Строение и принцип действия электростанции

Надстройка позволяет более существенно повысить общий КПД электростанции, так как предвключенная турбина увеличивает полезную работу, но не приводит к росту потерь энергии в холодном источнике.

Достоинством другого варианта расширения станции является то, что пристройка, в отличие от надстройки, дает возможность увеличить тепловую нагрузку за счет ввода в действие новых теплофикационных турбин.

23. Каково назначение промежуточного перегрева пара? Как он осуществляется на ТЭС и АЭС? Сравните эффективность промперегрева на КЭС и ТЭЦ

Промежуточный перегрев пара осуществляется с целью предотвращения недопустимой конечной влажности пара и повышения внутреннего относительного КПД тех отсеков турбины, которые расположены после промперегрева (рис. 13).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 13. Влияние промперегрева на конечную влажность пара (- конечная влажность пара в цикле с промперегревом)

При высоких давлениях промперегрева он позволяет еще и повысить термический КПД цикла рабочего тела (рис. 14), причем выигрыш в тепловой экономичности тем больше, чем раньше пар поступает в промпароперегреватель.

Рассмотрим, как осуществляется промперегрев пара.

На ГРЭС (т.е. на КЭС с циклом перегретого пара) возможны два способа промперегрева - газовый в газоходах котла и паровой острым паром.

В основном применяется газовый промперегрев, обеспечивающий более высокую тепловую экономичность электростанции, но при паровом варианте снижается длина трубопроводов и упрощается котельная установка.

На АЭС с реакторами на тепловых нейтронах (а это КЭС с циклом насыщенного пара) используется только паровой промперегрев начальным паром (возможен также вариант с использованием для промперегрева и начального пара, и пара из первого отбора турбины). Это объясняется тем, что в случае направления пара после ЦВД на промперегрев непосредственно в ядерный реактор может произойти снижение надежности реакторной установки из-за ее усложнения и появления дополнительных отверстий в корпусе реактора. В целях уменьшения расхода острого пара промперегреву должна предшествовать механическая сепарация влажного пара после ЦВД. Отделение влаги в сепараторе происходит при соударении капелек воды с поверхностями волнообразно изогнутых листов (жалюзи), набранных в пакеты. Это обеспечивает сухость пара примерно 99%. Дальнейшее осушение производится в процессе промперегрева. Сепаратор располагается в одном корпусе с паро-паровой теплообменной поверхностью промпароперегревателя (рис. 15). Потеря давления в сепараторе-промпароперегревателе (СПП) обычно составляет 4-6%.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 15. Схема включения сепаратора-промпароперегревателя

Турбины ТЭЦ не имеют промперегрева, за исключением:

- агрегатов сверхкритического давления Т-250-240, где промперегрев необходим для уменьшения конечной влажности пара;

- турбин Т-180/210-130, выполненных на базе К-200-130; здесь основной целью промперегрева является увеличение КПД и мощности турбоустановки.

Способ осуществления промперегрева на ТЭЦ такой же, как на ГРЭС.

Эффективность промперегрева на ТЭЦ меньше, чем на КЭС, так как теплофикационные турбины имеют меньший расход пара в конденсатор. К тому же промперегрев может привести к повышению параметров пара для теплового потребителя, что снижает величину отбора и увеличивает отвод теплоты в конденсаторе.

24. Как выбирается количество ступеней и давление промперегрева? Почему давление промперегрева на ТЭЦ желательно иметь выше, чем на КЭС?

Одноступенчатый промперегрев дает увеличение термического КПД цикла Ренкина примерно на 4,5-7%. Вторая ступень промперегрева обеспечивает дополнительное повышение этого КПД еще на 1,5-2,5%, и ее появление может быть оправданным только при использовании на ТЭС дорогостоящего топлива или большой установленной мощности электростанции и высокой загрузке электрогенерирующего оборудования.

Покажем, что существует оптимальное значение давления промперегрева P_пп. Действительно, при P_пп = P_о тепловая экономичность цикла не изменяется, поскольку в этом случае промперегрева фактически нет, а при P_пп = P_к мы имеем просто увеличение отвода теплоты в холодном источнике без изменения полезной работы в цикле (рис. 16). Но, с другой стороны, хотя бы при одном значении давления промперегрева (в интервале от P_пп = P_о до P_пп = P_к) КПД должен возрасти. Отсюда вытекает, что зависимость, показанная на рис. 16, обязательно имеет максимум.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 16. Выбор давления промперегрева

Оптимальное значение давления промперегрева определяется в результате технико-экономического анализа и при одноступенчатом промперегреве может составлять 15-20% от P_о, при двухступенчатом - 25-30% для первой ступени и 6-9% от P_о для второй.

В циклах насыщенного пара выбирается разделительное давление, т.е. давление в сепараторе P_с. Чем оно выше, тем меньше влажность пара на выходе из ЦВД щ_с, но тем больше конечная влажность (рис. 17, 18). Это означает, что одной ступени промперегрева может оказаться недостаточно. Данным обстоятельством обусловлены более высокие значения и давления в конденсаторе турбин АЭС с реакторами на тепловых нейтронах.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 18. Определение необходимого числа ступеней промперегрева в цикле насыщенного пара (при щ_ДОП2 необходимо не менее двух ступеней промперегрева, при щ_ДОП1 - одна)

Оптимальное давление промперегрева на ТЭЦ выше, чем на КЭС. Для теплофикационного потока пара это очевидно, поскольку он расширяется не до конечного давления, а положительное влияние промперегрева на термический КПД цикла Ренкина возрастает с увеличением P_пп (рис. 14). Следовательно, и для всего потока пара оптимальное значение P_пп для теплофикационной турбоустановки выше, чем для конденсационной.

25. Каково назначение системы регенеративного подогрева питательной воды? Как выбирается количество ступеней подогрева?

