Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Национальный исследовательский томский политехнический университет»

Институт электронного обучения

Теплоэнергетика и теплотехника

Реферат

по дисциплине: УИРС

Теплообменное оборудование паротурбинных установок теплоэлектростанций

Исполнитель:

студент группы З-5Б11

Алексеева Т.В.

Томск 2015

Содержание

• Введение
• 1. Регенеративные подогреватели
• 1.1 Подогреватели высокого давления
• 1.2 Подогреватели низкого давления
• 1.2.1 Подогреватели низкого давления поверхностного типа
• 1.2.2 Подогреватели низкого давления смешивающего типа
• 2. Сетевые подогреватели
• 3. Деаэратор
• 3.1 Струйные деаэраторы
• 3.2 Пленочные деаэраторы
• 3.3 Барботажные деаэраторы
• 3.4 Комбинированные деаэраторы
• 4. Испарители
• 5. Заключение
• Список литературы
• Приложение А


Введение

Тепломеханическое и вспомогательное оборудование играет большую роль в обеспечении надежной и экономичной работы электростанции. Теплообменные аппараты паротурбинных установок (ПТУ) являются крупногабаритным, металлоемким и дорогостоящим оборудованием, существенно влияющим, а иногда и определяющим эффективность и надежность работы ТЭС. В системе регенеративного подогрева питательной воды применяются подогреватели высокого давления (ПВД) коллекторного или камерного типа; подогреватели низкого давления (ПНД) камерного и смешивающего типа; деаэраторы; испарители; охладители пара, конденсата и продувочной воды; сальниковые подогреватели для утилизации пара уплотнений турбины; охладители пара эжекторов. Для подогрева сетевой воды используются сетевые подогреватели вертикального и горизонтального типов. Большую роль для надежной работы оборудования выполняют деаэраторы. Для термической подготовки добавочной воды применяются испарители. Вне тепловой схемы турбоустановки теплообменное оборудование используется для охлаждения масла и подогрева мазута; подогрева и охлаждения воды, воздуха и газов.

Сложность процессов, происходящих в теплообменных аппаратах ПТУ, обусловлена совокупным влиянием большого количества факторов, определяющих эффективность и надежность работы аппаратов.

В данной работе мы рассмотрим основное теплообменное оборудование паротурбинных установок ТЭС, конструкцию и назначение.

1. Регенеративные подогреватели

Подогрев питательной воды и конденсата паром из отборов турбины осуществляется в регенеративных подогревателях. Эффективность регенеративного подогрева зависит от правильного выбора параметров пара регенеративных отборов, числа регенеративных подогревателей, их схемы включения и типа. По месту включения в тепловую схему турбоустановки разделяются на регенеративные подогреватели высокого низкого давления.

К регенеративным подогревателям электростанций предъявляются высокие требования по надежности и обеспечению заданных параметров подогрева воды - они должны быть герметичны и иметь возможность доступа к отдельным их узлам и очистки поверхностей нагрева от отложений. Для предотвращения вскипания нагреваемой среды и гидравлических ударов в поверхностях нагрева давление греющего пара должно быть ниже давления воды.

Конструкция подогревателей должна компенсировать температурные изменения всех элементов и создавать максимальную скорость их прогрева. Должны быть обеспечены также возможность дренирования всех полостей подогревателя и условия максимального использования теплоты греющего пара.

По принципу организации использования теплоты регенеративные подогреватели делятся на поверхностные и смешивающие. Последние используются на ТЭС только в качестве подогревателей низкого давления.

Заводы-изготовители в соответствии с требованиями ОСТ 108.271.17-76 используют для маркировки регенеративных подогревателей буквенные и цифровые обозначения: ПН-400-26-7-I, ПВ-1600-380, где первые буквы обозначают место подогревателя и его тип, первое число - площадь поверхности теплообмена, м², второе и третье число - давление нагреваемой среды и греющего пара, последняя римская цифра указывает модификацию.

1.1 Подогреватели высокого давления

Подогреватели высокого давления (ПВД) располагаются между котлом и питательным насосом, используют теплоту пара, отбираемого из области высокого и среднего давления турбины. Давление питательной воды в них определяется напором, развиваемым питательным насосом. Высокое давление воды в ПВД предъявляет серьезные требования к их конструкции и прочностным свойствам применяемых материалов.

Главным изготовителем ПВД в стране для турбоустановок ТЭС и АЭС является ПО «Красный котельщик» Таганрогского котельного завода (ТКЗ).

Конструктивно все выпускаемые на ТКЗ ПВД представляют собой вертикальный аппарат сварной конструкции коллекторного типа с поверхностью теплообмена, набранной из свитых в спирали гладких труб, приваренных к вертикальным раздающим и собирающим коллекторным трубам.

Каждый из подогревателей рассчитан на тепловые потоки и параметры, определяемые тепловым балансом соответствующих отборов паровой турбины.

По принципу использования тепла греющей среды при подогреве питательной воды поверхность теплообмена ПВД делится на следующие зоны:

- ОП - охладитель перегретого пара с конвективным теплообменом при охлаждении перегретого пара, т. е. с температурой стенки труб выше его температуры насыщения при давлении в данной зоне;

- СП - собственно подогреватель с теплообменом при конденсации греющего пара;

- ОК - охладитель конденсата с конвективным теплообменом при охлаждении конденсата греющего пара.

