 — отвод конденсата5 — аварийный слив конденсата6 — аварийный отвод конденсата на всас насоса7 — подвод конденсата из подогревателя более высокого давления

В ПНД-2 пар подводится к верхней части и проходит по расширяющемуся конусу под нижний лоток. Двигаясь снизу вверх, пар конденсируется на струях нижнего и верхнего ярусов, а выпар отводится через два штуцера в ПНД-1. Конденсат из ПНД-1 подводится к верхнему лотку ПНД-2 через два встроенных гидрозатвора, соединенных между собой двумя уравнительными трубами, к которым сверху прикреплена горизонтальная перегородка, отделяющая струйные отсеки подогревателя от его конденсатосборника. Нагретый в струйных отсеках конденсат сливается в конденсатосборник через 12 обратных клапанов, встроенных в перегородку. Конденсатосборник соединен с паровым пространством уравнительной трубой диаметром 300 мм . На перегородке установлен входной патрубок аварийного перелива из ПНД-2 в конденсатор, наклоненный над переливным штуцером для его защиты от прямого попадания струй нижнего отсека. В конденсатосборник ПНД-2 конденсат поступает в виде тонких пленок, что позволяет использовать пространство над уровнем воды в качестве дополнительного деаэрационного отсека. Наибольшая разность температур в отдельных узлах ПНД-1 составляет 25―30 °С, а в ПНД-2 достигает 40―45 °С. Поэтому крупные внутренние детали и узлы непосредственно к корпусу не привариваются, а устанавливаются на стальных направляющих, не препятствующих тепловому расширению этих деталей и узлов.



Рис. 3.28. Схема струйной ступени нагрева конденсата в смешивающем П1 турбины 300 МВт
А—отвод паровоздушной смеси, Б—подвод конденсата (показан условно), В—подвод греющего пара (показан условно), Г—отвод конденсата

 На рис. 3.28 схематично изображено поперечное сечение струйного отсека ПНД-1. Средний 2 и нижний 3 лотки имеют общий центральный канал, непосредственно связывающий каждый струйный отсек с первым 1 по ходу конденсата. Лотки установлены в корпусе таким образом, что по их внешнему периметру имеется пространство для одновременного подвода пара ко всем струйным пучкам, кроме верхнего, первого по ходу конденсата. Верхний пучок предназначен для конденсации пара, поступающего по центральному каналу после всех нижних струйных пучков.

Между боковыми бортами верхнего лотка и корпусом аппарата имеется канал для отвода паровоздушной смеси. Верхний лоток одновременно является приемной водяной камерой. Второй лоток полностью перекрывает аппарат в горизонтальной плоскости, разделяя его на зону отсоса паровоздушной смеси и зону подвода греющего пара. Нижний лоток делит струйный пучок после второго лотка на две части, что позволяет устранить слияние струйных пучков при их отклонении под воздействием парового потока. Кроме того, при таком ступенчатом сливе увеличивается общее время пребывания конденсата в паровом пространстве, что способствует более полному его нагреву. При одновременном поступлении пара ко всем струйным пучкам ниже второго лотка расход пара на каждый из этих пучков различен. На первом из этих пучков, как показывают расчеты [37], из-за большого температурного напора конденсируется до 70 % пара.

На рис. 3.29 изображены выполненные по проекту ВТИ вертикальные смешивающие ПНД-1 и ПНД-2, установленные вместо поверхностных на турбине 300 МВт Кармановской ГРЭС. В этих подогревателях теплообмен в зоне массовой конденсации осуществляется по принципу прямотока, а в зоне воздухоохладителя—противотока. Воздухоохладитель размещен в центральной части корпуса и выполнен в виде охватывающего водонапорный коллектор 3 открытого снизу стакана, в верхней части которого установлена перегородка с отверстиями, образующая со стенками стакана камеру, сообщающуюся с воздухоотсасывающими трубами. Напорный водяной коллектор в зоне воздухоохладителя имеет отверстия для дробления воды на струи. Вода собирается на горизонтальном перфорированном лотке, под которым установлен парораспределительный короб 10, к которому, в свою очередь, подводится пар из уплотнений турбины.



