КОНДЕНСАТОР ТЕПЛОФИКАЦИОННОЙ ПАРОВОЙ ТУРБОУСТАНОВКИ

Полезная модель относится к теплоэнергетике и может оыть использована в конденсаторах паровых турбин.
Известен близкий по совокупности признаков конденсатор, содержащий корпус с патрубком подвода пара и переходным патрубком с установленными внутри продольными и поперечными ребрами, образующими паровые каналы, трубный пучок, образующий паровой проход в нижнюю часть конденсатора, устройство ввода добавочной воды и конденсата рециркуляции, выполненное в виде коллекторов, установленных в переходном патрубке и снабженных трубопроводами с форсунками. Форсунки расположены как в паровых каналах, так и в зоне парового прохода над трубным пучком и направлены по ходу пара [1]. При этом конденсатор снабжен желобами для стока конденсата, установленными над трубным пучком ступенчато с перекрытием друг друга и наклоненными в сторону сборников конденсата, установленных под этими желобами, и обеспечивающими стекание конденсата в нижнюю часть конденсатора. Форсунки ориентированы для подачи добавочной воды по ходу пара.
Недостатком известного конденсатора является то, что устройство ввода водяного потока расположено в верхней части конденсатора и распыление влаги осуществляется во всем его верхнем пространстве. На теплофикационных или малопаровых режимах работы, наиболее характерных для теплофикационной паровой турбоустановки, отличающейся образованием вихревых потоков в конденсаторе и в патрубке подвода пара, происходит вынос эрозионно-опасной влаги к рабочим лопаткам последних ступеней турбины, что приводит к их преждевременному старению и разрушению. Кроме того, распыление воды над трубным пучком на этих режимах допускает попадание влаги на трубный пучок конденсатора, стекая вместе с основным конденсатом, она переохлаждается и насыщается коррозионно-опасными газами. Отсутствие подвода тепла в нижнюю часть конденсатора приводит к ухудшению регенерации конденсата под трубным пучком.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемой полезной модели по совокупности признаков является конденсатор, содержащий корпус с конденсатосборником, трубные пучки, образующие паровые проходы к днищу корпуса, устройства ввода водяных потоков, обеспечивающих подачу воды в виде развернутой поверхности, установленные в паровом пространстве нижней части конденсатора и выполненные в виде водораспределителей и ограждающих элементов, образующих выделенное пространство зоны подачи воды, снабженное окнами для выхода пара. [2]
Недостатком известного конденсатора является то, что в принятых в нем конструкциях водораспределителей для осуществления глубокой деаэрации необходим существенный на 6-8°C перегрев деаэрируемой воды относительно температуры насыщения при давлении в конденсаторе, что как правило приводит к дополнительным неоправданным потерям тепла в конденсаторе. Причем деаэрирующие свойства применяемых в данном устройстве водораспределителей существенно зависят от исходной концентрации трудно растворимых газов в воде.
Вышеперечисленные отрицательные технические эффекты приводят к ухудшению деаэрирующих свойств конденсатора, снижению экономичности и надежности турбоустановки в целом.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в том, что повышается эффективность деаэрации всех водяных потоков, сбрасываемых в конденсатор из систем подогрева питательной, сетевой и подпиточной воды, а также основного конденсата, стекающего с трубного пучка конденсатора в процессе устранения его переохлаждения, что повышает надежность и экономичность турбоустановки за счет того, что использование деаэрирующих устройств кавитационного типа в качестве устройств ввода водяных потоков различного газосодержания обеспечивает вскипание потоков непосредственно перед вводом в зону регенеративного подогрева за счет их разгона до скоростей, обеспечивающих снижение давления в потоке. При этом температура потоков на входе в деаэрирующее устройство может быть перегрета всего на 2-4°C относительно температуры насыщения при давлении в конденсаторе. Благодаря использованию соответствующих ограждающих элементов, расположенных в устройствах после зоны вскипания, на них создаются условия для разделения парогазовой и жидкой фаз, что существенно повышает эффективность деаэрации. Образующийся в устройстве выпар поступает в зону регенеративного подогрева конденсатора и устраняет переохлаждение конденсата стекающего с трубного пучка, выделившийся в процессе деаэрации воздух удаляется из конденсатора основными эжекторами турбоустановки, а деаэрированная вода поступает на днище конденсатора и далее в конденсатосборник
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает деаэрацию водяных потоков подаваемых на днище конденсатора практически с любой начальной концентрацией растворенных газов, при малых значениях перегрева подаваемой воды относительно температуры насыщения при давлении в конденсаторе, то есть повышает эффективность деаэрации водяных потоков, подаваемых в конденсатор, экономичность и надежность турбоустановки в целом.
