Описание технологической схемы конденсационной установки турбоагрегата неблочной ТЭС

 

Несмотря на некоторые отличия отдельных схем конденсационных установок с водяным охлаждением для турбоагрегатов разных типов, можно выделить две схемы, имеющие ряд принципиальных отличий, каждая из которых является типовой.

Первая из них характерна для турбоагрегатов неблочной ТЭС, в которую входит следующий ряд элементов и систем:

- собственно конденсатор;

- система циркуляционного водоснабжения;

- система подпитки конденсатора;

- эжекторная установка;

- система контура циркуляции основного конденсата;

- система подачи пара и удаления протечек из концевых уплотнений турбины;

- устройство аварийного срыва вакуума в конденсаторе турбины.

Рассмотрим основные элементы и системы входящие в конденсационную установку (рис. 5.2.).

1. Собственно конденсатор. Современные паровые турбины работают с низким абсолютным давлением (глубоким разрежением) за последней ступенью. Это обусловлено тем, что понижение давления пара за последней ступенью приводит к повышению термического КПД турбинной установки. Разрежение за турбиной создается с по­мощью конденсатора - специально­го устройства присоединённого непосредственно к выхлопному патрубку цилиндра низкого давления, в котором соверша­ется процесс конденсации путем отнятия от отработавшего в турбине пара теплоты парооб­разования при постоянном давле­нии. Конденсаторы, в общем случае, имеют устройства для приема постоянного добавка обессоленной воды, пароводяной смеси из пускового расширителя дренажей турбины, пара, сбрасываемого из котла через БРОУ и пара сбрасываемого из горячих ниток промперегрева через пароохладители. Для охлаждения сбрасываемого пара из БРОУ в приёмных устройствах конденсатора предусматривается подвод конденсата от напорной линии конденсатных насосов.

Существуют два основных типа конденсаторов: смешивающие и по­верхностные.

В смеши­вающих струйных конденсаторах от­работавший пар турбины конденсируется на водяных пленках, образующихся при разбрызгивании воды промежуточного контура. Часть воды высокотемпературного контура (равная потоку турбинного конденсата) идет в конденсатный тракт ПТУ, в то время как большая ее часть перекачивается по трубопроводу в градирни, где вода охлаждается в водовоздушных теплообменниках. Вследствие прямого контакта охлаждаемой и охлаждающей сред в смешивающем конденсаторе достигается более высокий вакуум, чем в поверхностном при прочих равных условиях.

Рис. 5.2. Принципиальная технологическая схема конденсационной установки турбоагрегата неблочной ТЭС:

РДПУ – регулятор давления пара на концевые уплотнения цилиндров турбины; ЦЭН – циркуляционный электронасос; 1, 2 – напорный и сбросной магистральные водоводы; 3- воздушник для удаления воздуха из сливной водяной камеры конденсатора; КЭН - конденсатные электронасосы; АСВ – задвижка аварийного срыва вакуума; АД ХОВ - задвижка аварийного добавка химически обессоленой воды; ПЭ – пусковой эжектор; ОЭ - охладитель пара основных эжекторов; ОУ - охладитель пара поступающего с крайних камер концевых уплотнений ротора турбины; ПС – подогреватель сальниковый (подогреватель турбинного конденсата паром, поступающим от промежуточных камер концевых уплотнений ротора турбины); ПВС - паровоздушная смесь; РДТ - расширитель дренажей турбины; РУК - регуляторы уровня в конденсаторе; ПНД - регенеративный подогреватель низкого давления; БНТ - бак низких точек; Рец. в К-р - рециркуляция в конденсатор; КСН - коллектор паровых собственных нужд ТЭС.

При этом, температурный перепад при заданных условиях в градирне межу охлаждающей и охлаждаемой водой снижается не менее чем на 3°С. Смешивающий конденсатор по своей конструкции проще и дешевле, чем поверхностный, а затраты на техническое обслуживание значительно ниже.