а — ПНД-1б — ПНД-21 — подвод пара из отбора турбины2 — отвод паровоздушной смеси3 — подвод основного конденсата4 — напорный коллектор5 — перегородка6 — водяной обратный клапан7 — аварийный перелив в конденсатор8 — отвод конденсата9 — подвод воды из обратного клапана10 — подвод пара из уплотнений турбины11 — паровой обратный клапан12 — слив из уплотнений питательных насосова — ПНД-1б — ПНД-21 — подвод пара из отбора турбины2 — отвод паровоздушной смеси3 — подвод основного конденсата4 — напорный коллектор5 — перегородка6 — водяной обратный клапан7 — аварийный перелив в конденсатор8 — отвод конденсата9 — подвод воды из обратного клапана10 — подвод пара из уплотнений турбины11 — паровой обратный клапан12 — слив из уплотнений питательных насосов

Смешивающий ПНД-1 выполнен в виде вертикального цилиндра диаметром 2,2 и высотой 8 м с напорным пленочным водораспределением. Паровоздушная смесь отводится каскадно в конденсатор. Нормальный объем запасенной воды в подогревателе составляет 5―6 м³. Для исключения выноса влаги из подогревателя в турбину в случае сброса нагрузки водяная емкость отделена от парового отсека перегородкой 5. В целях уменьшения объема воды на перегородке она выполнена в форме конуса, к которому снизу крепится клапанная коробка с обратными затворами 6. Для выравнивания давлений в паровом и водяном отсеках предусмотрены уравнительные трубы с суммарным эквивалентным диаметром 300 мм . В качестве дополнительной защитной меры против выноса пароводяной эмульсии при сбросе нагрузки на срезе паровой трубы внутри аппарата установлен облегченный обратный затвор 11 поворотного типа.

ПНД-2 имеет высоту 6 м и снабжен перегородкой с водяными обратными затворами 11. Применение перегородки позволило снять обратный затвор с паропровода отбора. Расположенный над перегородкой паровой отсек примерно в 2 раза больше водяного. От размещенного в паровом отсеке водонапорного коллектора 4 радиально расходятся перфорированные водораспределительные трубы диаметром 100 мм с приваренными к ним накладными вертикальными пластинами, предназначенными для образования пленок. Оси отверстий в водораспределительных трубах образуют с пластинами угол, равный 40―60°. Под водораспределительным блоком находится перфорированный лоток, образующий вторую безнапорную нагревательную ступень. К перегородке крепятся уравнительные трубы и входной патрубок аварийного перелива. Пар из отбора подводится в верхнюю часть подогревателя и движется вниз параллельно с водяными пленками, на которых он и конденсируется. Часть пара из зоны массовой конденсации вместе с воздухом поступает в воздухоохладитель и движется вверх навстречу струям воды, истекающим из отверстий в напорном коллекторе. В верхней части воздухоохладителя размещена камера отсоса, соединенная с ПНД-1. Нагретый конденсат из зоны массовой конденсации и воздухоохладителя попадает на перфорированный лоток, с которого в виде струй стекает на перегородку 5. Струи воды догреваются и деаэрируются паром, поступающим под лоток из уплотнений турбины. С перегородки нагретый конденсат поступает через кольцевой вертикальный канал к семи обратным затворам 6 диаметром по 210 мм и одному сниженному обратному затвору и сливается в водяной отсек.

Деаэратор и питательный насос делят схему регенеративного подогрева на две группы теплообменников: подогревателей высокого (ПВД) и низкого (ПНД) давлений. При наличии испарительной установки (для термического обессоливания добавочной воды) между ПНД включается конденсатор испарителя (КИ). К группе ПНД обычно условно относятся и вспомогательные подогреватели, использующие теплоту пара воздушных насосов (эжекторов) и уплотнений турбины. Нумерация подогревателей чаще всего осуществляется по ходу питательной воды, т.е. чем выше давление греющего пара, отбираемого в подогреватель, тем больше номер подогревателя, а нумерация отборов турбины осуществляется в обратном порядке, по ходу пара в турбине.

