Отпуск теплоты через паропреобразовательную установку

В тех случаях, когда имеют место значительные потери конденсата, возвращаемого от паропотребителя, или возвращаемый конденсат сильно загрязнен и требует дорогой очистки, целесообразно в тепловую схему мини-ТЭЦ включать паропреобразовательную установку (ППУ). Работа ППУ идентична работе испарительной установки, поэтому установки, работающие в режиме паропреобразования, комплектуются испарителями.

Схематичное изображение ППУ поверхностного типа представлено на рис.4.11.

Рис.4.11. Схема паропреобразо-

вателя:

1 - сепарирующее устройство;

2 - регулятор уровня воды;

3 - продувка в дренаж;

4 - конденсатоотводчик

В нижней части корпуса ППУ, заполненной испаряемой водой, содержится нагреватель-

ная трубчатая система, в которую поступает греющий или первичный пар. Вторичный пар, в состоянии близком к состоянию сухого насыщенного пара, отводится через патрубок, расположенный в верхней части ППУ. Для предотвращения уноса паром капелек испаряемой воды, содержащих значительное количество примесей, ППУ оборудуют сепарационными влагоотделяющими устройствами.

На рис.4.12 представлен поперечный разрез ППУ [22]. Как видно из рисунка ППУ состоит из цельносварного вертикального цилиндрического корпуса 1, внутри которого подвешена на лапах 11 греющая секция 13.

Греющая секция состоит из обечайки с двумя вваренными в нее трубными досками, в которые ввальцованы кипятильные трубки диаметром 38х33 мм, образующие поверхность нагрева. Между греющей секцией и корпусом имеется кольцевое пространство 14. Центральная часть греющей секции трубками не заполнена, и в нее по трубе 10 подается греющий пар. Для организации поперечного обтекания трубок греющей секции паром установлены перегородки 12, не доходящие до периферии греющей секции. Конденсат греющего пара отводится через трубу 15. Паровое пространство греющей секции сообщается с паровым пространством ППУ трубкой 3 с клапаном на наружном участке.

При работе ППУ клапан открыт, и неконденсирующиеся газы перепускаются из греющей секции в паровое пространство ППУ. В корпусе ППУ имеются лазы 16 в днище и над греющей секцией, а также штуцера для отвода вторичного пара 7, подвода питательной воды 9 и промышленного конденсата 8, опорожнения и продувки 17.

Рис.4.12. Поперечный разрез паропреобразовательной установки:

1 - цилиндрический корпус; 2 - опускные трубы; 3 - труба с клапаном на наружном участке; 4,5 - дырчатые листы; 6 - жалюзийный сепаратор; 7 - патрубок отвода вторичного пара; 8 - подвод промывочного конденсата; 9 - подвод питательной воды; 10 - труба подвода греющего пара; 11 - опорные лапы для греющей секции; 12 - перегородки; 13 - греющая секция; 14 - кольцевое пространство; 15 - труба отвода конденсата греющего пара;16 - лаз; 17 - патрубок опорожнения и продувки

В рабочем состоянии греющая секция ППУ находится под уровнем кипящей воды. Вода, поступающая в нижнюю часть кипятильных труб, нагревается и частично испаряется за счет теплоты конденсации пара в межтрубном пространстве греющей секции. Движущаяся вверх пароводяная смесь поступает из кипятильных труб в динамический слой над греющей секцией, где разделяется на пар и воду. Пар с небольшим количеством капельной влаги попадает в паровое пространство, а вода по кольцевой щели между корпусом и греющей секцией возвращается в нижнюю часть водяного объема. Таким образом, ППУ является аппаратом с естественной циркуляцией.

Высота парового пространства над зеркалом испарения, необходимая для сепарации захваченных капель влаги, поддерживается регулятором питания ППУ чаще всего путем изменения расхода питательной воды. Импульсом для регулятора служит уровень, измеренный в водяном объеме и обычно контролируемый водоуказательным стеклом.

Тепловой расчет ППУ, как правило, сводится к определению расхода первичного пара, который требуется для получения заданного расхода вторичного пара. Расход первичного пара определяется по уравнению теплового баланса установки:

, (4.38)

где расход первичного пара;

расход вторичного пара ;

расход продувочной воды ППУ;

энтальпия греющего первичного и вторичного пара;

энтальпия конденсата первичного пара;

энтальпия продувочной воды ППУ;

энтальпия воды, подаваемой в ППУ.

Продувка ППУ зависит от количества примесей или загрязнений в испаряемой воде и определяется в долях от выхода вторичного пара:

, (4.39)

где доля продувки от вторичного пара.

Как правило, составляет (0,3 0,5) % от расхода вторичного пара .

На рис.4.13 представлена тепловая схема мини-ТЭЦ с паропреобразовательной установкой.

Рис.4.13. Тепловая схема мини-ТЭЦ с ППУ:

1 - паровой котел; 2 - паровая турбина; 3 - паропотребитель; 4 - сетевой подогреватель; 5 - деаэратор; 6 - питательный насос; 7 - сетевой насос; 8 – редукционно-охладительная установка; 9 - паропреобразовательная установка

Как видно из рисунка, греющий или первичный пар поступает из выхлопного патрубка турбины. Нагреваемая среда – вода, превращаемая в ППУ во вторичный пар, направляемый к паровым потребителям. Первичный пар, отдав свою теплоту, превращается в конденсат, который питательным насосом возвращается в парогенератор. Таким образом, парогенератор работает практически при постоянном расходе теплоносителя, циркулирующего в его контуре. Такая организация работы парового котла снижает количество отложений на поверхностях нагрева, тем самым повышая его долговечность и надежность.

Однако применение ППУ имеет следующие недостатки по сравнению с отпуском пара из выхлопного патрубка паровой турбины и восполнением потерь конденсата химически очищенной водой. Так, давление первичного пара из противодавления турбины должно быть выше давления вторичного пара на величину, определяемую необходимым температурным напором – обычно 12 13 ⁰С. Повышение давления в выхлопном патрубке турбины приводит к снижению выработки электрической энергии, при этом отпуск теплоты турбогенераторной установкой по сравнению с отпуском теплоты с первичным паром возрастает на 2 4 %. Существенным недостатком ППУ является большая металлоемкость и достаточно высокая стоимость.

Для повышения тепловой экономичности ППУ целесообразно ввести предварительный подогрев питательной воды на входе в установку, например, конденсатом, отводимым из сетевого подогревателя (рис.4.14).

Рис.4.14. Тепловая схема мини-ТЭЦ с ППУ и предвключенным водо-водяным подогревателем:

1 - паровой котел; 2 - паровая турбина; 3 - паропотребитель; 4 - сетевой подогреватель; 5 - деаэратор; 6 - питательный насос; 7 - сетевой насос; 8 – редукционно-охладительная установка; 9 - паропреобразовательная установка; 10 – водо-водяной подогреватель