Недостатком водяного пара как рабочего тела является очень большая теплота конденсации r при низких давлениях (рис. 19).

Это приводит к значительным бесполезным потерям теплоты в конденсаторе. Если же использовать теплоту конденсации пара для подогрева воды на тракте между конденсатором и парогенератором, то тепловая экономичность установки возрастет. Эту задачу выполняет система регенеративного подогрева питательной воды (более короткое название - система регенерации). Таким образом, назначение системы регенерации - снижение потерь теплоты в холодном источнике за счет подогрева конденсата и питательной воды отборным паром турбины.

На рис. 20 показан цикл Ренкина с регенерацией. Участок 1 - срабатывание части располагаемого теплоперепада в первом отсеке турбины, участок 2 - отвод части теплоты при конденсации отборного пара в регенеративном подогревателе, который является последним по ходу питательной воды перед парогенератором. Если количество ступенек стремится к бесконечности, то получится предельный регенеративный цикл, КПД которого приближается к КПД идеального цикла Карно.

Но в реальных циклах количество ступеней регенеративного подогрева ограничено - обычно их не более 8-10. Дело в том, что добавление каждой следующей ступени дает все меньший выигрыш в тепловой экономичности, и, начиная с какого-то количества подогревателей, он перестает компенсировать рост капитальных затрат.

Кроме того, в реальном цикле на регенеративный подогрев воды отводится из турбины не весь пар, как это показано на рис. 20, а только часть его, но зато эта часть пара конденсируется полностью.

Необходимо также отметить, что отбор пара в систему регенерации уменьшает его расход в конденсатор, что позволяет повысить величину допустимой конечной влажности пара.

26. Как распределяется суммарный подогрев между ступенями? Как определяется оптимальная температура питательной воды парогенератора?

Оптимальная величина подогрева в регенеративном подогревателе равна теплоперепаду между вышерасположенным отбором и отбором на данный подогреватель (для последнего по ходу питательной воды ПВД роль вышерасположенного отбора играет вход пара в турбину).

Рассмотрим конкретный пример: имеется 7 регенеративных подогревателей - 4 ПНД и 3 ПВД. Восьмым подогревателем является деаэратор, расположенный между последним ПНД и первым ПВД. Кроме того, в качестве еще одной (т.е. девятой) ступени нагрева рабочего тела до температуры насыщения рассматривается и экономайзерная часть парогенератора.

Таким образом, весь суммарный подогрев воды от энтальпии на выходе из конденсатора до энтальпии насыщенной воды в экономайзере нужно разделить на 9 отрезков. С точки зрения уменьшения капитальных затрат и удобства эксплуатации теплообменных агрегатов можно было бы принять равномерное распределение суммарного подогрева между ступенями, так как при этом достигается унификация оборудования для системы регенерации. При таком распределении подогрева оптимальная температура питательной воды составит:

где z - общее число ступеней подогрева (в нашем примере z = 9), t_к и - температура воды на выходе из конденсатора и температура насыщенной воды в экономайзере соответственно.

На выбор температуры питательной воды парогенератора влияют многие факторы. Например, при ее увеличении возрастают расход свежего пара и радиальные размеры ЦВД турбины, стоимость системы регенерации, расход энергии на привод питательных насосов, но удешевляются конденсаторы и система технического водоснабжения, снижаются радиальные размеры ЦНД и расход энергии на конденсатные насосы. Поэтому на практике оптимальная температура питательной воды определяется в результате технико-экономического анализа и примерно составляет:

- 230 ^оС для турбоустановок с начальным давлением пара 12,75 МПа;

- 265 ^оС при P_o = 23,5 МПа.

27. Каковы достоинства и недостатки регенеративных подогревателей смешивающего и поверхностного типов? Как определяется расход отборного пара в них и оптимальная величина недогрева?

В регенеративном подогревателе поверхностного типа внутри трубок теплообменной поверхности находится нагреваемая среда - в ПНД это конденсат, а в ПВД - питательная вода. В межтрубное пространство поступает пар из отбора турбины. Он конденсируется, соприкасаясь с более холодными трубками.

Регенеративные подогреватели смешивающего типа еще называют контактными подогревателями. В них нагрев воды осуществляется при ее смешении с отборным паром. Это означает, что давление в корпусе каждого последующего (по ходу воды) подогревателя больше, чем в предыдущем подогревателе, поскольку давление отборного пара выше. В связи с этим необходимо устанавливать насос после каждой ступени подогрева или же располагать подогреватели на разной высоте для обеспечения естественного перетока воды за счет гидростатического давления (без перекачивающего насоса).

Этого недостатка лишены поверхностные подогреватели, при использовании которых достаточно только двух насосов - конденсатного на всю группу ПНД и питательного для всех ПВД.

В свою очередь, недостатком поверхностных подогревателей является недогрев воды до температуры насыщения отборного пара из-за температурного перепада в стенках трубок. Увеличение недогрева несколько снижает выработку электроэнергии, ибо требуются более высокие параметры отборного пара для обеспечения нужной температуры нагреваемой среды. С другой стороны, уменьшение недогрева приводит к увеличению размеров теплообменной поверхности и, следовательно, стоимости подогревателя. Поэтому оптимальная величина недогрева определяется технико-экономическими расчетами и может составлять от 1,5-2 ^оС для латуни до 5 ^оС для нержавеющей стали.

Другим недостатком подогревателей поверхностного типа следует считать более высокую стоимость и меньшую надежность по сравнению с контактными подогревателями, так как наличие большого количества трубок поверхности теплообмена приводит не только к росту капитальных затрат на оборудование, но и повышает опасность выхода подогревателя из строя по причине коррозионных повреждений.