Деаэраторы

Основной функцией термических деаэраторов на ТЭС является удаление из воды растворенных агрессивных газов (кислорода и углекислоты). В зависимости от рабочего давления деаэраторы подразделяются [27, 34] на вакуумные (типа ДВ), работающие при давлении 0,0075―0,05 МПа, атмосферные (типа ДА), работающие при давлении 0,12 МПа, и повышенного давления (типа ДП) с рабочим давлением 0,6―0,7 МПа, реже 0,8―1,2 МПа.

Деаэраторы первых двух типов применяются на ТЭС для дегазации подпиточной воды теплосетей или воды в тракте химической водоподготовки. Наибольшее значение для работы электростанций имеют деаэраторы повышенного давления, входящие в состав тепловой схемы ПТУ и выполняющие три основные функции:

· деаэрации конденсата, поступающего из ПНД;

· повышения температуры конденсата до температуры насыщения, соответствующей давлению в деаэраторе;

· создания запаса питательной воды для котлов.

Первые две из перечисленных функций выполняет деаэрационная колонка, третью—аккумуляторный бак, на который устанавливается деаэрационная колонка.

По способу создания поверхности контакта фаз деаэрационные колонки подразделяются на струйные, пленочные и барботажные.

Струйные деаэраторы представляют собой аппараты, в которых вода системой дырчатых тарелок разделяется на струи, стекающие каскадами сверху вниз. Навстречу струям воды движется пар. Характер обтекания паром струй приближается к поперечному. К аппаратам этого типа относятся деаэраторы с деаэрационными колонками ДП-400 и ДП-800, установленные на энергоблоках 150, 200 и 500 МВт.

Н
а рис. 3.30 представлена конструкция струйной колонки ДП-800. В верхней части колонки находится смесительно-распределительное устройство 10, в которое введены патрубки основного и резервного конденсата 1 и 5, а также от уплотнений питательных насосов 2. Через горловину 12 вода сливается на струйные тарелки 11, расположенные в нижней части колонки; расстояние между тарелками 1200 мм . Через отверстия нижней тарелки вода струями сливается через горловину в бак-аккумулятор. Греющий пар и пар от штоков клапанов турбины поступают в колонку через коллекторы 7 и 8, которые расположены под нижней тарелкой. Омывая стекающие с тарелок струи, греющий пар частично конденсируется, а его меньшая часть вместе с газами удаляется через патрубок 13 в охладитель выпара. Конденсат ПВД подается в бак-аккумулятор.

В колонках пленочного типа разделение воды на пленки осуществляется с помощью различных насадок. Деаэрируемая вода в виде тонкой пленки стекает по поверхности насадки сверху вниз, а пар движется снизу вверх, т.е. имеет место противоток. В деаэраторах используются два типа насадок: упорядоченная и неупорядоченная.

Упорядоченную насадку выполняют из вертикальных, наклонных, зигзагообразных листов, а также из укладываемых правильными рядами колец, цилиндров или других элементов. Для более равномерного орошения вертикальных листов целесообразно предусматривать перераспределение воды по высоте насадки. Для этой цели листы собираются в укладываемые друг над другом пакеты, причем направление листов в двух смежных пакетах изменяется на 45―90°. Такую насадку часто называют хордовой. Если вертикальные листы по всей высоте насадки не меняют направление, то насадку называют плоскопараллельной.