Описание технического решения
Конденсатор теплофикационной паровой турбоустановки содержит корпус с конденсатосборником, трубные пучки, образующие паровые проходы к днищу корпуса, устройства ввода водяных потоков - деаэрируемой среды, обеспечивающие подачу воды в виде развернутой поверхности, установленные в паровом пространстве нижней части конденсатора и снабженные ограждающими элементами, образующими выделенное пространство зоны подачи воды. Упомянутые устройства ввода водяных потоков выполнены в виде деаэрирующих устройств кавитационного типа, установленных непосредственно перед вводом в зону регенеративного подогрева и обеспечивающих удаление агрессивных газов из водяных потоков, поступающих в конденсатор. При этом деаэрирующие устройства могут быть выполнены в виде:
а) горизонтальных коллекторов с внутренними перегородками и щелевыми сопловыми отверстиями, направленными на соединенный с коллекторами ограждающий элемент, выполненный в виде вогнутой поверхности.
б) цилиндрического корпуса с тангенциальными патрубками для подвода деаэрируемой среды, внутри корпуса установлена кольцевая перегородка, разделяющая корпус на входной и выходной отсеки, при этом ограждающим элементом является указанный цилиндрический корпус.
в) вихревого аппарата, установленного в патрубке подвода деаэрируемой среды, причем выходная часть патрубка одновременно является ограждающим элементом.
г) струйно-кавитирующего аппарата, установленного на патрубке подвода деаэрируемой среды, причем ограждающий элемент выполнен в виде цилиндрического насадка, присоединенного к выходной части указанного аппарата.
д) кавитационной мембраны, установленной на выходе патрубка подвода деаэрируемой среды, а ограждающий элемент выполнен в виде конической обечайки, присоединенной к кавитационной мембране.
На фиг.1 показан конденсатор паровой турбоустановки (общий вид);
На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;
На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1;
На фиг.4 - увеличенный элемент I на фиг 1;
На фиг.5 - увеличенный элемент II на фиг.1;
На фиг.6 - увеличенный элемент III на фиг.1.
Возможность осуществления полезной модели подтверждается описанием конкретного примера исполнения в статическом состоянии и в работе.
Конденсатор содержит корпус I с камерами 2 охлаждающей воды и конденсатосборник 3 для отвода конденсата. Трубные пучки 4 установлены в корпусе 1 с образованием паровых проходов В к днищу конденсатора. В нижней части паровых проходов В установлены устройства ввода водяных потоков (деаэрируемой среды), подаваемых в конденсатор из систем подогрева питательной, сетевой и подпиточной воды, выполненные в виде деаэрирующих устройств 5, 6, 7, 8, 9. Упомянутые деаэрирующие устройства снабжены трубопроводами 10 с установленными на них задвижками 11 подачи деаэрируемой воды и соответствующими ограждающими элементами 12, 13, 14, 15, 16. Взаиморасположение деаэрирующих устройств 5, 6, 7, 8, 9 и ограждающих элементов 12, 13, 14, 15, 16 обеспечивает создание выделенного пространства Г в зоне подачи воды. Конструктивно устройства 5, 6, 7, 8, 9 могут иметь различное исполнение.