Расход отборного пара в регенеративный подогреватель поверхностного типа находится из уравнения теплового баланса, при составлении которого надо учесть потери энергии из-за внешнего охлаждения корпуса теплообменника. Они могут составлять примерно 1% от теплоты, отдаваемой отборным паром.

Для подогревателя смешивающего типа составляется два уравнения - материального и теплового баланса, причем потери теплоты в окружающую среду в уравнении теплового баланса можно не учитывать, поскольку они в одинаковой степени относятся и к греющей, и к нагреваемой среде.

28. Что такое коэффициент недовыработки мощности паром отбора? Как определяется расход свежего пара на турбоустановку с регенеративным подогревом питательной воды?

Отбор части пара из турбины ведет к недовыработке мощности этим потоком. Коэффициент недовыработки мощности паром отбора y показывает, какую долю теплоперепада не доработал отборный пар в турбине по отношению к полному теплоперепаду конденсационного потока (рис. 21).

Отсюда вытекает, что произведение коэффициента недовыработки на расход пара в отбор есть не что иное как некоторое дополнительное количество свежего пара, которое надо направлять в голову турбины для компенсации расхода части пара в систему регенерации.

Таким образом, расход свежего пара на турбоустановку с регенеративным подогревом питательной воды определяется как сумма расхода на чисто конденсационную турбину (с таким же рабочим процессом пара) и дополнительного расхода, компенсирующего пропуск пара во все регенеративные отборы.

29. Как влияет промперегрев пара на эффективность регенерации? Сравните эффективность регенерации на КЭС и ТЭЦ

Промежуточный перегрев пара уменьшает эффективность регенерации, т.е. снижает относительное повышение КПД, обусловленное регенеративным подогревом рабочего тела. Это происходит по следующим причинам:

- расход пара в нижние регенеративные отборы (т.е. отборы, расположенные после промперегрева) становится меньше, так как параметры отборного пара возрастают; отметим, что отборы, расположенные в турбине до направления пара на промперегрев, называют верхними;

- КПД исходного цикла (т.е. цикла с промперегревом, но без регенерации), с которым идет сравнение, выше, чем КПД цикла без промперегрева.

Ступень регенеративного подогрева, расположенную непосредственно перед промперегревом, называют «холодной», а ступень, следующую сразу за ним - «горячей». Оптимизация распределения подогрева воды между этими двумя ступенями дает основной выигрыш при многоступенчатой регенерации (такая задача может быть решена по методу «индифферентной» точки).

Рассмотрим теперь особенности регенеративного подогрева на ТЭЦ.

Температуры питательной воды на входе в парогенератор на ТЭЦ и КЭС примерно одинаковы (при аналогичных параметрах пара), а пар из регулируемых отборов теплофикационных турбин (производственного, отопительного) может использоваться и для регенеративного подогрева воды в конденсатно-питательном тракте.

Для решения задачи оптимального распределения подогрева рабочего тела теплофикационной турбоустановки весь интервал подогрева разбивают по греющему пару на три участка:

- от входа в турбину до верхнего регулируемого отбора;

- от верхнего до нижнего регулируемого отбора;

- от нижнего регулируемого отбора до выхода из турбины.

В пределах каждого из этих участков распределение подогрева между ступенями подчиняется тем же закономерностям, что и для чисто конденсационной турбоустановки.

Эффективность регенерации на ТЭЦ меньше, чем на КЭС, поскольку в теплофикационной турбоустановке осуществляется регенеративный подогрев не только основного конденсата турбины, но также обратного

конденсата от внешних потребителей теплоты и добавочной воды, восполняющей потери рабочего тела в цикле. Эти потери возникают в том числе и по причине неполного возврата конденсата от потребителей. Доля обратного конденсата для ТЭЦ может быть значительной, а его температура выше, чем у основного конденсата. Это уменьшает требуемый расход отборного пара и тем самым снижает эффективность регенеративного подогрева на ТЭЦ по сравнению с КЭС.

30. Какие бывают схемы вывода дренажей регенеративных подогревателей? Каково назначение охладителей дренажа и пароохладителей?

Общее правило слива дренажей на ТЭС заключается в том, что любой поток желательно направить в теплообменник с наиболее близкими параметрами рабочей среды.

Для группы регенеративных подогревателей высокого давления, как правило, применяется каскадный слив дренажей греющего пара, когда дренаж последнего перед парогенератором ПВД направляется в предпоследний и т.д., а из первого по ходу питательной воды ПВД - в деаэратор.

Для подогревателей низкого давления возможны следующие варианты:

- каскадный слив с направлением суммарного потока дренажей всех ПНД в конденсатор;

- закачивание дренажей ПНД дренажными насосами в линию основного конденсата, например, из первого по ходу конденсата ПНД на вход во второй ПНД;

- комбинация (сочетание) каскадного слива с дренажными насосами (рис. 22).

Для системы ПВД схема с дренажными насосами не применяется, так как создание насосов небольшой производительности для высоких температур рабочего тела затруднительно.

На рис. 22 показан охладитель дренажа (ОД), предназначенный для уменьшения необратимых термодинамических потерь, которые могли бы возникнуть при вскипании дренажа, сливаемого в корпус предыдущего ПНД. Дренаж образуется в результате конденсации греющего пара из отбора турбины и, следовательно, имеет температуру насыщения для давления в

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 22. Схема каскадного слива дренажей ПНД с дренажным насосом

межтрубном пространстве своего ПНД. В корпусе предыдущего по ходу конденсата ПНД давление меньше, поэтому сливаемый туда дренаж надо охладить, причем, как видно из рис. 22, использование для этой цели части потока основного конденсата обеспечивает как раз нужный уровень снижения температуры дренажа для предотвращения его вскипания.

