УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ ОТРАБОТАННОГО ПАРА ТУРБИНЫ Российский патент 1995 года по МПК F28B1/06 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях.

Известно устройство для конденсации, содержащее корпус, промежуточные перегородки, делящие парую часть на секции, входные, поворотные и выходные водяные камеры, основные трубные пучки первого и второго ходов (по охлаждающей воде), трубные пучки охладителей паровоздушной смеси и конденсатосборник (Вопросы конструирования и эксплуатации конденсационных устройств паровых турбин/Под ред. П.С.Гольденберга. М-Л. ГЭИ, 1953, с. 21).

Недостатками устройства являются:
повышенное паровое сопротивление при подводе пара к основному трубному пучку первого хода, так как подвод пара осуществляется через узкое сечение диффузора;
отвод паровоздушной смеси от основного пучка первого хода в достаточной мере не обеспечивается, так как по отводу смеси к одному охладителю оба основных пучка находятся в равных условиях, а по условиям теплообмена, по разности температур между охлаждающей водой и паром, нижний пучок должен быть загружен больше. В результате часть поверхности основного пучка первого хода завоздушивается (увеличенная концентрация воздуха в паровом пространстве) и, как следствие, ухудшается теплообмен, повышается конечный температурный напор, создается недостаточно высокий вакуум.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для конденсации, содержащее в каждой половине относительно вертикальной оси корпуса промежуточные перегородки, делящие паровую часть на секции, входную, поворотную и выходную водяные камеры, основные трубные пучки первого и второго ходов, трубный пучок охладителя паровоздушной смеси, конденсатосборник и перегородки по паровой стороне (Тубянский Л.И. и Френкель Л.Д. Паровые турбины высокого давления ЛМЗ. М-Л. ГЭИ, 1956, с. 200-205).

Однако перегородки выполняют функцию отводящих конденсат к промежуточным перегородкам и указанных выше недостатков не устраняют.

Цель изобретения увеличение вакуума в устройстве для конденсации за счет выравнивания коэффициента теплопередачи на поверхности обоих основных пучков путем улучшения вентиляции пучка первого хода.

Для этого в устройстве для конденсации отработанного пара турбины, содержащем корпус с размещенными в нем промежуточными перегородками, делящими паровую часть на секции, входную, поворотную и выходную водяные камеры, основные трубные пучки первого и второго ходов, трубный пучок охладителя паровоздушной смеси, конденсатосборник и дополнительные перегородки, основной трубный пучок первого хода отделен от второго дополнительной перегородкой, выполненной профилированной, один из торцов которой размещен на входе в трубный пучок охладителя паровоздушной смеси с образованием двух неравных его частей.

Сущность изобретения состоит в том, что выравнивание концентрации смеси на выходе из обеих основных пучков приводит к увеличению коэффициента теплопередачи по глубине основного пучка первого хода, т.е. там, где имеется в этом наибольшая необходимость, так как разность температур пара и охлаждающей воды наибольшая. В итоге увеличивается средний по всей поверхности устройства коэффициент теплопередачи. Выравнивание концентрации воздуха возможно за счет ограничения расхода смеси, выходящей из основного пучка второго хода, что достигается выбором живого сечения и числа трубок по глубине каждой части пучка охладителя (перераспределением парового сопротивления между основным пучком второго хода и его частью охладителя).

Необходимость поиска более прогрессивных решений по компоновке трубных пучков по сравнению с существующими подтверждается в книге Шкловер Г.Г. и Мильман О.О. Исследование и расчет конденсационных устройств паровых турбин. М. Энергоатомиздат, 1985, с. 117, рис. 5.24, в которой показано, что удельная паровая нагрузка реальных устройств для конденсации отработанного пара турбин во всем диапазоне составляет 60-65% технически достижимой.

На фиг. 1 показано устройство для конденсации, поперечное сечение по паровой стороне; на фиг. 2 слева от вертикальной оси показано поперечное сечение по водяной стороне с одного торца устройства; справа от вертикальной оси поперечное сечение по водяной стороне с другого торца.

Возможность осуществления изобретения подтверждается описанием устройства в статическом состоянии и в работе.

Устройство содержит в каждой половине корпус 1, поперечно размещенные в корпусе промежуточные перегородки 2, основной трубный пучок 3 первого хода (по охлаждающей воде), основной пучок 4 второго хода, трубный пучок 5 охладителя паровоздушной смеси, при этом трубки всех пучков проходят через отверстия в промежуточных перегородках, профилированную перегородку 6, отделяющую пучок 3 по пару и паровоздушной смеси от пучка 4, разделяющую также вход пучка охладителя на две неравные части 7 и 8, конденсатосборник 9, размещенный в нижней части устройства, окна 10 в перегородках 6, предназначенные для вентиляции тупиковой зоны пучка 3, которые однако не должны существенно искажать сущность изобретения, гидрозатвор 11 в нижней части перегородок 6, предназначенный для слива (перелива) конденсата, стекающего частично из охладителя 5 смеси, частично из пучка 4, перегородку 12, входную 13, поворотную 14 и выходную 15 водяные камеры, размещенные с торцов корпуса 1.