На фиг.1 и фиг.2 (сечение А-А на фиг.1) показано деаэрирующее устройство 5 водяных потоков различного газосодержания, например конденсата рециркуляции основного конденсата и подпиточной химически обессоленной воды. Устройство 5 представляет собой установленные в зоне регенеративного подогрева конденсатора горизонтальные коллекторы 17. Коллекторы 17 снабжены щелевыми соплами 18, направленными на соединенные с коллектором 17 вогнутые поверхности ограждающего элемента 12, где происходит разделение парогазовой и водяной фаз. Для обеспечения эффективной работы при переменных расходах воды коллектор снабжен секционирующими перегородками 19.
На фиг.1 и фиг.3 (сечение Б-Б на фиг.1) показано деаэрирующее устройство 6, представляющее собой вертикально установленный цилиндрический корпус 13, являющийся одновременно ограждающим элементом. Внутри корпуса 13 установлена кольцевая перегородка 20 (подпорная шайба), обеспечивающая минимальную толщину вращающегося слоя, разделяющая корпус 13 на входной и выходной отсеки. К входной части корпуса 13 тангенциально присоединены трубопроводы 10 подачи де-аэрируемой воды, снабженные задвижками 11. На наружной поверхности корпуса 13 установлен коллектор 21 подачи деаэрирующей среды, соединенный с внутренней частью корпуса 13 через отверстия «а». Деаэрирующая среда подается по трубопроводу 22.
На фиг.1 и фиг.4 (увеличенный элемент I на фиг.1) показано деаэрирующее устройство 7, выполненное в виде вихревого аппарата, в котором для деаэрации как и в предыдущем случае используется центробежный эффект закрученного потока в трубе. Устройство 7 состоит из цилиндрического патрубка 14 (одновременно выполняющего функцию ограждающего элемента), в котором установлен завихритель 23. Подвод деаэрируемой воды к патрубку 14 осуществляется по трубопроводу 10.
На фиг.1 и фиг.5 (увеличенный элемент II на фиг.1) показано струйно-кавитирующее деаэрирующее устройство 8, установленное на патрубке 24 трубопровода 10 и выполненное в виде последовательно соединенных сужающегося 25, прямого 26 и расширяющегося 27 патрубков, представляющих собой сверхзвуковое сопло. К патрубку 27 присоединен защитный насадок 15, одновременно выполняющий функцию ограждающего элемента. Подвод деаэрируемой воды осуществляется по трубопроводу 10.
На фиг.1 и фиг.6 (увеличенный элемент III на фиг.1) показано струйно-кавитирующее деаэрирующее устройство 9, основным элементом которого является кавитационная решетка (мембрана) 28, представляющая собой пластину с профилированными отверстиями 29, обеспечивающими кавитацию поступающего в конденсатор потока. Мембрана 28 закреплена в патрубке 30, в который по трубопроводу 10 подается деаэрируемая вода. Ограждающий элемент выполнен в виде конической обечайки 16, присоединенной к кавитационной мембране 28.
Конденсатор работает следующим образом.
Перегретые относительно температуры насыщения при давлении в конденсаторе водяные потоки (деаэрируемя среда): конденсат греющего пара из подогревателей низкого давления, конденсат рециркуляции основного конденсата и подпиточная химически обессоленная вода, конденсат пара из промежуточных камер уплотнений цилиндров и конденсат греющего пара подогревателя сырой воды (и другие постоянно действующие дренажи турбоустановки) подаются в корпус 1 конденсатора по трубопроводам 10 через деаэрирующие устройства ввода 5, 6, 7, 8, 9 путем открытия задвижек 11.