В поверхност­ных конденсаторах пар кон­денсируется, соприкасаясь с поверх­ностью холодных латунных или нержавеющих трубок, по которым проходит охлаждающая (циркуляционная) вода. Для возможности обслуживания конденсатора (чистка, замена или заглушка охлаждающих трубок) при работающей турбине трубная система обычно выполняется двухпоточной, т.е. охлаждающая вода подаётся в конденсатор двумя независимыми потоками. При этом каждый поток может быть одноходовым, двух-, трёх- или четырёхходовым. В настоящее время конденсаторы ПТУ выполняются, как правило, двухпоточными одноходовыми (для турбин АЭС) и двухпоточными двухходовыми для турбин ТЭС. В конденсаторах теплофикационных турбин, как правило, устраивают отдельный встроенный пучок, который может использоваться для охлаждения: отработавшего в турбине пара (в этом случае он подключается к циркуляционной воде), или для предварительного подогрева сетевой, или исходной воды используемой в схеме подпитки основного цикла ТЭС или теплосети. Допускается также полное отключение встроенного пучка по воде.

В процессе работы трубная система поверхностного конденсатора загрязняется биологическими и минеральными отложениями, что ухудшает экономичность работы турбин. Периодически в зависимости от степени загрязнения и солевого состава воды производится очистка трубок конденсаторов механическим, физическим или химическим методом. Большинство современных конструкций конденсаторов позволяет производить механическую очистку части трубок без перерыва работы с отключением некоторых пучков. Широко применяются также системы очистки конденсаторов эластичными шариками из пористой резины, которые прогоняются по трубкам напором воды.

Давление в конденсаторах современных паровых турбин поддер­живается на уровне 0, 03—0, 05 кгс/см². Глубина вакуума (разрежения) в конденсаторе является одним из важнейших показателей качества работы конденсационной установки, так как ухудшение вакуума только на 1 % при номинальной нагрузке турбины вызыва­ет перерасход топлива на 1, 2—2%. Кроме того, недостаточный ва­куум ведет к ограничению располагаемой мощности турбины. Поэтому поддержанию вакуума в конденсаторе уделяется большое внимание.

К настоящему времени, несмотря на отмеченные выше преимущества смешивающих конденсаторов, в паротурбинных установках используются преимущественно конденсаторы поверхностного типа с водяным охлаждением.

2. Система циркуляционного водоснабжения - предназначена для подачи в конденсатор охлаждающей воды в регламентируемом диапазоне температур. Принимая во внимание то, что вода в систему технического водоснабжения ПТУ подаётся из системы циркуляционного водоснабжения и, исходя из условий обеспечения температурного режима работы в первую очередь систем масло-и газоохлаждения турбоагрегата, максимальная температура циркуляционной воды на входе в конденсатор не должна превышать 33^оС. Минимальная температура циркуляционной воды по условиям обеспечения надёжности работы прямоточных систем циркуляционного водоснабжения (исключения шуги и обмерзания входных окон водоприёмных устройств береговых насосных станций в зимнее время года) должна быть не ниже (3-5)^оС [5].

Системы циркуляционного водоснабжения подразделяют на оборотные, прямо­точные и комбинированные. При этом системы могут компоноваться по блочной схеме или с магистральными водоводами. Выбор источника и системы водоснабжения зависит от количества воды, потребляемой в различное время года, минимального расхода воды в реке в тот же период времени и её тем­пературы.

Оборотные системы циркуляционного водоснабжения чаще всего используются для турбоагрегатов теплоэлектроцентралей, в силу технических или экономических причин (дефицит воды в источнике водоснабжения; большое расстояние подачи воды или большая высота подъёма от источника водоснабжения). Данные системы включают напорные и сбросные индивидуальные (обеспечивающие непосредственное подключение конденсаторов турбин и охладительных систем к магистральным водоводам) и магистральные водоводы, охладительные системы (градирни, брызгальные бассейны, пруды - охладители), а также циркуляционные насосы, устанавливаемые на центральных насосных станциях и подающих воду в общий для всех турбоагрегатов напорный магистральный циркуляционный водовод. Из этого водовода охлаждающая вода распределяется по конденсаторам отдельных турбоагрегатов, откуда поступает в сбросной магистральный водовод и далее в соответствующие охладительные системы.

Преимущественное использование градирен на ТЭЦ заключается в их компактности и отсутствии необходимости расположения вблизи электростанции источника водоснабжения. В тоже время следует отметить, что в сравнении с другими охладительными системами градирни являются сложными и дорогостоящими сооружениями.