Основное преимущество колонок с упорядоченной насадкой—возможность работы с высокими плотностями орошения, порядка 200―300 т/(м²⋅ч), при значительных подогревах деаэрируемой воды (20―30°С) и барометрическом (атмосферном) давлении. Такие колонки могут быть использованы для деаэрации неумягченной воды. Основной областью их применения является дегазация подпиточной воды тепловых сетей при необходимости получения в ней остаточного содержания кислорода не выше 50 мкг/кг. Для лучшего удаления кислорода требуется большая высота слоя насадки—2―3 м.

Деаэраторы этого типа могут применяться для деаэрации питательной воды котельных установок с давлением пара не выше 1,4 МПа (14 кгс/см²).

Неупорядоченная (или нерегулярная) насадка выполняется из небольших элементов той или иной формы, засыпаемых в аппарат без всякого порядка, что и определяет ее название. Элементы такой насадки могут иметь форму обычного кольца, кольца с продольными и спиральными перегородками, пропеллера, шара, седла, греческой буквы омега и др. При прочих равных условиях неупорядоченная насадка допускает меньшую предельную гидравлическую нагрузку, чем упорядоченная насадка или струйная колонка, но зато обеспечивает более высокий объемный коэффициент массоотдачи и соответственно меньшее остаточное содержание газов в воде.

Эффективной формой элемента для неупорядоченной насадки является омегаобразная форма с отверстиями. Ее удельная поверхность достигает 190―195 м²/м³. Допустимая плотность орошения такой насадки при подогреве воды на 40°С составляет 90―110 т/(м²⋅ч).

Колонки с неупорядоченными насадками, вплоть до колонок производительностью 500 т/ч, имеют заметное преимущество по высоте перед колонками струйного типа. При больших производительностях и необходимости сопряжения колонки с баком-аккумулятором это преимущество уменьшается. Так, при допускаемой плотности орошения 110 т/(м²⋅ч) диаметр колонки приближается к диаметру транспортабельного бака-аккумулятора. Вследствие этого для сопряжения такой колонки с баком приходится вводить переходный патрубок, который, в свою очередь, требует для колонок повышенного давления установки дополнительного нижнего днища. Возможна также установка на одном баке двух колонок меньшей производительности.
Система регенеративного подогрева питательной воды включает в себя тракт основного конденсата (от конденсатора до питательного насоса) и тракт питательной воды (от питательного насоса до котла). Конденсат рабочего пара турбин последовательно проходит, подогреваясь паром регенеративных отборов, от конденсатора до котла через охладители эжекторов , охладители пара уплотнений (сальниковые подогреватели), подогреватели низкого давления, деаэратор , где он освобождается от растворенных газов, и группу подогревателей высокого давления.

Классификация теплообменных аппаратов системы регенеративного подогрева питательной воды может производиться по различным признакам.

По давлению нагреваемой воды аппараты подразделяются следующим образом:

• 
  группа аппаратов низкого давления (подогреватели низкого давления  – ПНД, сальниковые подогреватели, охладители паровых эжекторов, деаэраторы), в которых нагреваемая вода находится под давлением, создаваемым конденсатными насосами (основной конденсат);
  
• 
  подогреватели высокого давления (ПВД), в которых нагреваемая вода находится под давлением, создаваемым питательными насосами (питательная вода).
  

По источнику греющего пара аппараты делятся на две группы — основные и вспомогательные. Основные аппараты, к которым относятся ПНД, ПВД и деаэраторы в схемах ряда турбоустановок, питаются паром только из регенеративных отборов турбины.

К вспомогательным теплообменникам относятся аппараты, питающиеся паром от разных других источников:

• 
  сальниковые подогреватели, получающие пар из уплотнений турбины;
  
• 
  охладители паровых эжекторов, получающие рабочий пар, например, с головок деаэратора, из РОУ, общестанционного коллектора и др.;
  
• 
  конденсаторы испарителей, получающие вторичный пар испарителей.
  

ПНД предназначены для регенеративного подогрева основного конденсата за счет теплоты пара отборов в части низкого давления турбин. Для группы аппаратов низкого давления (ПНД, СП и др.) допускаются максимальные рабочие давления: пара - до 0,88 МПа, основного конденсата — до 3,34 МПа.

ПВД предназначены для регенеративного подогрева питательной воды за счет теплоты пара из отборов турбины в части высокого и среднего давления. Максимальное давление пара в ПВД — 6,5 МПа, а питательной воды — до 37,3 МПа.

Сальниковые подогреватели и охладители эжекторов уплотнений турбины представляют собой теплообменники поверхностного типа, на наружной поверхности трубок которых происходит конденсация пара или паровоздушной смеси, поступающих из уплотнений турбины. По водяной стороне эти аппараты чаще всего включены в линию основного конденсата.

Пароструйные эжекторы используются в тепловой схеме ПТУ для удаления паровоздушной смеси из парового пространства конденсаторов и концевых уплотнений турбины, а также для создания сифона в циркуляционных водоводах конденсационной установки. Одноступенчатый эжектор не способен создать достаточно глубокий вакуум, поэтому необходимое разрежение достигается сочетанием последовательной работы двух или трех ступеней эжектора. Для того чтобы вторая и последующие ступени дополнительно не нагружались отработавшим в предыдущих ступенях паром, эжекторы оснащаются охладителями, количество которых соответствует числу ступеней сжатия. Охладители основных эжекторов и охладители эжекторов уплотнений служат для сохранения и конденсации отработавшего в эжекторах пара.

ПВД, сальниковые подогреватели и охладители эжекторов выполняются только поверхностными. ПНД могут быть как поверхностными, так и смешивающими.

Деаэрационные установки (ДУ) в системах регенеративного подогрева питательной воды ПТУ [3, 12] предназначены:

• 
  для максимально возможного удаления из питательной воды коррозионно-агрессивных газов, как находящихся в растворенном состоянии (O₂, CO₂ и др.), так и образующихся при термическом разложении бикарбонатов и карбонатов (NaHCO₃, NH₄HCO₃, Na₂CO₃ и др.);
  
• 
  создания рабочего резерва питательной воды в баках-аккумуляторах с целью компенсации небаланса между расходом питательной воды в котел и основного конденсата турбины с учетом добавочной воды;
  
• 
  подогрева питательной воды в регенеративной схеме турбоустановки.
  

Деаэратор представляет собой теплообменный аппарат смешивающего типа, в котором теплообмен осуществляется при непосредственном контакте основного конденсата с паром из отбора турбины. Основной подогрев воды и частичная ее дегазация осуществляются в пленочной или струйной ступени деаэратора паром из отбора турбины, а окончательный подогрев воды до температуры насыщения, глубокая и стабильная дегазация воды происходят в его барботажном устройстве. Скорость процесса удаления (десорбции) газов существенно зависит от площади поверхности контакта воды с паром, увеличение которой, как правило, достигается при помощи дробления (распыления) воды в виде струй или капель либо при ее стекании в виде тонкой пленки.

Подогреватели сетевой воды служат для подогрева паром из отборов турбин сетевой воды, используемой для отопления и горячего водоснабжения тепловых потребителей. Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии на ТЭС обеспечивает экономию топлива и, следовательно, более высокую экономичность по сравнению с раздельным производством электроэнергии на конденсационных электростанциях и теплоты в котельных. На ГРЭС подогреватели сетевой воды питаются паром из нерегулируемых отборов турбин конденсационного типа, а на ТЭЦ для этой цели используют регулируемые отборы теплофикационных турбин с давлением 0,05–0,25 МПа. Конденсат греющего пара возвращается в систему регенерации турбины, а нагреваемая сетевая вода циркулирует по замкнутому контуру: прямая сетевая вода — к потребителю, обратная — от потребителя к установке подогрева сетевой воды. Поскольку качество сетевой воды существенно хуже, чем качество конденсата греющего пара и нельзя допустить их смешения, подогреватели сетевой воды изготавливаются только поверхностными.

