ВОЗДУШНО-КОНДЕНСАЦИОННАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ ПРИ ПУСКАХ ПРИ МИНИМАЛЬНОМ РАСХОДЕ ПАРА И ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ ОХЛАЖДАЮЩЕГО ВОЗДУХА
AIR CONDENSING PLANT AND METHOD OF ITS OPERATION AT START-UP AT MINIMUM STEAM FLOW AND NEGATIVE COOLING AIR TEMPERATURES

Изобретение относится к области энергетики, в частности, к воздушно-конденсационным установкам паровых турбин, предназначено для конденсации пара и может использоваться в теплосиловых установках различной мощности энергетической, нефтяной, газовой и химической промышленности, а также на заводах по сжиганию твердых коммунальных отходов (мусора).
На многих типах промышленных объектов, таких, например, как электростанции, конденсация пара осуществляется как неотъемлемая часть замкнутого парового цикла.
Для конденсации пара, выходящего из паровой турбины, используются градирни как сухого, так и мокрого типа. Поскольку системы, использующие мокрый способ охлаждения, потребляют значительное количество охлаждающей воды, то системы, использующие сухой способ охлаждения, занимают все большую долю рынка, поскольку они позволяют экономит водные ресурсы. В частности, воздушные конденсаторы с принудительной подачей сухого воздуха, состоящие из множества теплообменников из оребренных трубок, известны достаточно давно. В отличие от систем, использующих мокрый способ охлаждения, отличающихся наличием вторичного контура водяного охлаждения, подобные системы являются системами «прямого» осушения, в которых пар непосредственно конденсируется на теплообменниках из оребренных трубок за счет воздушного охлаждения.
Несмотря на коммерческий успех, на протяжении многих лет, одним из недостатков конденсаторов с прямым воздушным охлаждением является расход электроэнергии для обеспечения работы вентиляторов, а также шум, создаваемый вентиляторами, который в большинстве случаев является нежелательным.
Другим недостатком систем является также более высокая инвестиционная стоимость по сравнению с «мокрыми» градирнями.
Применение воздушно-конденсационных установок для паротурбинных установок рассматривается в настоящее время в качестве обоснованной и перспективной альтернативы использования конденсаторов с водяным охлаждением. Однако при разработке и создании воздушно-конденсационных установок остается значительное количество требующих решения проблем, связанных с их эффективностью и надежностью работы. К таким проблемам относятся: неравномерность распределения тепловых потоков на поверхности конденсатора, замерзание основного конденсата в трубах с последующим их разрушением при отрицательных температурах наружного воздуха, загрязнение оребренных поверхностей труб и др.
Ввиду вышеизложенного, несмотря на то, что существующие системы охлаждения успешно зарекомендовали себя, существует потребность в других типах конденсаторов пара с воздушным охлаждением, позволяющих в отдельных случаях снизить уровень шума, себестоимость и/или энергопотребление, обеспечивая при этом такой же уровень безопасности, как и прежде.
Известна воздушно-конденсационная установка, содержащая поверхность теплообменника с вертикальными и наклонными теплообменными трубами, внутри которых происходит конденсация пара, коллектор подвода пара, размещенный под поверхностью теплообменника, патрубок слива конденсата, коллектор подвода пара имеет постоянный уклон в сторону патрубка для слива конденсата, который присоединен в нижней точке указанного коллектора (RU 2131104, F28B 1/06, опубликовано 27.05.1999).
Недостатком указанной установки является низкая эффективность ее работы.
Известна воздушно-конденсационная установка, содержащая поверхность теплообмена с конденсацией пара внутри труб, патрубок отвода пара, отсоса парогазовой смеси и промежуточный коллектор, при этом к промежуточному коллектору подведена линия с вентилем дополнительного подвода пара (RU 2116598, F28B 1/06, опубликовано 27.07.1998).
Недостатком является то, что запуск в работу такой установки при отрицательных температурах наружного воздуха сопряжен с рисками замерзания пара и образования льда в поверхностях теплообмена и линиях конденсата с последующим разрушением оборудования.
Известен комбинированный конденсатор с воздушным охлаждением, содержащий паровоздушный теплообменник, состоящий из оребренных снаружи труб, пригодный для частичной непосредственной конденсации среды в парообразном состоянии наружным воздухом, при этом в теплообменник проходит пар из верхней распределительной камеры и до нижней камеры, в которой собирается количество конденсата, соответствующее конденсированному пару, и пар, который еще не сконденсировался (патент РФ №2317500, МПК F28B 1/06, опубликовано 20.02.2008).
Недостатком такой конструкции является неравномерная конденсация пара и недостаточно высокая производительность установки.
Известен способ конденсации с воздушным охлаждением, характеризующийся тем, что используют трубчатый кожух с открытой верхней частью и открытой нижней частью для создания естественной циркуляции потока охлаждающего воздуха, используют кольцо из охлаждающих панелей, расположенных, в целом, вертикально и под углом друг к другу, при этом каждый пучок труб содержит основную конденсационную область и вторую конденсационную область (патент РФ №2515324, МПК F28B 1/06, опубликовано 10.05.2014).