По способу перемещения воздуха градирни разделяются на башен­ные, вентиляторные и открытые. В башенных градирнях движение воздуха создаётся вытяжной башней, в вентиляторных – вентилятором, а в открытых – естественным движением воздуха (ветром).

В зависимости от конструкции охлаждающего устройства градирни подразделяются на испарительные «влажные» («мокрые») и «сухие» (радиаторные).

Процесс охлаждения воды в испарительных градирнях происходит за счет частичного испарения воды (выпара) и теплообмена с встречным потоком воздуха. Часть испаряемой воды в виде капель захватывается потоком пара и воздуха и выпадает вблизи градирни в виде осадков (капельного уноса). Потеря воды в системе циркуляционного водоснабжения восполняется за счет подпитки обычно пресной речной или озёрной водой.

При использовании испарительных градирен температура охлаждённой воды зависит от следующих факторов: от относительной влажности воздуха, температуры и скорости перемещения наружного воздуха, плотности орошения и перепада температур воды на входе и выходе из градирни.

Температура воды на выходе из испарительной градирни всегда выше температуры воздуха замеренной по смоченному термометру. При этом минимальная разница температур может составлять (8-10)^оС.

Температура воды на выходе из «сухих» (радиаторных) градирен всегда выше температуры воздуха замеренной по сухому термометру, а минимальная разница температур составляет 20^оС.

Испарительные градирни экономически более выгодны, но они оказывают вредное воздействие на окружающую среду.

«Сухие» градирни экологически практически безвредны, но проигрывают испарительным градирням в стоимости строительства.

3. Система подпитки конденсатора теплофикационной турбины используется для первоначального заполнения конденсатора на подготовительном этапе пуска турбины и при аварийном снижении уровня воды в конденсаторе или деаэраторе питательной воды при эксплуатации турбины в регулировочном диапазоне нагрузок. Обессоленная (очищенная) вода насосами бака запасного конденсата подаётся в общестанционный коллектор и далее через индивидуальные задвижки аварийного добавка в конденсатосборники конденсаторов турбин. При эксплуатации турбоагрегата в регулировочном диапазоне нагрузок подпитка цикла в схемах теплофикационных ТЭС, осуществляется не в конденсатор, а в линию основного конденсата турбоустановки в рассечку между подогревателями низкого давления либо непосредственно в деаэратор питательной воды (рис. 1.1.). Это обусловлено сравнительно большим, из-за невозврата конденсата пара отпускаемого внешним потребителям, расходом добавочной воды, требующей предварительной деаэрации. Деаэрация добавочной воды цикла осуществляется в деаэраторах атмосферного давления, реже – в вакуумных деаэраторах, что исключает ввод этого потока в конденсаторы турбин.

4. Эжекторная установка турбоагрегата неблочной ТЭС включает пароструйные основной и пусковой эжекторы, а также эжектор уплотнений. Рабочий пар на эжекторную установку может подаваться из коллектора собственных нужд давлением (10-13) кгс/см², или из парового уравнительного паропровода деаэраторов питательной воды с давлением 6 кгс/см².

Основной пароструйный эжектор обеспечивает заданное давление в конденсаторе турбины за счёт отсоса воздуха и неконденсирующихся газов (растворённого кислорода, свободной угольной кислоты), из выделенной зоны воздухоохладителя конденсатора, и конструктивно выполняется двух- или трехступенчатым. Все ступени встроены в, так называемый, охладитель эжекторов, трубная система которого включена в схему контура циркуляции основного конденсата турбины. Образующийся конденсат эжекторного пара и пара, частично захваченного эжекторами из конденсатора турбины, возвращается в пароводяной тракт электростанции, а неконденсирующиеся газы и воздух, выделенные из паровоздушной смеси удаляются через специальный патрубок в машинный зал.

Одноступенчатый пароструйный пусковой эжектор, производительность которого больше чем производительность основных эжекторов, используется в режимах пуска турбоагрегата для быстрого создания начального разрежения в конденсаторе или в аварийных ситуациях связанных с резким падением вакуума в конденсаторе турбины и невыясненных причинах этого падения. Выхлоп паровоздушной смеси с пускового эжектора, как правило, направляется в машинное отделение, что влечёт при длительной его работе к значительным потерям теплоносителя (пара) из пароводяного тракта электростанции.