Упомянутые устройства обеспечивают вскипание потоков непосредственно перед вводом в зону регенеративного подогрева за счет их разгона до скоростей, обеспечивающих снижение давления в потоке. При этом вода на входе в деаэрирующее устройство может быть перегрета всего на 2-4°C относительно температуры насыщения при давлении в конденсаторе. Благодаря наличию соответствующих ограждающих элементов 12, 13, 14, 15, 16, расположенных в деаэрирующих устройствах 5, 6, 7, 8, 9 после зоны вскипания, создаются условия для разделения парогазовой и жидкой фаз, что существенно повышает эффективность деаэрации. Образующийся в устройствах 5, 6, 7, 8, 9 выпар поступает в зону регенеративного подогрева конденсатора и устраняет переохлаждение конденсата стекающего с трубных пучков 4, а деаэрированная вода поступает на днище конденсатора и далее в конденсатосборник 3.
Деаэрирующее устройство 5 работает следующим образом. Перегретая относительно температуры насыщения при давлении в конденсаторе деаэрируемая вода по трубопроводам 10 через открытые задвижки 11 подается в горизонтальные коллекторы 17 и далее в щелевые сопла 18, где происходит ее вскипание и выделение растворенных газов в виде пароводяных пузырьков. Образовавшийся двухфазный поток поступает на вогнутые поверхности ограждающего элемента 12, где происходит разделение парогазовой и водяной фаз. Выпар удаляется в паровое пространство «в» конденсатора 1, а деаэрированная вода в виде пленки сливается на днище конденсатора. Наличие секционирующей перегородки 19 обеспечивает работу устройства на переменных режимах работы турбоустановки. Например, при снижении расхода охлаждающей воды закрывают одну из задвижек 11, установленных на трубопроводе 10 подачи воды в устройство 5, обеспечивая, тем самым, подачу воды только в одну секцию. Такая подача обеспечивает необходимый для вскипания воды перепад давлений на щелевых соплах 18 и ее эффективную деаэрацию. Подобные устройства используется в щелевых деаэраторах фирмы «Кварк»[3].
Деаэрирующее устройство 6 работает следующим образом.
Деаэрируемая вода через открытые задвижки 11 подается внутрь корпуса 13 по тангенциальным трубопроводам 10, приобретает вращательное движение с вертикальной границей раздела жидкой и паровой сред (вертикальный уровень). Минимальная толщина вращающегося слоя воды определяется диаметром отверстия шайбы 20. Поскольку деаэрируемая вода предварительно нагрета до температуры несколько выше температуры насыщения, соответствующей давлению в конденсаторе, то устройство работает на «начальном эффекте». Вращающийся поток воды, двигаясь от периферии к центру, теряет давление, при этом увеличивается его скорость. Вода вскипает вблизи границы раздела сред и на самой границе, выделяя выпар, который вместе с агрессивными газами удаляется в паровое пространство «в» конденсатора 1. Для дополнительной интенсификации процесса деаэрации в устройстве может быть использована подача деаэрирующей среды (перегретая вода, пар) по трубопроводу 22 путем открытия задвижки 11 в вертикальный слой через отверстия «а» из коллектора 21. Описанный принцип работы используется в настоящее время в центробежно-вихревых деаэраторах [4, 5].
Деаэрирующее устройство 7 работает следующим образом. Деаэрируемый поток по трубопроводу 10 через открытую задвижку 11 подается внутрь патрубка 14, где закручивается в завихрителе 23. При прохождении деаэрируемой воды через завихритель 23 скорость потока значительно возрастает и, соответственно, падает давление, в потоке возникает местное кипение жидкости, сопровождающееся образованием парогазовых пузырьков. За завихрителем 23 в центре патрубка 14 образуется парогазовая полость, непосредственно сообщающаяся с паровым пространством конденсатора, что способствует удалению выделившихся газов. Далее пароводяная смесь с периферии патрубка 14 попадает в паровое пространство «в» на днище корпуса 1, где происходит дальнейшее удаление содержащихся в смеси пузырьков. Подобным эффектом, применяемым в настоящее время на практике, является центробежный эффект закрученного потока в трубе [6].