Установка подогрева сетевой воды ГРЭС обычно состоит из основного и пикового подогревателей. Основной подогреватель снабжается паром с давлением 0,05–0,15 МПа, пиковый — 0,4–0,8 МПа. Основной подогреватель используется в течение всего отопительного периода, а пиковый — только в наиболее холодное время.

На современных ТЭЦ применяется преимущественно многоступенчатый подогрев сетевой воды, поскольку он обеспечивает максимальную выработку электроэнергии на тепловом потреблении, высокую тепловую экономичность электростанции и возможность лучше регулировать работу теплофикационной установки. Предвключенной ступенью подогрева сетевой воды служит встроенный пучок конденсатора (специально выделенная для этой цели часть поверхности теплообмена). Далее сетевая вода поступает в нижний, а затем в верхний подогреватели сетевой воды, питающиеся паром двух соседних теплофикационных отборов. Давление в нижнем отборе может поддерживаться постоянным в диапазоне от 0,05 до 0,20 МПа, а в верхнем — от 0,06 до 0,25 МПа в зависимости от температурного графика теплосети [6, 7, 10].

На отопительных ТЭЦ и электростанциях, предназначенных для теплоснабжения городов, устанавливаются теплофикационные турбины с двумя теплофикационными отборами, один из которых (обычно верхний) является регулируемым.

На рис. 1.3 представлена тепловая схема паротурбинной установки с одной из наиболее распространенных теплофикационных турбин Т-110/120-130, имеющей установку подогрева сетевой воды, состоящую из двух горизонтальных подогревателей ПСГ-1 и ПСГ-2. Тепловая схема предусматривает подогрев питательной воды последовательно в охладителях основных эжекторов и эжекторов уплотнений, сальниковом подогревателе, четырех подогревателях низкого давления, деаэраторе и в трех подогревателях высокого давления.

Газотурбинные установки

Простейшая тепловая схема ГТУ включает в себя кроме собственно газовой турбины компрессор и камеру сгорания. Необходимый для эффективной работы ГТУ уровень параметров рабочего тела обеспечивают компрессор, повышающий давление рабочего тела, и камера сгорания, в которой температура его растет за счет химической энергии топлива.

О
бычно температура газа в конце процесса его расширения в турбине выше температуры воздуха после компрессора. Поэтому с целью повышения экономичности работы ГТУ целесообразно подогревать воздух перед его поступлением в камеру сгорания за счет теплоты уходящих газов, применяя тем самым принцип регенерации сбросной теплоты и сокращая расход топлива на подогрев газа в камере сгорания. Утилизация теплоты уходящих газов производится в специальном теплообменном аппарате поверхностного типа — регенераторе. Величина поверхности теплообмена регенератора определяет степень подогрева воздуха. Применение регенерации позволяет существенно повысить КПД ГТУ (с 22—23 до 30—32 %). Тепловая схема ГТУ с регенерацией приводится на рис. 1.4.

В
состав ГТУ [4, 8, 9] входит также и ряд других теплообменных аппаратов: подогреватели топливного газа, кондиционеры охлаждающего воздуха, утилизационные водоподогреватели и др.
Маслоохладители(обычно поверхностные аппараты трубчатого типа) предназначены для поддержания заданной температуры масла, циркулирующего в маслосистеме турбоустановки, без чего невозможна надежная эксплуатация ПТУ и ГТУ, а также приводимых ими устройств (генераторов или нагнетателей газа). В отличие от рассмотренных ранее аппаратов теплообмен в маслоохладителях происходит без фазовых превращений. В водяных маслоохладителях масло движется в межтрубном пространстве, а охлаждающая вода — внутри трубок. Маслоохладители должны быть герметичными по масляной и водяной сторонам, так как попадание воды в масло недопустимо по условиям работы подшипников турбомашин, а утечка масла во внешнюю среду через охлаждающую воду нежелательна по экологическим требованиям. Иногда в условиях дефицита охлаждающей воды маслоохладители выполняются с воздушным охлаждением.