Отметим, что пучки 3-5 выполнены в соответствии с известными требованиями (Выбросы конструирования и эксплуатации конденсационных устройств паровых турбин) Под ред. П.С.Гольденберга. М.-Л. ГЭИ, 1953, с. 19), а именно: основные пучки должны иметь возможно большее суммарное живое сечение между трубками на стороне поступления в него пара, а число рядов трубок по ходу пара должна быть возможно меньшим. Для выполнения этих требований проходы в трубном пучке со стороны входа в него пара, создаваемые с целью увеличения живого сечения первых рядов трубок, сочетаются с устройством системы внутренних каналов для отвода паровоздушной смеси, выходящей из пучка (ленточная компоновка пучка). Проходы и каналы на фиг.1 не показаны. К числу других требований относятся: ограничение скорости пара на входе в основной пучок и смеси на входе в пучок охладителя величиной 40-50 м/с, регенерация стекающего конденсата и др.

Устройство работает следующим образом.

Исходное состояние. Через входную водяную камеру 13 последовательно через трубки основного пучка 3 первого хода, поворотную водяную камеру 14, трубки основного пучка 4 второго хода воды, выходную водяную камеру 15 протекает охлаждающая вода. Трубки пучка 5 охладителя паровоздушной смеси по охлаждающей воде подключены параллельно пучку 3. В корпус 1 сверху поступает пар, всегда содержащий весьма незначительное (в долевом отношении) количество воздуха. Принято, что воздух равномерно распределен в потоке пара.

Работает эжекторная установка (не показана), удаляющая из пучка 5 охладителя паровоздушную смесь, концентрация воздуха в которой составляет 30-50%
В результате конденсации пара на холодных трубках пучков 3 и 4 происходят следующие явления: резкое, многократное сокращение объема пара, подогрев охлаждающей воды в трубках. При этом на основных пучках образуется расход пара и смеси в сторону пучка 5 охладителя. Скорость пара на входе в пучки (между трубок) максимальна, затем она по ходу потока резко падает. В результате сокращения объемов пара концентрация воздуха резко повышается, а коэффициент теплопередачи падает. В идеальном устройстве, в котором предполагается оптимальное сочетание коэффициентов теплопередачи на поверхностях пучков 3 и 4, обуславливающих теплообмен с паровой стороны, помимо прочих должно быть выполнено требование снижения концентрации воздуха в паре на всей поверхности охлаждения при заданном его поступлении (кг/ч) в вакуумную систему. Это требование может быть выполнено, если:
исключено смешение смесей;
воздух отводится с каждого участка поверхности по возможности параллельными потоками;
концентрация воздуха минимальна у каждого участка поверхности;
снижение температуры смеси по потоку осуществляется не за счет увеличения концентрации воздуха, а за счет снижения давления смеси. Это дает возможность получить больший перепад давления на пучке 3 и улучшить вентиляцию этого пучка, сохраняя температурный напор.

По крайней мере концентрация воздуха должна быть ниже там, где больше разность температур смеси и охлаждающей воды. Но не наоборот, как это имеет место в известных устройствах.

Это требование выполнено в предлагаемом устройстве, в котором концентрация воздуха на выходе из пучков 3 и 4 должна быть одинаковой. Для того чтобы приблизить работу предлагаемого устройства к технически достижимым условиям, предусмотрена перегородка 6, не допускающая смешения пара и смеси из пучков 3 и 4 и позволяющая перед частями 7 и 8 охладителя поддерживать такое давление, чтобы перепад давления на каждом из пучков 3 и 4 соответствовал оптимальному теплообмену в них, что возможно только при равенстве концентрации воздуха в смеси на выходе из них (перед частями 7 и 8). Для выравнивания концентрации необходимо ограничение стока смеси из пучка 4 и увеличение из пучка 3. Ограничение стока смеси из пучка 4 достигается за счет увеличения парового сопротивления части 8 охладителя путем выбора живого сечения и числа трубок по глубине (по потоку) этой части. Таким образом достигается увеличение расхода пара через пучок 3, что означает увеличение среднего по всей поверхности устройства коэффициента теплопередачи. Другие преимущества. В связи с тем, что количество теплоты, отводимой из пучка 4, уменьшается, а поверхность охладителя смеси несколько возрастает, можно ожидать снижения температуры смеси на выходе из пучка 5 охладителя, благодаря чему повысится вакуум на всасе эжекторной установки. В связи с тем, что концентрация воздуха в нижней части конденсатора уменьшится, можно ожидать снижение концентрации газов, растворенных в конденсате.

Использование: в энергетике, а именно на тепловых и атомных электростанциях. Сущность изобретения: устройство содержит корпус 1, промежуточные перегородки 2, делящие паровую часть на секции, входную, поворотную и выходную водяные камеры, основные трубные пучки 3 и 4 соответственно первого и второго ходов, трубный пучок 5 охладителя паровоздушной смеси, конденсатосборник 9, перегородки 6 по паровой стороне, разделяющие пучки 3 и 4, не допускающие смешения пара и смеси, выходящей из пучков, делящие также вход в трубный пучок охладителя 5 на две неравные части 7 и 8 так, что увеличение парового сопротивления основного трубного пучка первого хода компенсировано уменьшением сопротивления соответствующей части 7 входа охладителя, а уменьшение парового сопротивления основного трубного пучка второго хода - увеличением сопротивления части 8 входа охладителя для этого пучка. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНДЕНСАЦИИ ОТРАБОТАННОГО ПАРА ТУРБИНЫ, содержащее корпус с размещенными в нем промежуточными перегородками, делящими паровую часть на секции, входную, поворотную и выходную водяные камеры, основные трубные пучки первого и второго ходов, трубный пучок охладителя паровоздушной смеси, конденсатосборник и дополнительные перегородки, отличающееся тем, что основной трубный пучок первого хода отделен от второго дополнительной перегородкой, выполненной профилированной, один из торцов которой размещен на входе в трубный пучок охладителя паровоздушной смеси с образованием двух неравных его частей.