Деаэрирующее устройство 8 работает следующим образом. Деаэрируемая вода подается по трубопроводу 10 через открытую задвижку 11 и патрубок 24 в устройство 8, где часть ее на участках 25 и 26 превращается в пар за счет расширения пароводяной смеси, а на участке 27 поток разгоняется, и со сверхзвуковой скоростью выбрасывается в паровое пространство под трубные пучки 4 конденсатора. В процессе разгона вода дробится на капли, что увеличивает поверхность теплообмена, турбулентность фаз, и тем самым ускоряет десорбцию газов из воды. При этом насадок 15 (ограждающий элемент) предотвращает вынос влаги на трубные пучки 4 и тем самым повторное ее заражение агрессивными газами. [7, 8]
Деаэрирующее устройство 9 работает следующим образом. Перегретая вода при открытии задвижки 11 подается по трубопроводу 10 в патрубок 30 к отверстиям 29 мембраны 28. При прохождении воды через отверстия 29, спрофилированные в виде сверхзвуковых сопел, в их входной части происходит вскипание потока и интенсивное выделение растворенных газов. Далее, в сверхзвуковой части сопел поток дробится на капли и выбрасывается в паровое пространство конденсатора, где происходит окончательное разделение газовой и жидкой фаз, при этом коническая обечайка 16 (ограждающий элемент) предотвращает вынос указанных капель на трубные пучки 4.
Таким образом, вышеизложенное описание свидетельствует о том, что заявленный конденсатор, при его осуществлении предназначен для использования в теплофикационных паровых турбоустановках и способен обеспечить достижение усматриваемых заявителем технических эффектов деаэрации поступающих в конденсатор водяных потоков и основного конденсата. Преимущество полезной модели состоит в том, что использование в качестве водораспределителей деаэрирующих устройств, установленных непосредственно перед вводом в зону регенеративного подогрева, обеспечивает глубокую и надежную деаэрацию всех потоков поступающих в конденсатор теплофикационной паровой турбоустановки при минимальных потерях теплоты и, тем самым, обеспечивает экономичность и надежность ее работы.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания полезной модели:
1. Авторское свидетельство СССР 1020741, Кл. F28В 9/00. Конденсатор / Б.В.Шехман, Е.И.Литвинов, Е.Б.Кузменко (СССР). №3371826 заявл. 25.12.81; опубл. 30.05.83. БИ №20.
3
2 Свидетельство на полезную модель 9297 РФ. МКИ F28В 9/00. Конденсатор паровой турбоустановки / А.Г.Шемпелев, Е.И.Эфрос, (Россия). №98112986, заявл. 08.07.98. Официальный бюллетень «Полезные модели. Промышленные образцы». 1999. №2. С.55. (прототип).
3. Кувшинов О.М. Щелевые деаэраторы КВАРК - современный способ деаэрации жидкости // Энергосбережение и водоподготовка. 2006. №3. С.45-52.
4. Зимин Б.А. Опыт реконструкции деаэрационных установок // Промышленная теплоэнергетика. 1999. №11 С.11-15.
5. Деаэратор (тепломассобменник): пат. 2131555 Рос. Федерация F22D 1/50, C02F 1/20, B01D 19/00 / Зимин Б.А. - №97121266/06, заявл. 09.15.1997; опубл. 10.06.1999. Бюл. №22 (1 ч.) - 4 с.
6. Васильев, А.А. Деаэраторы "АВАКС" для теплоэнергетической отрасли / А.А.Васильев // Энергетик. 2004. N 8. С.40
7. А.С. №635045 (СССР). Деаэратор перегретой воды / В.Д.Муравьев, В.Б.Черепанов, А.Г.Свердлов и др. // Б.И., 1978. №44.
8. Кудинов А.А., Кувыкин А.С., Шамшурина Г.И. Разработка и исследование струйнокавитационного деаэратора подпиточной и добавочной воды // Материалы Национальной конференции по теплоэнергетике. Казань: ИЦПЭ КазНЦ РАН. 2006. Т.2. С.117-120.