Конденсационное устройство паровой турбины

 

Использование: в энергетике, в частности на тепловых и атомных электростанциях. Сущность изобретения: конденсационное устройство содержит по паровой стороне корпус 1, основной трубный пучок 3, пучок 4 охладителя паровоздушной смеси, образованного внутри основного пучка с помощью перегородок 5 и снабженного на выходе коллектором 6 для сбора и отвода смеси, коллектором на входе для сбора и подвода смеси, секционированным промежуточными перегородками 2 с отверстиями для трубок, при этом вся поверхность охлаждения разделена на модули, каждый из которых снабжен отдельным отводом смеси, нижняя часть 8 основного трубного пучка, размещенного в основании трапеции, отделена по пару и смеси перегородками 7 от остальной его части, каждая боковая часть основного трубного пучка и пучок в основании трапеции снабжены коллектором 12 сбора смеси, образованным трубками основного пучка со стороны входа смеси и со стороны выхода перегородками 5 и 7 с окнами 11 в них для отвода смеси к охладителю (доохладителю), при этом против окон 11 размещены решетки 10, а коллектор пучка 8 соединен с доохладителем с помощью канала 9, подводящего смесь внутрь доохладителя. 2 ил.

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

Известно конденсационное устройство, содержащее корпус, размещенную в одном корпусе и разделенную на 2-3 модуля и более поверхность охлаждения, входную и выходную водяные камеры, конденсатосборник и общие для всех модулей промежуточные перегородки. При этом каждый из модулей состоит из основного трубного пучка, трубного пучка охладителя паровоздушной смеси, образованного перегородками и делящего основной пучок на две части: нижнюю и верхнюю, сечение которого оформлено трапецией, коллектора сбора смеси, при котором смесь перепускается по длине корпуса устройства из одного отсека в другой в направлении от стороны выхода подогретой охлаждающей воды к стороне входа холодной воды [1] Недостатками этого конденсационного устройства являются: Увеличенное падение давления смеси при относительно небольшом дополнительном охлаждении; быстрое снижение движущего напора смеси в трубном пучке охладителя при снижении паровой нагрузки, так как давление в секциях перед охладителями быстро выравнивается (падение давления на основном трубном пучке пропорционально примерно квадрату расхода пара через него); увеличение концентрации воздуха в смеси по ее ходу, в результате чего основной трубный пучок первой секции проходит весь воздух, поступающий в конденсационное устройство, и этот пучок работает неэффективно; объединение сброса смеси из пучков нижней и верхней частей (перед охладителем) в один коллектор, при этом отвод смеси из указанных частей является неопределенным, так как по отношению к набегающему потоку по входу пара они находятся в разных условиях и по этой причине отбор смеси из нижней части затруднен.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и выбранным в качестве прототипа является конденсатор паровой турбины, содержащий корпус, входную и выходную водяные камеры, размещенные с торцов корпуса, конденсатосборник, поверхность охлаждения разделенную на ряд модулей, каждый из которых включает в себя основной трубный пучок, сечение которого представляет собой разнобокую трапецию, пучок охладителя паровоздушной смеси, образованного внутри основного пучка с помощью перегородок и снабженного на выходе коллектором для сбора и отвода смеси, коллектором на входе для сбора и подвода смеси, при этом корпус секционирован промежуточными перегородками с отверстиями для трубок [1] Недостатками прототипа являются: большое входное сопротивление охладителя, так как периметр пучка охладителя на входе смеси не развит и не может быть увеличен потому, что зависит от оптимальной компоновки основного трубного пучка, находясь внутри него. В таком охладителе после входного участка (после двух-трех рядов трубок по ходу смеси) невозможно поддерживать достаточную по условиях теплообмена оптимальную скорость смеси, так как объем ее резко сокращается, а живое сечение для прохода смеси уменьшается, следуя линейной зависимости; трудность отбора смеси из нижней части, размещенной на основании трапеции, основного трубного пучка, так как по отношению к набегающему потоку по входу пара она находится в худших условиях по сравнению с веpхней частью.

