20вопрос

Охлаждение конденсаторов турбин

Основные потребители охлаждающей воды (до 90% всего расхода) — конденсаторы турбин. Кроме того конденсаторы требуют наиболее глубокого охлаждения, т. е. наименьшей температуры воды на входе. Поэтому выбор системы охлаждения технической воды нужно рассматривать прежде всего применительно к циркуляционной воде конденсаторов.

Удобнее всего располагать АЭС вблизи крупного естественного источника с забором из него холодной воды и сбросом в него же нагретой. При этом охлаждающая вода проходит теплообменные устройства станции однократно (без циркуляции). Такую систему называют проточной или прямоточной. Она применяется в случаях, когда источником водоснабжения являются озеро, море или река (при минимальном дебите, в 2—3 раза превышающем потребности станции в охлаждающей воде). Если это условие не удовлетворяется, то необходимо циркуляционное (оборотное) водоснабжение, при котором охлаждающая вода проходит через теплообменные устройства станции многократно. Возможна также смешанная система технического водоснабжения, представляющая собой комбинацию прямоточного и оборотного. В оборотных системах водоснабжения для охлаждения циркуляционной воды используют

естественные или искусственные пруды, брызгальные бассейны и градирни. Для прямоточного и особенно для, прудового водоснабжения сбрысываемую теплую воду надо подавать с некоторым заглублением во избежание образования туманов над водоемом в близлежащей местности, а также возможного «цветения» воды.

От выбранной схемы водоснабжения зависят начальная температура охлаждающей воды, поступающей на станцию, а следовательно, и возможная глубина вакуума в конденсаторе и значения потребных теплообменных поверхностей. В табл.1 приведены среднегодовые температуры охлаждающей воды при входе еѐ на станцию в зависимости от системы технического водоснабжения для основных географических районов России.

Расход воды на охлаждение конденсаторов зависит от выбранного значения кратности охлаждения m. Его значение зависит от конструкции конденсатора и организации движения воды

внем. Вода может пройти конденсатор одним потоком (одноходовой конденсатор), но может образовать и несколько ходов. В двухходовом конденсаторе вода проходит сначала по трубкам нижней половины конденсатора, затем через поворотную камеру поступает в трубки верхней половины.

От скорости охлаждающей воды в трубках конденсатора зависят коэффициенты теплопередачи и потребная поверхность теплообмена в нем. С увеличением скоростей повышается сопротивление конденсатора по стороне воды, а потому и расход электроэнергии на перекачку. Это существенно ограничивает применяемые скорости. Кроме того, ограничение скоростей воды связано и с опасениями так называемой ударной (или струйной) коррозии трубок под воздействием струй охлаждающей воды. Обычно скорости воды принимаются для речных вод

впределах до 2 м/с, а для морских в связи с их агрессивностью — не более 1,5 м/с.

Поддержание одних и тех же скоростей воды заставляет при одноходовых конденсаторах пропускать через них большие расходы воды, чем при двухходовых, так как общее число трубок в трубной доске остается тем же. Кратности охлаждения для одноходовых конденсаторов получаются наибольшими и обычно выше оптимальных по технико-экономическим соображениям. Одноходовые конденсаторы используют только при прямоточных системах охлаждения или при последовательном включении двух конденсаторов. Расчеты показывают, что наилучшие показатели имеют двухходовые конденсаторы. Более сложные трехходовые конструкции для мощных турбин вообще не характерны, так как их сопротивление велико, а вход и выход водоводов не односторонни, что неудобно в компоновке.

Глубокая очистка охлаждающей воды экономически нецелесообразна ввиду ее очень больших расходов. Поэтому в трубках конденсаторов возможны наносные отложения и карбонатное накипеобразование. Для борьбы с наносными отложениями применяют механическую очистку перед циркуляционными насосами, дополняемую очисткой

7 — задвижка на сливных водоотводах; 8 — задвижка на перемычке; 9—механические фильтры; 10—перемычка напорных водоводов; 11 — сброс промывочной воды механических фильтров; 12

— циркуляционные насосы Каждый из насосов подает воду только в одну половину конденсатора. Водоснабжение

масло- и газоохладителей генераторов производят из перемычки от любого из насосов. Охлаждающая вода масло- и газоохладителей проходит сетчатые механические фильтры. В зимнее время применяют рециркуляцию воды по линии 6, чтобы исключить выпадение влаги в газоохладителе генератора. Чтобы влага не попадала в маслосистему, давление воды в маслоохладителях должно быть ниже давления масла, поэтому гидравлическое сопротивление маслоохладителей невелико и установка дополнительных насосов не требуется. В процессе пуска циркуляционной системы из всех ее верхних точек с помощью пускового водо-водяного эжектора 3 должен быть удален воздух, для чего предусматривают соответствующие отводы.

Расход охлаждающей воды на конденсаторы турбин при прямоточной системе технического водоснабжения

где п — число конденсаторов; т — кратность охлаждения; DK — расход пара в конденсаторы турбин, который определяют для максимальной мощности турбины и наименьшего вакуума (летний период); WОХ.Г — расход воды на охлаждение масло- и газоохладителей всех турбогенераторов.

Оборотные системы работают по принципу испарительного охлаждения, т. е. отвод теплоты в воздух происходит за счет парообразования части охлаждающей воды, с выбросом в атмосферу образовавшегося пара. Кроме того, оборотные системы имеют потери воды, уносимой с паром, и постоянную продувку. С учетом этих обстоятельств при оборотной системе технического водоснабжения на ее подпитку необходим расход воды

где WОХ.ИСП— количество испаренной влаги в охладителе оборотной системы в расчете на один конденсатор; WОХ.ПРОД — расход воды на продувку оборотной системы; WОХ.УН — унос влаги.

Определим WОХ.ИСП .При конденсации пара в конденсаторах необходимо отвести теплоту, определяемую как n DKхr Это количество теплоты передается технической воде, т. е. тепловой баланс для п конденсаторов составляет

где DK— расход влажного пара в каждый конденсатор; т—кратность охлаждения; xK— степень сухости пара, поступающего на конденсацию; rK— теплота конденсации для условий конденсатора; hОХ1 и hОХ2 — энтальпии охлаждающей воды до и после конденсатора.

Так как охлаждение циркуляционной воды оборотной системы происходит за счет испарения части воды, то тепловой баланс охладительной установки составляет

где хОХ — степень сухости пара, образуемого в охладителе; rОХ— теплота парообразования для условий охладителя.

В интервале давлений 0,003— 0,1 МПа теплота парообразования практически постоянна. Степень сухости пара, поступающего в конденсатор, составляет 0,93—0,83, а для пара, выделяющегося из циркуляционной воды, близка к единице. Поэтому можно считать, что

Тогда совместное рассмотрение уравнений (3) и (4) даѐт

Из (6) видно, что количество воды, теряемое оборотной системой на испарение, примерно равно расходу пара в конденсаторы турбин, т. е. оно довольно значительно, хотя существенно (в т раз) меньше, чем расход циркулирующей воды. Так, для АЭС мощностью 1000 МВт расход воды

на испарение в охладителе оборотной системы, т. е. потеря воды в циркуляционной системе, составляет около 3000 т/ч при общем расходе, воды, циркулирующей в оборотной системе

технического водоснабжения, до 200 000 т/ч. Значение WОХ.ПРОД + WОХ.УН входящее в (2), принимают до 5% от WОХ.ИСП.

Суммарный расход технической воды на АЭС определяют увеличивая примерно на 10%. расход воды на конденсаторы турбин.