Аналогичную роль выполняет пароохладитель (ПО), расположенный в одном корпусе с ПВД. В циклах перегретого пара во все или хотя бы в последние по ходу питательной воды ПВД поступает отборный пар в перегретом состоянии. Для уменьшения необратимых термодинамических потерь при его конденсации желательно сначала охладить этот пар до температуры насыщения, а только потом сконденсировать. Охлаждение перегретого отборного пара осуществляется частью потока питательной воды.

Уровень конденсата в регенеративном подогревателе должен контролироваться, ибо в случае его понижения возможен проскок пара на слив и, вследствие этого, недовыработка электроэнергии. А в обратном случае уменьшается доля поверхности теплообмена, на которой происходит конденсация греющего пара, и может даже произойти попадание воды в турбину.

31. Какие конструкционные материалы могут использоваться для изготовления теплообменных поверхностей ПВД и ПНД? Каковы основные правила для конструкций регенеративных подогревателей поверхностного типа?

Для изготовления теплообменной поверхности регенеративных подогревателей могут применяться углеродистые стали, латунь, нержавеющие стали. Выбор конструкционных материалов определяется в первую очередь его коррозионной стойкостью, а также теплофизическими свойствами, стоимостью, технологичностью.

Подогреватели высокого давления можно изготавливать из обычной углеродистой стали, ибо они расположены после деаэратора, где удаляются из воды коррозионно-агрессивные газы - кислород и двуокись углерода.

Для ПНД, как правило, используется латунь, обладающая более высокой коррозионной стойкостью и хорошей теплопроводностью. Исключением являются подогреватели низкого давления одноконтурных АЭС - здесь необходима нержавеющая сталь, поскольку применение медьсодержащих сплавов, к которым относится латунь, чревато выносом соединений меди в активную зону реактора с последующим выпадением их на тепловыделяющих элементах (твэлах) из-за высоких тепловых потоков.

Для конструкций поверхностных подогревателей должны выполняться следующие основные правила:

- среда с более высоким давлением направляется в трубки теплообменной поверхности (в регенеративных подогревателях это нагреваемая вода), а с меньшим давлением (в данном случае это греющий пар) - в межтрубное пространство; такое распределение потоков обеспечивает снижение металлоемкости теплообменного аппарата в целом;

- греющий пар из отбора турбины направляется сверху вниз для удобства слива дренажей и вывода воздуха из верхней части подогревателя.

32. Какие внутристанционные и внешние потери пара и конденсата имеют место на ТЭС и АЭС? Сравните потери рабочего тела на КЭС и ТЭЦ

Внутристанционные (или внутренние) потери пара и конденсата включают в себя следующие основные составляющие:

- утечки из-за неплотностей в соединениях трубопроводов и агрегатов, в арматуре; особого внимания с этой точки зрения требуют фланцевые соединения;

- расход на уплотнения турбины и на различные технические нужды, например, расход пара на разогрев мазута;

- потери дренажей и другие незначительные потери.

Кроме того, на ТЭС с барабанными котлами к внутренним потерям относят непрерывную продувку котловой воды, осуществляемую с целью снижения концентраций примесей в рабочем теле парогенерирующей установки.

Внутренние потери обычно составляют:

- на КЭС не более 1% от расхода пара на турбину;

- на ТЭЦ отопительного типа до 1,2%;

- до 1,6% на ТЭЦ промышленного и промышленно-отопительного типа.

ТЭЦ могут работать по открытой или закрытой схеме в зависимости от способа теплоснабжения потребителей.

Закрытая схема предполагает отпуск потребителю тепловой энергии через дополнительные теплообменные устройства, т.е. без каких-либо безвозвратных потерь рабочего тела пароводяного контура электростанции.

Если ТЭЦ работает по открытой схеме, то имеют место внешние потери рабочего тела в связи с неполным его возвратом. Например, невозврат конденсата пара от потребителей может достигать 50-70%.

КЭС не имеют внешних потерь пара и конденсата.

33. Какие существуют методы подготовки добавочной воды? Каковы назначение и принцип действия расширителей, испарителей и паропреобразователей?

Для восполнения потерь пара и конденсата на ТЭС осуществляется подготовка добавочной воды. Можно выделить два наиболее часто используемых способа водоподготовки - химический и термический.

Химический способ позволяет достичь требуемой чистоты добавочной воды с применением различных химических реагентов и фильтров. С их помощью из первичной неочищенной воды удаляются нерастворимые примеси и ионные соединения.

Термическая водоподготовка означает обессоливание методом испарения первичной воды с последующей конденсацией образовавшегося пара. Получаемый таким образом дистиллят имеет весьма высокую чистоту, а если она недостаточна, то повторным испарением и конденсацией можно получить бидистиллят.

Расширитель (Р) предназначен для снижения потерь с продувочной водой барабанного парогенератора (рис. 23).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 23. Схема включения расширителя (ОП - охладитель продувки)

Поскольку ионообменные смолы катионитного и анионитного фильтров не могут работать при высоких температурах, требуется снижение параметров продувочной воды в охладителе продувки с неизбежными при этом потерями теплоты. В расширителе часть продувочной воды превращается в насыщенный пар за счет уменьшения давления. Поскольку вынос примесей с паром очень мал, требуется очистка (а, значит, и охлаждение) только сепарата (рис. 23). Этим достигается значительное снижение потерь теплоты.

В испарителе (И) осуществляется термическая подготовка добавочной воды методом дистилляции (рис. 24).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 24. Схема включения испарителя

Для испарения воды используется греющий (первичный) пар из турбины. Образующийся вторичный пар поступает в конденсатор испарителя (КИ) для получения из него дистиллята. Продувка испарителя позволяет обеспечить требуемое качество подготовки воды.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 25. Схема включения паропреобразователя (ППР)

С помощью паропреобразователя (рис. 25) можно подавать тепловому потребителю вторичный пар, оставляя на ТЭЦ конденсат греющего (первичного) пара. Это целесообразно при высоком содержании примесей в сырой воде.