Цель изобретения повышение вакуума в устройстве за счет понижения сопротивления охладителя смеси по паровой стороне, снижения ее температуры и выравнивания коэффициента теплопередачи на всей поверхности за счет гарантированного отбора смеси от всех частей основного трубного пучка, обеспечивая при этом гидравлическую устойчивость отбора.

Для этого в конденсационном устройстве паровой турбины, содержащем корпус, размещенные с торцов последнего входную и выходную водяные камеры, конденсатосборник, поверхность охлаждения, состоящую из модулей, каждый из которых выполнен в виде основного трубного пучка с поперечным сечением в виде равнобоковой трапеции, трубного пучка охладителя паровоздушной смеси, размещенного внутри основного трубного пучка, отделенного от последнего перегородками и имеющего на выходе по потоку паровоздушной смеси коллектор для ее сбора и отвода, и промежуточные перегородки с отверстиями для трубок, делящие корпус на секции; оно снабжено дополнительными перегородками с окнами, отделяющими нижнюю часть основного трубного пучка, расположенного в основании трапеции по пару и паровоздушной смеси, от остальной его части, решетками, дополнительными коллекторами сбора паровоздушной смеси для боковых и нижней частей основного трубного пучка, каждый из которых образован трубками основного пучка со стороны входа паровоздушной смеси, а со стороны выхода перегородками с окнами для отвода смеси к доохладителю, причем решетки размещены против окон перегородок боковых частей основного трубного пучка, а дополнительный коллектор сбора паровоздушной смеси нижней части основного трубного пучка посредством канала соединен с доохладителем.

Сущность изобретения состоит в том, что повышение вакуума в устройстве достигается за счет размещения коллекторов сбора смеси в основных трубных пучках. При этом скорость смеси принимается равной 30-40 м/с как на входе в коллектор, в живом сечении, что зависит от размеров поперечного его сечения, так и на выходе, что зависит от живого сечения окон. В результате этого объем смеси перед доохладителем сокращается и снижается сопротивление доохладителя. Для того чтобы гарантировать приток смеси сверху, из боковых пучков, усилить охладительную способность основного пучка и предотвратить проскок пара в коллектор установлены над пучком решетки. Для того чтобы гарантировать приток смеси из основного пучка, размещенного на нижнем основании трапеции, его коллектор соединен с помощью канала с доохладителем, при этом смесь вводится внутрь доохладителя. Создание системы коллекторов в основных пучках, устройство решеток и канала обеспечивают гидравлическую устойчивость при сборе смеси со всех поверхностей, в результате чего выравнивается коэффициент теплопередачи на всех частях основного пучка. Итак, снижение сопротивления при охлаждении смеси, создание оптимальных скоростей при этом и, как результат этого, снижение температуры смеси на выходе ее из доохладителя, повышение гидравлической устойчивости при сборе смеси позволит повысить вакуум в конденсационном устройстве.

Ширина решетки должна быть больше там, где выше температура охлаждающей воды, имея в виду ее подогрев в секциях.

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 конденсаторов во всем диапазоне составляет 60-65% технически достижимой.

На фиг.1 показано конденсационное устройство паровой турбины, поперечное сечение по паровой стороне; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1.

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

Устройство содержит корпус 1, промежуточные перегородки 2 с отверстиями для прохода трубок основного пучка 3, пучка доохладителя 4 смеси, образованного внутри основного пучка перегородками 5, соединенного с ним коллектора 6 смеси, при этом вся поверхность устройства разделена на модули. Каждый модуль состоит из основного пучка 3 и пучка 4 доохладителя. Форма сечения основного трубного пучка 3 представляет собой трапецию и разделена условно на три части: две боковых и нижнюю, размещенную на нижнем основании трапеции. Устройство также содержит перегородки 7, отделяющие нижнюю часть 8 от боковых частей, отводящий смесь из нижней части 8 внутрь пучка доохладителя канал 9, решетки 10, покрывающие боковой трубный пучок против окон 11, два коллектора 12, образованные с одной стороны трубками основного пучка, с другой перегородками 5 и 7 с окнами 11 в них, коллектор 13, образованный с одной стороны трубками основного пучка, с другой перегородками 7. В нижней части корпуса размещен конденсатосборник 14, с торцов корпуса входная 15 и выходная 16 водяные камеры.