Пароструйный эжектор уплотнений осуществляет отсос паровоздушной смеси и поддерживает давление на уровне ~ 0, 98 кгс/см² в крайних камерах концевых уплотнений цилиндров турбины и штоков стопорных и регулирующих клапанов исключая проскок уплотняющего пара в машинное отделение. В некоторых схемах при отсутствии эжектора уплотнений отсос пара из концевых уплотнений турбины осуществляется основными эжекторами. Конструктивно эжектор уплотнений выполняется одно- или двухступенчатым, все ступени встроены в охладитель пара уплотнений турбины, трубная система которого включена в схему контура циркуляции основного конденсата турбины после охладителей основных эжекторов. Образующийся конденсат эжекторного пара возвращается в конденсатор турбины, а воздух, выделенный из паровоздушной смеси удаляется через специальный патрубок в машинный зал.

5. Система контура циркуляции основного конденсата включает следующее оборудование (рис. 5.2.):

-конденсатосборник конденсатора;

- конденсатные насосы;

- охладители пара основных эжекторов (ОЭ);

- охладители пара с крайних камер концевых уплотнений ротора турбины (ОУ);

- подогреватель сальниковый (подогреватель турбинного конденсата паром от промежуточных камер концевых уплотнений турбины) (ПС);

- регулятор уровня воды в конденсаторе турбины (РУК);

- конденсатопровод рециркуляции от регулятора уровня до конденсатора.

Система предназначена для поддержания уровня конденсата в конденсатосборнике с помощью регулятора уровня в конденсаторе (РУК), а также для гарантированного обеспечения расхода охлаждающей воды (конденсата) через охладители основных эжекторов, охладитель концевых уплотнений и сальниковый подогреватель. При недостаточном расходе конденсата через указанные охладители нарушается нормальный режим работы пароструйных эжекторов, и эксплуатация турбоустановки становится неэффективной (ухудшение вакуума; пропаривание концевых уплотнений) или в целом становится невозможной. В данных схемах в качестве РУК используются, как правило, двухседельные регулирующие клапана которые при соответствующей настройке обеспечивают удержание заданного уровня в конденсаторе турбины и необходимый расход основного конденсата через охладители эжекторов при работе турбоагрегата, как в режимах пуска, так и при эксплуатации в регулировочном диапазоне нагрузок.

Сальниковый подогреватель (ПС) служит для использования теплоты пара, поступающего из промежуточной камеры переднего концевого уплотнения ЦВД турбины, на подогрев основного конденсата. В качестве сальникового подогревателя, как правило, применяется подогреватель низкого давления поверхностного типа. Конденсат греющего пара, уровень которого в корпусе сальникового подогревателя контролируется, сливается через гидрозатвор в конденсатор. В некоторых тепловых схемах турбоагрегатов сальниковый подогреватель, утилизирующий теплоту пара, поступающего из промежуточной камеры переднего концевого уплотнения ЦВД турбины, устанавливают после регулятора уровня воды в конденсаторе турбины или же за ПНД-1. Необходимость и место установки ПС в схеме основного конденсата определяется, в первую очередь, параметрами протечек пара (температура, расход) удаляемых из концевых уплотнений цилиндров турбины, которые зависят от выбранной схемы уплотнений (с вестовыми трубами или вакуумным отсосом; с самоуплотнением; с нормализованным температурным режимом) и типа уплотняющих элементов (гребешки; соты).

6. Система подачи пара и удаления протечек из концевых уплотнений турбины.

Работа концевых уплотнений турбины оказывает существенное влияние на надежность, экономичность и маневренность турбины. По данным ряда ТЭС на турбинах различной мощности (150 - 1200 МВт) в концевых уплотнениях ЦВД и ЦСД в процессе эксплуатации наблюдаются как выбивание пара, так и подсос воздуха в турбину через одни и те же уплотнения в зависимости от режима работы. Причем в некоторых случаях, ни автоматическое, ни ручное регулирование давления в коллекторе подачи пара на уплотнения должного эффекта не дает. Это приводит к обводнению масла или снижению экономичности работы турбоустановки из-за ухудшения вакуума.