Температурный перепад в стенках теплообменной поверхности паропреобразователя составляет примерно 12-15 ^оС, что снижает тепловую экономичность турбоустановки.

Подаваемый потребителю пар необходимо немного перегреть в паро-паровом теплообменнике (ТО на рис. 25) во избежание его частичной конденсации при транспортировке по паропроводам.

34. Каковы назначение и состав конденсационной установки? Как выбираются конденсатные насосы?

Конденсационная установка (рис. 26) обеспечивает создание и поддержание разрежения (вакуума) в выхлопном патрубке турбины для повышения мощности турбоустановки за счет увеличения разности между начальным и конечным давлением пара, а, значит, и теплоперепада на турбину.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 26. Общая схема конденсационной установки

На рис. 26 показана общая схема конденсационной установки. В ее состав входят конденсаторы, конденсатные насосы и эжекторы.

В конденсаторе происходит конденсация отработавшего в турбине пара при его соприкосновении с трубками, в которых течет охлаждающая вода, поступающая из системы технического водоснабжения электростанции. При конденсации объем рабочего тела значительно уменьшается, что и обеспечивает понижение давления.

Кроме того, превращение пара в воду позволяет существенно снизить расход электроэнергии на собственные нужды ТЭС и АЭС, поскольку затраты энергии на транспортировку рабочего тела определяются прежде всего объемным расходом рабочего тела через перекачивающие агрегаты (насосы, компрессоры).

Конденсатор обеспечивает в определенной мере и деаэрацию конденсата, так как процесс конденсации идет при параметрах насыщения.

Трубки теплообменной поверхности конденсатора изготавливаются из латуни. Она обладает высокой теплопроводностью, что особенно важно для максимально возможного приближения температуры конденсации пара к температуре охлаждающей воды и тем самым снижения давления в конденсаторе.

Производительность конденсатных насосов (КН) выбирается исходя из полной нагрузки турбины в летний период, когда температура охлаждающей воды наиболее высока. Давление КН определяется гидравлическим сопротивлением всего конденсатного тракта - от конденсатора до деаэратора. Привод насосов - электрический.

При наличии полной очистки турбинного конденсата применяется двухподъемная схема включения конденсатных насосов, когда фильтры конденсатоочистки расположены между двумя ступенями КН (рис. 4). Насос первой ступени преодолевает сопротивление этих фильтров, а насос второй ступени - сопротивление конденсатного тракта (до деаэратора).

Отметим, что на КЭС 100%-ная очистка конденсата турбин считается обязательной. В отношении АЭС это обусловлено повышенными требованиями к герметичности теплообменных поверхностей парогенерирующих установок. Что касается современных ГРЭС, то там используются прямоточные котлы, требующие более высокого качества питательной воды по сравнению с барабанными котлами ТЭЦ, имеющими продувку. В тепловых схемах мощных турбоустановок ГРЭС конденсатоочистку принято называть блочной обессоливающей установкой (БОУ).

Резерв для конденсатных насосов обычно устанавливают из расчета: на два рабочих один резервный КН, обеспечивающий в случае необходимости до 50-60% суммарной нагрузки.

35. Каковы назначение и принцип действия эжектора? Почему на ТЭС и АЭС предусматриваются пусковые эжекторы наряду с основными?

электростанция пар вода тепловой

Давление в межтрубном пространстве конденсатора обычно составляет 0,0035-0,006 МПа. При таком глубоком вакууме неизбежны подсосы в него воздуха, в первую очередь из-за неплотностей в местах соединения корпуса конденсатора с выхлопным патрубком турбины.

Температура конденсации газов, входящих в состав атмосферного воздуха, намного ниже, чем для водяного пара, поэтому они не конденсируются в конденсаторе. Следовательно, подсосы неконденсирующихся газов в конденсатор турбины приводят к увеличению давления в нем. Это приводит к существенным негативным последствиям:

- снижается КПД цикла рабочего тела;

- ухудшаются условия теплообмена при конденсации пара.

Если не предпринимать мер по удалению этих газов из парового объема конденсатора, показатели тепловой экономичности турбоустановки будут постепенно снижаться до неприемлемых значений. Этим обусловлена необходимость использования эжекторов - струйных насосов для отсоса воздуха из конденсатора.

Принцип действия эжектора виден из рис. 26. Разрежение создается за счет движения потока какого-либо жидкого или газообразного рабочего тела по каналу, что приводит (вследствие массопереноса) к снижению давления в нужной емкости.

Если в качестве рабочего тела используется пар, то эжектор называется пароструйным, а если вода, то водоструйным. При обычном режиме турбоустановки включены основные эжекторы, использующие, например, выпар деаэратора. При пуске энергоблока используется пусковой эжектор, работающий, в отличие от основного, при переменных режимах. Он начинает работу при давлении всасывания, равном атмосферному, а отключается, когда это давление снижается до расчетного, и в дальнейшем вакуум поддерживается основными эжекторами.

Для пускового эжектора резерв не предусматривается, а для основных эжекторов обычно один резервный приходится на два рабочих.

36. Каковы назначение и структура системы технического водоснабжения? Для каких целей используется техническая вода на ТЭС и АЭС?

Системой технического водоснабжения (СТВ) электростанции называют совокупность отдельных систем охлаждения, объединенных в одну СТВ. Технической водой называют химически неочищенную (сырую) воду, используемую для охлаждения. Другие ее названия - циркуляционная или охлаждающая вода.

На рис. 27 приведена принципиальная схема технического водоснабжения пылеугольной ТЭС.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 27. Принципиальная схема технического водоснабжения пылеугольной ТЭС (ЗШО - золошлакоотвал, СО - различные системы охлаждения, Н - насосы)

В состав СТВ входят:

- источник водоснабжения (река, озеро, водохранилище, море, артезианские скважины);

- циркуляционные насосы;

- водоводы (подводящие и отводящие трубопроводы или каналы);

- охладители воды (градирни, брызгальные бассейны, пруды-охладители), если они необходимы для данного типа СТВ.

При строительстве ТЭС и АЭС капиталовложения в СТВ могут достигать 5-10% от всей сметной стоимости электростанции.

Техническая вода может использоваться в следующих целях:

- охлаждение конденсаторов турбин; эта составляющая расхода технической воды является наиболее значительной, например, на ГРЭС в конденсаторы турбин поступает до 90-95%, а на АЭС - примерно 90% от всего расхода воды СТВ;

- на газоохладители электрогенераторов;

- на маслоохладители турбин;

- на химводоподготовку для восполнения потерь пара и конденсата;

- на гидрозолошлакоудаление (на пылеугольных ТЭС);

- на охлаждение устройств газоочистки;

- на системы охлаждения вспомогательных устройств и механизмов.

На АЭС важными потребителями воды являются также бассейны выдержки и перегрузки отработавшего топлива.

37. Какие существуют типы систем технического водоснабжения, каковы их достоинства и недостатки? Сравните охладители различных оборотных СТВ по глубине вакуума в конденсаторе турбины и расходу электроэнергии на привод циркуляционных насосов. Как выбираются циркуляционные насосы?

Бывают два основных типа СТВ:

- прямоточная; в такой СТВ охлаждающая вода проходит через агрегаты станции однократно;

- оборотная; здесь вода используется многократно.

Общее правило, как отличить эти два типа СТВ, состоит в следующем: СТВ может считаться прямоточной, если дебит (поступление свежей воды в единицу времени) используемого водоисточника не менее чем в 2-3 раза превышает потребности электростанции в охлаждающей воде.

В свою очередь, оборотные СТВ различаются по охладителю воды:

- с прудами-охладителями (естественными или искусственными);

- с градирнями;

- с брызгальными бассейнами.

Среднегодовая температура охлаждающей воды в средней полосе европейской части России существенно зависит от типа СТВ:

- 8-12 ^оС для прямоточных систем;

- 10-14 ^оС для оборотных систем с прудом-охладителем;

- 18-22 ^оС для оборотных систем с градирнями или брызгальными бассейнами.

Это говорит о том, что прямоточные СТВ обеспечивают более глубокий вакуум в конденсаторе турбины по сравнению со всеми типами оборотных систем.

Кроме того, прямоточная система в 2-4 раза дешевле оборотной по капитальным затратам.

Главным достоинством оборотных СТВ с градирнями является то, что они занимают мало места и умещаются на площадке электростанции. Градирни рассеивают теплоту в атмосферном воздухе, а не в водоемах, что с экологической точки зрения также является их преимуществом. В маловодных регионах могут применяться сухие градирни (градирни Геллера) с теплообменной поверхностью из алюминия.

Градирни являются предпочтительным вариантом для городских ТЭЦ, где важна экономия площади застройки, да и расход пара в конденсаторы теплофикационных турбин меньше, чем на КЭС.

Искусственные пруды-охладители могут сооружаться с наименьшей высотой подъема воды циркуляционными насосами (ЦН) - примерно 2-8 м, в то время как для прямоточных систем - 8-12 м, а при использовании градирен - 18-20 м. Чем меньше высота подъема, тем ниже расход электроэнергии на привод ЦН.

Если охлаждающая вода забирается из реки, пруда или моря, то насосная станция располагается на берегу и имеет несколько циркуляционных насосов (обычно не менее четырех), суммарная производительность которых равна расчетной. Резерв может предусматриваться только для морской воды ввиду частого ремонта насосов.

Для СТВ с градирнями или брызгальными бассейнами на каждый блок или турбину берутся два ЦН, которые размещаются непосредственно в турбинном отделении или пристрое к нему. Каждый из этих насосов рассчитан на 60% от суммарного расчетного расхода воды.

38. Каково назначение деаэрации на ТЭС и АЭС? Опишите пути поступления газов в пароводяной контур. Каково воздействие растворенных в воде газов на работоспособность оборудования?

Деаэрационно-питательную установку можно условно разделить на две - деаэрационную и питательную.

Начнем рассмотрение с деаэрационной установки.

Назначение деаэрации на ТЭС и АЭС - удаление растворенных в воде газов:

- из питательной воды котлов и парогенераторов;

- из подпиточной воды теплосетей;

- из воды, потребляемой испарителями и паропреобразователями.

Газы могут поступать в пароводяной контур несколькими путями:

- подсосы воздуха в корпус конденсатора, конденсатные насосы и первые по ходу конденсата ПНД, работающие на вакуумных отборах турбины;

- некоторый вклад может внести поступление газов с добавочной водой, в зависимости от принятого способа водоподготовки;

- с присосами охлаждающей воды в паровой объем конденсатора в контур поступают бикарбонаты; по мере нагрева конденсата происходит их термическое разложение с выделением углекислого газа:

Растворенные в воде кислород и углекислый газ являются коррозионно-опасными примесями.

Кислород в воде высокой чистоты (с электропроводностью не более 0,1 мкСм/см - микросименс на сантиметр) может создавать защитную пленку, предохраняющую металл от коррозии, но в присутствии естественных примесей воды (катионы натрия, кальция, магния, карбонат-ион, хлор-ион, кремнекислота и др.) приводит к резкому ускорению коррозионного разрушения агрегатов и трубопроводов.

Двуокись углерода при растворении в воде образует углекислоту, которая сама по себе вызывает коррозию, а также ускоряет коррозионное воздействие кислорода.

Таким образом, растворенные в воде газы могут привести к снижению работоспособности оборудования электростанций - ухудшению эксплуатационных характеристик и уменьшению надежности агрегатов.

39. Какие существуют способы деаэрации воды? Каков принцип действия деаэраторов ТЭС и АЭС?

Основными способами деаэрации воды являются термический и химический.

Термическая деаэрация основана на законе Генри-Дальтона: концентрация какого-либо растворенного в воде газа прямо пропорциональна парциальному давлению этого газа над водой. Если нагреть воду до температуры насыщения, то над ее поверхностью парциальное давление водяного пара станет намного больше парциального давления любого газа, находящегося в воде. Это приведет к тому, что все газы покинут водный объем. Кроме того, с повышением температуры растворимость газов сама по себе уменьшается.

Химическая деаэрация основана на использовании различных химических реагентов для уменьшения содержания в воде определенных газов. Например, при гидразинно-аммиачном водном режиме (ГАВР) парогенераторов на всас питательного насоса подается гидразин N₂H₄ для связывания кислорода:

N₂H₄ + O₂ > N₂ + 2H₂O

Для снижения концентрации свободной углекислоты дозируется аммиак:

2NH₃ + H₂CO₃ > (NH₄)₂CO₃

Аммиак вводится с некоторым избытком, что позволяет поддерживать слабощелочную среду для уменьшения скорости коррозии.

Для обработки основного конденсата на электростанции применяется термический способ. Деаэраторы ТЭС и АЭС обеспечивают удаление растворенных в воде газов путем доведения конденсата до температуры насыщения за счет теплоты отборного пара из турбины (рис.28)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 28. Схема включения деаэратора

Охладитель выпара предназначен для уменьшения потерь теплоты при деаэрации рабочего тела.

40. Приведите классификацию деаэраторов. Каковы условия применимости бездеаэраторных схем?

Деаэраторы классифицируются прежде всего по рабочему давлению:

- деаэраторы высокого давления (ДВД), рассчитанные на рабочее давление 0,6-0,7 МПа и предназначенные для удаления газов из питательной воды парогенераторов с начальным давлением пара 10 МПа и выше; даже в случае вынужденного отключения регенеративных подогревателей высокого давления ДВД обеспечивают достаточно высокую температуру питательной воды - порядка 160 ^оС;

- атмосферные деаэраторы с рабочим давлением 0,10-0,11 МПа (температура примерно 104 ^оС), которые могут применяться для обработки добавочной воды, питательной воды испарителей, подпиточной воды теплосетей;

- деаэраторы низкого давления (ДНД), называемые еще вакуумными деаэраторами; здесь температура деаэрируемой воды составляет меньше 100 ^оС, поэтому рабочее давление должно быть ниже атмосферного, и в связи с этим необходим эжектор для отсоса выпара; ДНД применяются обычно в качестве деаэраторов подпитки теплосети (ДПТС) и на химводоподготовке.

По способу подвода греющего пара бывают:

- барботажные деаэраторы, в которых пар вводится под уровень деаэрируемой воды; это обеспечивает хорошее качество деаэрации, но требует более высоких параметров отборного пара для преодоления гидростатического давления;

- деаэраторы смешивающего типа; в таких аппаратах пар движется снизу вверх, а навстречу вода, поток которой необходимо дробить тем или иным способом для увеличения общей поверхности ее соприкосновения с паром;

- деаэраторы перегретой воды; перегрев деаэрируемой воды 5-10 ^оС обеспечивает качественную деаэрацию, но усложняет конструкцию.

По способу дробления воды деаэраторы делятся на струйные, пленочные и сопловые.

В струйных деаэраторах предусмотрены дырчатые тарелки, с помощью которых вода распадается на капли. Недостатком здесь является снижение качества деаэрации при повышении производительности аппарата.

Пленочные деаэраторы имеют пакеты из вертикальных или наклонных пластин для стекания по ним деаэрируемой воды. Пропускная способность таких аппаратов невысока, и к тому же возможны перекосы в насадочном слое.

Сопловой способ дробления воды может применяться в деаэраторах перегретой воды. Сопловые деаэраторы имеют невысокую надежность вследствие повышенной коррозии и образования отложений, а также проблем с регулировкой.

На современных энергоблоках широко распространены струйно-барботажные деаэраторы, в которых предусмотрены две ступени деаэрации - барботажная (вносящая основной вклад) и струйная.

При нейтрально-кислородном водном режиме (НКВР) конденсатно-питательного тракта возможно использование бездеаэраторной схемы турбоустановки. Кислород вводится в рабочее тело для создания плотной защитной окисной пленки на металлических поверхностях оборудования. При этом величина рН воды находится вблизи нейтрального значения pH = 7. Поскольку кислород оказывает защитное действие только при высокой чистоте воды, непременным условием применимости НКВР является наличие полной очистки турбинного конденсата. Еще одно важное ограничение - отсутствие медьсодержащих конструкционных материалов на тракте регенеративных подогревателей, так как кислород вызывает повышенную коррозию меди.

В бездеаэраторной схеме остается только деаэрация в конденсаторе, а отсутствие регенеративного подогрева в деаэраторе компенсируется еще одним ПВД или увеличением подогрева в имеющихся ПНД. Отказ от деаэратора облегчает компоновку главного здания электростанции, ибо он должен располагаться на деаэраторной этажерке на значительной высоте.

На действующих станциях переход к бездеаэраторной схеме может осуществляться закрытием выпара деаэратора, который при этом становится обычным смешивающим подогревателем при меньшем расходе отборного пара.

41. Каково назначение питательной установки? Зачем устанавливается бустерный насос? Каковы возможные схемы включения питательных насосов?

Питательные насосы (ПН) создают необходимое рабочее давление в парогенераторе, а также преодолевают гидравлическое сопротивление питательного тракта, включая все ПВД.

В питательную установку помимо ПН может входить бустерный насос (БН). Это предвключенный «подталкивающий» насос с небольшим числом оборотов, который создает подпор на всасе основного питательного насоса для улучшения условий его работы (рис. 28).

Возможны две схемы включения питательных насосов:

- одноподъемная схема, в которой ПН устанавливается только после деаэратора перед первым по ходу питательной воды ПВД; данная схема получила наибольшее распространение ввиду ее простоты и повышенной надежности, обусловленной более низкой температурой поступающего на всас ПН рабочего тела;

- двухподъемная схема с питательными насосами первой ступени перед ПВД и второй ступени непосредственно перед парогенератором обеспечивает снижение металлоемкости при изготовлении подогревателей высокого давления, так как давление в них меньше, чем при одноподъемной схеме.

42. Обоснуйте взаимное расположение по высоте питательного насоса и деаэратора. Какие существуют типы привода питательных насосов, каковы их достоинства и недостатки? Как производится выбор мощности и количества питательных насосов?

В конструкции деаэратора предусмотрен аккумуляторный бак для создания запаса деаэрированной воды на 5-10 минут работы питательного насоса.

Этот бак питательной воды располагают на некоторой высоте над ПН для предотвращения кавитации (вскипания) рабочего тела на всасе насоса.

Дело в том, что рабочий процесс в деаэраторе происходит при температуре насыщения, а питательная вода проходит путь оттуда до входа в ПН за короткое время и не успевает остыть. Это означает, что даже небольшой подогрев воды в насосе (а он неизбежен) вызовет ее вскипание, которое может привести к срыву насоса.

Если же мы расположим деаэраторный бак выше питательного насоса, то за счет гидростатического давления, обусловленного разностью высот, питательная вода на всасе ПН окажется недогретой до температуры насыщения, соответствующей новому, более высокому давлению рабочего тела.

Наиболее широко распространенные деаэраторы ТЭС и АЭС, которые рассчитаны на рабочее давление 0,7 МПа, могут располагаться примерно на 10-12 м выше питательных насосов.

Питательный насос может иметь электрический привод или турбопривод. Электропривод обычно применяется на ТЭС с докритическим давлением острого пара. Его достоинствами являются простота, высокий КПД, быстрый пуск в работу.

Однако единичная мощность питательных электронасосов (ПЭН) ограничена, поэтому для мощных энергоблоков с большими расходами питательной воды предпочтительнее турбопривод, т.е. привод питательного насоса от специальной паровой турбины. Она может работать на паре главной турбины, прошедшем промперегрев, или на остром паре, а конденсат отработавшего пара направляется в конденсатный тракт или конденсатор.

Помимо высокой мощности, у турбопривода есть еще одно достоинство - экономичное регулирование производительности питательного насоса за счет изменения числа оборотов приводной турбины.

При выборе питательных насосов их мощность рассчитывают на максимальную нагрузку электростанции с запасом по расходу питательной воды не менее 5%.

Для энергоблока ТЭС берут, как правило, один основной ПН и один резервный, который может обеспечить 30-50% расчетной нагрузки. Если же основных насосов два, то резерв не предусматривается.

На неблочных станциях вопрос о резервировании ПН решается в зависимости от количества основных насосов.

При использовании ПН с турбоприводом на АЭС необходимо предусмотреть аварийные ПЭНы с небольшой подачей и надежным питанием от автономного источника. Например, на энергоблоке АЭС с реактором типа ВВЭР-1000 имеется 2 основных турбонасоса и 4 аварийных электронасоса с подачей 2-3% от номинальной.

Если электростанция является изолированной (т.е. не входящей в энергосистему), то для ее пуска с нуля необходимы резервные питательные насосы с турбоприводом.

43. Как определяется присоединенная тепловая нагрузка электростанции? Приведите классификацию систем теплоснабжения

Присоединенная тепловая нагрузка электростанции включает в себя:

- отпуск технологического пара промышленным потребителям;

- отопительную нагрузку (отопление и вентиляция зданий, горячее водоснабжение).

Рассмотрим эти составляющие суммарной тепловой нагрузки.

Отпуск пара на технологические нужды может осуществляться несколькими способами:

- из регулируемых отборов теплофикационной турбины и/или из противодавления; это наиболее экономичный вариант отпуска пара;

- через паропреобразователи; такой способ может применяться при низком качестве исходной воды;

- непосредственно из котла со снижением температуры и давления, если, например, турбина остановлена или потребность в паре очень высока.

Расчетный расход тепловой энергии на отопление зданий учитывает объем помещений и их характеристики. Максимальная нагрузка определяется по средней температуре наиболее холодных пятидневок из четырех самых холодных зим за последние 25 лет. Эта температура составляет для Москвы и Санкт-Петербурга минус 25 ^оС, Екатеринбурга - минус 31 ^оС, Новосибирска - минус 39 ^оС. Отопление может включаться при выполнении, например, такого условия: среднесуточная температура наружного воздуха не превышает 8 ^оС в течение трех дней подряд. Аналогичные правила существуют и для отключения отопления.

Расход тепловой энергии на вентиляцию зданий зависит от внутреннего объема помещений и скорости (кратности) обмена воздуха в них, а также от температуры наружного воздуха.

Для расчета тепловой нагрузки, связанной с горячим водоснабжением, требуется установить среднесуточную норму расхода горячей воды в расчете на одного жителя.

По типу рабочего тела системы теплоснабжения могут быть паровыми, что в настоящее время встречается очень редко, или водяными. Достоинствами водяных систем являются высокая аккумулирующая способность и возможность подачи тепловой энергии на большие расстояния (до десятков километров), а также, в отличие от паровых систем, относительно невысокие температуры воды у потребителя.