Недостатком данного способа является то, что из-за локальных изменений в окружающем воздухе, в результате ветра или иных причин, системы охлаждения с естественной циркуляцией в отдельных случаях не способны обеспечивать бесперебойное охлаждение вторичного конденсатора, тогда как охлаждение отдельных секций основного конденсатора по-прежнему происходит. Это может приводить не только к скоплению инертных газов и снижению эффективности, но и также ускорять коррозию трубок и создавать опасность промерзания трубок при отрицательных температурах.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание воздушно-конденсационной установки и способа ее работы при пусках при минимальном расходе пара и отрицательных температурах охлаждающего воздуха, которая обеспечивает эффективное проведение процесса равномерного распределения тепловых потоков на поверхности конденсатора, а также надежную работу применяемого оборудования в холодный период года и исключение замерзания конденсата в воздушно-конденсационной установке при пуске и работе установки с минимальным расходом пара.
Поставленная задача решается за счет того, что в воздушно-конденсационной установке, включающей в себя основной паропровод, поверхности теплообмена, вентиляторную группу, металлоконструкции, линию удаления несконденсированных газов, устройство удаления несконденсированных газов, коллектор пара, коллектор конденсата, бак конденсата, дополнительную линию удаления несконденсированных газов, к основному паропроводу подключены линия прогрева с установленным на ней отсечным клапаном, и дополнительная линия удаления несконденсированных газов с установленным на ней отсечным клапаном.
Также поставленная задача решается за счет того, что в способе работы при пусках при минимальном расходе пара и отрицательных температурах охлаждающего воздуха, предусматривающем подачу влажного пара после паровой турбины на конденсаторную и дефлегматорную поверхности теплообмена, отвод тепла конденсации, охлаждение пара воздухом с последующей конденсацией, удаление несконденсированных газов, изменяется направление движения среды в поверхностях теплообмена по отношению к охлаждающему воздуху на линии прогрева и дополнительной линии удаления несконденсированных газов за счет открытия и закрытия клапанов при минимальном расходе пара равном 15%.
Использование таких решений позволит обеспечить равномерный прогрев коллектора пара, что позволит предотвратить возможность образования льда на поверхности теплообмена, коллекторе и трубах конденсата, и дальнейшее разрушение, связанное с таким заледенением.
Предлагаемое изобретение реализуется при помощи воздушно-конденсационной установки, показанной на фиг. 1-2.
На фиг. 1 представлена работа воздушно-конденсационной установки при положительных температурах наружного воздуха, который используется в качестве охлаждающей среды.
На фиг. 2 представлена работа воздушно-конденсационной установки при отрицательных температурах охлаждающего воздуха во время пуска установки и расходах пара равным 15%.
Воздушно-конденсационная установка включает основной паропровод 1, линию прогрева 2, конденсатную поверхность теплообмена 3, дефлегматорную поверхность теплообмена 4, вентиляторную группу 5, металлоконструкции 6, линии удаления несконденсированных газов 7, дополнительная линия удаления несконденсированных газов 8, клапан запорный на основной линии паропровода 9, клапан запорный 10 (отсечной клапан) на линии прогрева 2, клапан запорный 11 (отсечной клапан) на дополнительной линии удаления несконденсированных газов 8, устройство удаления несконденсированных газов 12, коллектор пара 13, коллектор конденсата 14, бак конденсата 15.
Воздушно-конденсационная установка работает следующим образом.
При положительных температурах наружного воздуха, который используется в качестве охлаждающей среды, влажный пар после паровой турбины по основному паропроводу 1 (Фиг. 1) через открытый клапан 9 поступает в коллектор пара 13 и затем в воздушно-конденсационную установку на конденсаторную поверхность теплообмена 3. Охлаждающий воздух поступает к поверхностям 3 и 4 под действием вентиляторной группы 5 и тем самым отводит тепло конденсации. Образовавшийся конденсат в результате конденсации большей части пара стекает под действием силы тяжести в коллектор конденсата 14, при этом образовавшиеся несконденсированные газы и оставшаяся часть пара поступают в дефлегматорную поверхность теплообмена 4, где происходит конденсация оставшейся части пара, а несконденсированные газы удалятся с помощью устройства удаления несконденсированных газов 12, при этом клапан запорный 11 на дополнительной линии удаления несконденсированных газов 8 находится в закрытом положении.
При отрицательных температурах охлаждающего воздуха во время пуска установки и расходах пара 15% в воздушно-конденсационной установке закрывается клапан запорный на основной линии паропровода 9 (Фиг. 2) и весь пар поступает через линию прогрева 2 в коллектор конденсата 14. Для обеспечения равномерного прогрева воздушно-конденсационной установки открывается клапан запорный 11 на линии дополнительного отвода несконденсированных газов 8 и поверхности теплообмена начинают работать в дефлегматорном режиме. При достижении температуры несконденсированных газов плюс 36°С и увеличения расхода пара выше 15% происходит переход работы воздушно-конденсационной установки в штатный режим путем последовательного открытия клапана 9 и закрытия клапанов 10 и 11.
Расход пара равный 15% от номинального был определен опытным путем и может уточняться при пусконаладочных работах.
Таким образом, обеспечивается равномерный прогрев коллектора пара, и исключается возможность образования льда на поверхности теплообмена, коллекторе и трубах конденсата, и дальнейшее разрушение, связанное с таким заледенением.