Типы подогревателей и схемы их включения

Расход пара на подогреватель зависит от его типа, схемы включения, параметров пара и воды.

Для регенеративного подогрева воды на электростанции применяют 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:

и , (7.3.1)

где – температуры, а – энтальпии соответственно подогретой воды и конденсата греющего пара.

Смешивающие подогреватели дешевле и надежнее поверхностных, обеспечивают лучший водный режим установки. Однако после каждого смешивающего подогревателя (за отдельными исключениями) необходима установка перекачивающих насосов, так как давление в каждом последующем по ходу воды подогревателе выше, чем в предыдущем (см. рис. 7.4).

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) (рис. 7.1 и 7.5).

В поверхностных подогревателях из-за термического сопротивления металла трубок вода нагревается до температуры ниже температуры насыщения (конденсации) греющего пара:

, (7.3.2)

где – недогрев воды до состояния насыщения по температуре ^оС.

Значения недогрева воды определяют технико-экономическим расчетом; чем меньше недогрев, тем меньше расход теплоты и топлива, но тем больше поверхность нагрева и стоимость подогревателя.

В ПВД применяют стальные трубки; в ПНД в определенных условиях продолжают применять латунные трубки. Медь при высокой температуре из латуни вымывается конденсатом и переносится в котел и турбину. Надежность и экономичность энергоблока при этом снижаются. Применение ПНД с трубками из нержавеющей стали удорожает установку. В настоящее время в энергоблоках применяют один или два первых по ходу воды ПНД смешивающего типа. Между двумя смешивающими ПНД устанавливают перекачивающий насос (рис. 7.6 а) или первый ПНД размещают выше второго для перелива воды во второй ПНД без насоса (гравитационная схема) (рис. 7.6, б).

Рис. 7.4. Схема регенеративного подогрева воды в смешивающих

подогревателях (многоступенчатый подогрев)

Рис. 7.5. Схема турбоустановки с поверхностными подогревателями низкого давления (ПНД) П1-П3, смешивающим подогревателем П4 (Д) и подогревателями высокого давления (ПВД) П5, П6:ДН – дренажный насос, СМ – смеситель, КН – конденсатный насос, ПН – питательный насос

а)

а)

б)

Рис. 7.6. Схемы включения смешивающих подогревателей:

а – с перекачивающим насосом; б – гравитационная схема;СП – сальниковый подогреватель

Применение смешивающих подогревателей дало возможность проектирования бездеаэраторных схем на конденсационных установках (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Бездеаэраторная схема включения регенеративных подогревателей:

БОУ – блочная обессоливающая установка, КН1, КН2, КН3 – конденсатные насосы 1, 2 и 3 ступеней, СМ – смеситель

Один из смешивающих подогревателей с давлением пара 0,6 – 1,0 МПа используют для удаления газов из воды, то есть, используют в качестве деаэратора.

При этом применяют нейтрально-кислородный водный режимэнергоблоков с вводом кислорода в тракт конденсата (перед конденсатным насосом). Образующаяся при этом на внутренней поверхности трубок оксидная пленка предохраняет металл от дальнейшей коррозии.

Расходы пара на подогреватели определяют из уравнений их теплового и материального баланса. Уравнения теплового баланса составляют по следующим принципам:

§ смешивающие подогреватели – сумма теплот, подводимых к подогревателю, равна сумме теплот, отводимых из подогревателя;

§ поверхностные подогреватели – теплота, отдаваемая греющими потоками, равна теплоте, получаемой подогреваемой водой (основным конденсатом).

Расход пара на подогреватели в тепловой схеме целесообразно определять, начиная с подогревателей высокого давления. Пропуск воды через ПВД известен. Для конденсационной электростанции принимаем .

а) б) в)

Рис. 7.8. Схемы включения подогревателей:

а – две ступени включения смешивающих подогревателей;б – два смежных поверхностных подогревателя с каскадным сливом дренажей;в – то же с охладителями дренажа и смесителем между подогревателями

Для смешивающих подогревателей П1 и П2 имеем (рис.7.8 а):

§ для П1:

, (7.3.3)

отсюда

, (7.3.4)

где t – подогрев воды в подогревателе; q – количество теплоты, отданное паром в подогревателе;

§ для П2:

, (7.3.5)

отсюда

. (7.3.6)

Важной величиной в основном выражении для кпд турбоустановки является – количество пара, направляемого в конденсатор

. (7.3.7)

Схема с поверхностными подогревателями усложняется наличием дополнительных линий дренажа (конденсата греющего пара). Простейшим является отвод (слив) дренажа из данного подогревателя в соседний, более низкого давления (рис. 7.8, б).

Недостаток схемы – вытеснение греющего пара подогревателя № 2 из отбора с более низким давлением дренажом из подогревателя № 1 и ухудшение тепловой экономичности турбоустановки.

Доли отборов пара на подогреватели П1 и П2 определяются из уравнений:

§ для П1:

, (7.3.8)

откуда определяем ;

§ для П2:

, (7.3.9)

где – энтальпия воды после смесителя основного конденсата турбины и дренажей из П1 и П2.

Следует написать уравнение смешения в смесителе и затем исключить из двух уравнений:

, (7.3.10)

но , поэтому

. (7.3.11)

Подставляя в уравнение для П2 вместо его выражение в функции и , определяем . Зная и , определяем , а затем подогрев воды в смесителе:

. (7.3.12)

Схему с поверхностными подогревателями и каскадным сливом дренажа совершенствуют, включая у подогревателя №1 охладитель дренажа. Вследствие охлаждения конденсата греющего пара водой, входящей в теплообменник, уменьшается расход пара на этот подогреватель и увеличивается расход на соседний подогреватель, в который сливается дренаж. В результате возрастает работа пара отборов и уменьшается потеря теплоты в конденсаторе турбины.

Суммарный дренаж из подогревателя №2 перекачивают насосом в смеситель на линии главного конденсата между подогревателями П1 и П2 (рис.7.8, в).

Доли отборов определяют из следующих уравнений:

§ для П1:

, (7.3.13)

где .

Энтальпию охлажденного дренажа выбирают, принимая его температуру на 5 –10 ^оС выше температуры воды на входе в охладитель дренажа;

§ для смесителя:

, (7.3.14)

где или ;

§ для П2:

. (7.3.15)

Подставляя выражение в уравнение для П1, получаем соотношение между и . Решая его совместно с уравнением для П2, определяем и , а затем и .

При каскадном сливе дренажа греющими для данного подогревателя являются два потока: пар из отбора турбины и дренаж, сливаемый в данный подогреватель. Важно отметить, что у подогревателя с откачкой воды насосом в линию основного конденсата (после подогревателя) охладитель дренажа применять не следует.