Надлежащее функционирование концевых уплотнений осуществляется системой трубопроводов и регулирующей арматуры, обеспечивающей управление подводом уплотняющего пара, а также способом утилизации паровоздушной смеси и пара избыточного давления. Так общим для современных конструкций концевых уплотнений турбины является наличие в каждом уплотнении не менее трех лабиринтовых отсеков, в каждом из которых в зависимости от перепада давлений заключается от нескольких штук до нескольких десятков уплотнительных гребней, и соответствующего числа промежуточных камер. Из внешних (первых) камер уплотнения под небольшим разрежением производится отсос паровоздушной смеси. В соседние (вторые) камеры под небольшим избыточным давлением подводится уплотняющий пар. Уплотняющий пар с давлением (1, 2-1, 4) кгс/см² и температурой (130-150)^оС во время работы турбины подаётся через соответствующий регулятор давления пара из деаэратора или уравнительного паропровода деаэратора питательной воды, а при пусках турбины из общестанционного парового коллектора собственных нужд давлением (10-13) кгс/см². Для снижения термодинамических потерь в концевых уплотнениях цилиндров высокого и среднего давления предусматриваются промежуточные отсосы пара, направляемые в проточную часть турбины или в отборы, а в некоторых схемах на индивидуальные сальниковые подогреватели (ПС) устанавливаемые в схему регенерации низкого давления (рис. 2.4.). Во всех случаях, места утилизации этих отсосов и распределение числа уплотнительных гребней в отсеках устанавливаются расчетом теплового баланса.

Схему концевых уплотнений можно считать надёжной, если в ней при любом эксплуатационном режиме работы турбины, включая сброс нагрузки, не имеет места ни одно из следующих негативных явлений [6]:

- пропаривание в машинный зал;

- присосы в вакуумную систему воздуха, масла и масляных паров;

- резкие теплосмены в лабиринтных отсеках;

- попадание в лабиринты воды и переувлажнённого пара.

В настоящее время наиболее перспективным классом лабиринтовых уплотнений с точки зрения надежности и экономичности являются уплотнения сотовой конструкции, допускающие контакт (задевание) уплотняющих поверхностей (уплотняющего гребешка) без ущерба для работоспособности конструкции. Сотовыми называются уплотнения, имеющие на одной из поверхностей сотовую ”дорожку”, т.е. ряды перегородок, образующих по окружности массив односторонне замкнутых ячеек размером 0, 9х0, 9 мм. Изготавливаются они из жаростойкой хромоникелевой фольги толщиной 0, 05 мм из материала ХН78Т и припаиваются к вставкам – сотоблокам, из которых набирается кольцо для последующей установки в диафрагму или обойму.

Замена существующих уплотнений на уплотнения сотовой конструкции позволяет не только уменьшить в несколько раз радиальный зазор (от 1, 5 до 0, 5мм) с пропорциональным снижением утечек пара, но и довести его до нуля. Допускается даже врезание уплотняющего гребешка в соты, при этом сохраняется как сама форма гребешка, так и острая кромка. Данный факт очень важен, поскольку исследованиями установлено, что затупление гребешка снижает эффективность уплотнения на 50%. Следует добавить также, что внедрение сотовых уплотнений не требует коренного изменения конструкции и может быть произведено доработкой существующих турбин при очередном капитальном ремонте.

7. Устройство аварийного срыва вакуума в конденсаторе турбины.

Аварийный останов турбоагрегата может осуществляться двумя способами: с нормальным давлением отработавшего пара в конденсаторе и со срывом вакуума. Выбор способа останова осуществляет оперативный персонал после аварийного отключения турбины от действия автоматической системы защиты или от действия обслуживающего персонала при возникновении аварийной ситуации.

Вакуум срывается открытием задвижки аварийного срыва вакуума установленной на специальном патрубке, вмонтированном на трубопроводе отсоса паровоздушной смеси из конденсатора турбины, после штатного срабатывания исполнительных органов защиты и отключения ТГ от сети. При этом воздух засасывается в проточную часть турбины, сопротивление вращению ротора увеличивается, и время выбега снижается примерно наполовину.

⇐ Предыдущая20212223242526272829Следующая ⇒

Поделиться: