ПРИМЕНЕНИЕ ПОДОГРЕВАТЕЛЯ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ СМЕШИВАЮЩЕГО ТИПА В СХЕМАХ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

На сегодняшний день паротурбинные установки имеют отлаженную систему регенерации, которая имеет от пяти до девяти подогревателей регенеративного типа, производящих ступенчатый подогрев питательной воды. Использование подогрева регенеративного вида питательной воды является одним из эффективных средств увеличения экономичности турбоустановки [1].

Нагрев приходящей воды производится до определенной температуры, который зависит главным образом от исходных параметров пара. С повышением начального давления поднимается и температура питательной воды. Эффективность системы регенерации зависит также от типа, способа включения регенеративных подогревателей и качества их работы [1-4].

Подогреватели регенеративного типа подразделяются на смешивающие и поверхностные подогреватели. В поверхностном подогревателе из-за термических сопротивлений передачи тепла температура подогретой воды ниже температуры насыщения греющего пара на 3-5°С. Эта величина называется недогревом. Недогрев воды до температуры насыщения греющего пара обуславливает энергетическую потерю в установке. Чем меньше недогрев, тем при заданной температуре подогрева воды ниже давление отбираемого пара и больше совершаемая им в турбине работа. При увеличении недогрева экономичность установки снижается и появляется перерасход топлива [1-2].

Поэтому для регенеративного подогрева воды на электрических станциях можно применять преимущественно поверхностные подогреватели и частично – смешивающие. Смешивающие подогреватели энергетически выгоднее, так как в них возможен наиболее высокий подогрев воды – до температуры насыщения греющего конденсируемого пара:

t_вг = t_гн и h_вг=h_гʹ,                                                                (1)

где t_вг и t_гн – температуры, а h_вг и h_гʹ – энтальпии соответственно подогретой воды и конденсата греющего пара [2].

Смешивающие подогреватели дешевле и надежнее поверхностных, обеспечивающие наиболее оптимальный водный режим системы.

Таким образом, регенеративная схема со смешивающими подогревателями в термодинамическом отношении является наиболее совершенной, поскольку здесь практически отсутствует недогрев и с большой эффективностью используется тепло дренажа греющего пара.

Однако существует ряд трудностей в реализации многоступенчатого регенеративного подогрева питательной воды с применением смешивающего подогревателя. Одна из наиболее существенных состоит в том, чтобы обеспечить надежное предотвращение попадания воды в проточную часть турбины при различных переходных режимах. А также, после каждого смешивающего подогревателя необходимо установка перекачивающих насосов, так как давление в каждом последующем по ходу воды подогревателе выше, чем в предыдущем.

Поверхностные подогреватели свободны от этого недостатка: достаточно иметь конденсатный насос, перекачивающий воду через группу поверхностных подогревателей низкого давления (ПНД), и питательный насос, перекачивающий воду через группу подогревателей высокого давления (ПВД) [2].

Недостатками поверхностных ПНД являются трудоемкость и высокая стоимость ремонтных работ. Очень неудобно наличие в питательном тракте двух групп насосов, включенных последовательно без разрыва потока через переменное гидравлическое сопротивление БОУ и имеющих разные характеристики, что вызывает сложности в эксплуатации при переменных режимах [3].

Кроме того, с ростом единичных мощностей турбин усложняется конструкция поверхностных подогревателей, возрастают требования к их экономичности и надежности, растут относительные затраты материалов, стоимость и трудоемкость изготовления ПНД.

Для устранения ряда перечисленных недостатков регенеративной системы низкого давления предложена комбинированная система регенерации, в которой один ПНД поверхностного типа заменяются смешивающим, теплообменники с избыточным давлением пара остаются поверхностными. В такой системе отмечено полное удаление углекислоты методом термической десорбции в смешивающих подогревателях. Там же происходит удаление кислорода. Преимущества смешивающих подогревателей, кроме того, в их низкой стоимости, меньшей металлоемкости, меньшей сложности в изготовлении. В такой схеме сокращаются загрязнения питательного тракта оксидами Fe и Cu. Положительными факторами являются также значительное упрощение схемы, устранение потери теплоты, связанной с отводом в конденсатор дренажа из П1. Смешивающие подогреватели работают без недогрева, таким образом, уменьшая тепловую нагрузку следующих за ним поверхностных ПНД [2].

До сегодняшнего времени материалы, которые использовались в трубках подогревателей низкого давления, ограничивались только латунью марки Л-68 [4].

Практика эксплуатации блочных установок на сверхкритические начальные параметры пара показала, однако, что во многих случаях эксплуатации и, в особенности при незначительных нарушениях режима работы конденсаторов в отношении содержания кислорода в конденсате латунные трубки ПНД являлись основным источником выноса меди в тракт котлов и проточную часть турбин. Это обстоятельство заставило пересмотреть вопрос о возможности применения латуни Л-68 для изготовления трубок ПНД. Для ПНД более правильным является применение нержавеющей стали 1Х18Н10Т. Указанное соображение является одной из самых существенных причин, побудивших начать применение в регенерации низкого давления турбин подогревателей контактного (смешивающего) типа. [1-2]

Поскольку в смешивающих подогревателях вообще отсутствуют цветные металлы, вынос меди в питательный тракт из этого элемента тепловой полностью исключается. Эти подогреватели дешевле и проще по конструкции, чем подогреватели поверхностного типа, так как в смешивающих подогревателях отсутствует трубная система. Другой положительной особенностью смешивающих подогревателей является возможность обеспечить в этих конструкциях дополнительную деаэрацию конденсата. Эта возможность обусловлена тем, что в аппаратах подобного типа, как и в деаэраторах, нагрев конденсата производится путем контакта с греющим паром с возможностью доведения температуры обогреваемой воды до температуры насыщения, соответствующей давлению в корпусе подогревателя. Некоторое, хотя и небольшое, увеличение экономичности установки при применении смешивающих подогревателей также говорит в их пользу. [2]

Рисунок 1. Схема системы регенерации со смешивающим подогревателем

СПНД – смешивающий подогреватель низкого давления; ПН- перекачивающий насос; КН – конденсационный насос; Д – деаэратор; ЦНД –цилиндр низкого давления; П2, П3, П4 – подогреватели низкого давления.

Таблица 1

Определение дополнительной мощности турбоустановки при применении комбинированной системы регенерации тепловой схемы ТЭЦ-1 г. Алматы.

Вывод: Заменой по меньшей мере одного поверхностного ПНД на смешивающий подогреватель повышает экономичность на 0,2-0,6 % в зависимости от величины недогрева в поверхностных ПНД. Таким образом, совместное или раздельное применение смешивающих подогревателей низкого давления является актуальным направлением при реконструкции, модернизации или строительстве новых тепловых электростанций.

Применение теплообменного аппарата смешивающего типа в тепловых схемах паротурбинных установок средней мощности ведет к увеличению тепловой экономичности и эффективности термодинамического цикла установки в целом [4].

Список литературы:

1. Федоров В.А., Мильман О.О. Конденсаторы паротурбинных установок. –М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013. – 560 с.
2. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции: Для студентов вузов. 3-е изд., - М.: Энергоатомиздат, 1987.- 328 с.
3. Тарасов Е.В., Жинов А.А. Исследование эффективности бездеаэраторных схем ПТУ со смешивающими подогревателями // Наукоемкие технологии в приборо и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе: материалы региональной научно-техническая конференции, апрель 2016 г. – Калуга: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016.
4. Ермолов В.Ф, Пермяков В.А., Ефимочкин Г.И. Смешивающие подогреватели паровых турбин. –М.: Энергоиздат, 1982. – 208 с.