Конденсационное устройство работает следующим образом.

При подаче охлаждающей воды в трубки основного пучка 3, пучка 4 доохладителя, подаче отработанного пара в корпус 1 (межтрубное пространство), работе эжектора (не показан), всас которого соединен с коллектором 6 сбора и отвода паровоздушной смеси, происходят следующие тепловые и гидравлические процессы: конденсация пара, содержащего воздух с незначительной концентрацией, на поверхности пучка 3, скомпонованного в виде ленты, имеющей такой периметр на входе пара, чтобы средняя скорость не превышала величины порядка 50 м/с, конденсат пара отводится из устройства насосом;
нагрев охлаждающей воды. При номинальном расходе пара в устройство нагрев воды составляет приблизительно 7^оС и зависит от расхода охлаждающей воды;
резкое на первых рядах пучка 3 сокращение объемов пара (в зоне интенсивной конденсации), в результате чего концентрация воздуха в паре значительно повышается, а скорость пара (смеси) падает до малых значений;
истечение образовавшейся смеси с внутренних рядов трубок ленты в пучок 4 доохладителя, где смесь охлаждается, концентрация воздуха увеличивается до 30-50% поступает в коллектор 6, откуда отсасывается эжектором.

Смесь в пучок 4 доохладителя поступает двумя путями:
1. Поступление через коллектор 12 и окна 11. При этом межтрубное живое сечение у коллектора выбирается так, чтобы скорость в этом сечении составляла 30-40 м/с, т.е. такой, чтобы трубки основного пучка выполняли функции охладителя смеси первой ступени. Величина скорости зависит от размеров поперечного сечения коллектора 12 и окон 11.

Для того, чтобы обеспечить гарантированный сток смеси с внутренних рядов по всей высоте боковой части пучка 3, над ним размещена решетка 10, ограничивающая прямое поступление пара через пучок в коллектор 12. В результате этого в пространстве между коллектором и решеткой возникает зона пониженного давления, а перепад давления между зоной и внутренними рядами труб обеспечивает сток смеси. При этом температура смеси перед коллектором 12 понижается.

2. Поступление через коллектор 13 и канал 9. При этом сечение коллектора 13 выбирается так, как описано выше. Отличием является отвод смеси из коллектора 13 по каналу 9 внутрь доохладителя. Глубина ввода подбирается так, чтобы увеличение сопротивления при подводе пара к нижней части пучка 8 было скомпенсировано уменьшением сопротивления этого потока смеси в доохладителе, что обеспечивает необходимый подвод к нижней части 8 основного пучка.

Формула изобретения

КОНДЕНСАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ, содержащее корпус, размещенные с торцов последнего входная и выходная водяные камеры, конденсатосборник, поверхность охлаждения, состоящую из модулей, каждый из которых выполнен в виде основного трубного пучка с поперечным сечением в виде равнобокой трапеции, трубного пучка охладителя паровоздушной смеси, размещенного внутри основного трубного пучка, отделенного от последнего перегородками и имеющего на выходе по потоку паровоздушной смеси коллектор для ее сбора и отвода, и промежуточные перегородки с отверстиями для трубок, деляющие корпус на секции, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными перегородками с окнами, отделяющими нижнюю часть основного трубного пучка, расположенного в основании трапеции, по пару и паровоздушной смеси от остальной его части решетками, и дополнительными коллекторами сбора паровоздушной смеси для боковых и нижней частей основного трубного пучка, каждый из которых образован трубками основного пучка со стороны входа паровоздушной смеси, а со стороны выхода перегородками с окнами для отвода смеси к доохладителю, причем решетки размещены против окон перегородок боковых частей основного трубного пучка, а дополнительный коллектор сбора паровоздушной смеси нижней части основного трубного пучка посредством канала соединен с доохладителем.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2