Все три зоны, практически всегда, расположены в одном корпусе ПВД. К аппарату подводятся и отводятся потоки нагреваемой питательной воды, подаваемой питательным насосом из деаэратора или предыдущего ПВД, греющего пара из отборов турбины и конденсата этого пара. Слив конденсата греющего пара в группе ПВД осуществляется по каскадной схеме в деаэратор.

Основными узлами подогревателя является корпус и трубная система.

После входного патрубка поток питательной воды разветвляется по раздающим коллекторам. Диафрагмы, установленные на этих коллекторах, разделяют потоки в зоне ОК и ОП. После нагрева части потока в зоне ОК происходит смешение его с основными потоками питатель- ной воды, прошедшими через отверстия в диафрагмах. По спиральным трубным элементам поверхности теплообмена зоны СП питательная вода проходит в собирающие коллекторы, откуда одна часть поступает в выходной патрубок аппарата, а другая, пройдя параллельно спиральные трубные элементы зоны ОП, поступает в сливную трубу и затем смешивается с основным потоком перед выходом из подогревателя.

Греющий пар подводится в корпус подогревателя через паровой штуцер. Если нет охладителя пара, то пар подводят непосредственно в корпус подогревателя. При наличии охладителя пара пар может подводиться сверху и снизу. При верхнем подводе пара уменьшается длина паровой трубы, но требуется специальный узел для ввода пара в подогреватель, который требует разборки при ремонте подогревателя. При нижнем подводе узел ввода пара не нужен, но паровую трубу, проходящую через зону ОК, необходимо помещать в отдельный кожух, защищающий ее от переохлаждения конденсатом в области нижнего днища.

паротурбинный теплоэлектростанция подогреватель деаэратор

Рис. 1. Подогреватель высокого давления ПВ-1600:

а - общий вид; б - схема движения воды в трубной системе; 1 - корпус; 2 - спираль; 3 - перегородки в трубной системе; 4 - охладитель конденсата; 5 - коллектор; В - вход воды; Г - выход воды; Д - вход греющего пара; Е - отвод конденсата; А-А - разрез над перегородкой в зоне СП; Б-Б - разрез в зоне ОК

1.2 Подогреватели низкого давления

Подогреватели низкого давления (ПНД) располагаются между конденсатором турбины и питательным насосом. Движение воды в них происходит под давлением конденсатного насоса. Разделяются на подогреватели поверхностного и смешивающего типа.

1.2.1 Подогреватели низкого давления поверхностного типа

Конструктивная схема подогревателя должна обеспечить наиболее полное использование теплоты греющего пара, который может быть перегретым или насыщенным. Поверхность нагрева этого подогревателя включает 1452 U-образные трубки, концы которых закреплены в трубной доске, установленной между фланцами водяной камеры и корпуса. Внутри водяной камеры размещены анкерные болты для укрепления трубной доски и передачи части веса трубной системы на крышку корпуса. Там же устанавливаются перегородки для разделения потока воды на несколько ходов. Подвод греющего пара осуществляется через паровой патрубок, против которого установлен отбойный щит, связанный с каркасом трубного пучка. Для улучшения условий передачи теплоты в корпусе установлены перегородки, обеспечивающие трехходовое поперечное движение пара. Отвод конденсата греющего пара производится из нижней части корпуса. Из зоны над уровнем конденсата греющего пара через перфорированную полукольцевую трубу осуществляется отвод неконденсирующихся газов и воздуха. Для контроля за уровнем конденсата и его регулирования в корпусе в нижней части его имеются штуцера присоединения водомерного стекла и импульсных трубок регулятора. Обычно уровень конденсата в корпусе ПНД не превышает 1000 мм.

1.2.2 Подогреватели низкого давления смешивающего типа

В настоящее время созданы подогреватели смешивающего типа, которые используются в регенеративных системах крупных энергоблоков (мощностью 200, 300, 500 и 800 МВт).

Основное условие эффективной работы этих подогревателей - обеспечение равномерного распределения в аппарате взаимодействующих фаз (пара и воды). При этом необходимо обеспечить как можно большую поверхность их соприкосновения. Увеличения поверхности воды можно достигнуть путем дробления ее на пленки, капли или тонкие струи. Дробление воды производится с помощью перфорированных тарелок, различных разбрызгивающих сопл или насадок.

На рис. 3 показан вертикальный подогреватель смешивающего типа. Такие подогреватели применяются в настоящее время на блоках мощностью 200, 300, 500 и 800 МВт. Для блока с турбиной К-200-13 корпус подогревателя имеет диаметр 2200 и высоту 6000 мм (от входного сечения штуцера подвода пара до нижнего сечения штуцера отвода конденсата).

Корпус вертикальных подогревателей смешивающего типа разделен поперечной перегородкой 11 на собственно подогреватель и сбор- ник конденсата. Поток основного конденсата подается в верхнюю часть подогревателя на дырчатый лист 4, откуда струями перетекает на лист 2 и затем в занятое водой пространство переливного устройства 16. Из этого устройства конденсат по трубам 19 перепускается в нижнюю часть аппарата (сборник конденсата). Переливные трубы 19 имеют обратные затворы.

Пар поступает в подогреватель по трубе 5, на которой также установлен обратный затвор. Обратные затворы на паровой и водяной линиях исключают возможность обратного потока воды и пароводяной смеси в паровую линию и отбор турбины при внезапном снижении мощности турбины и давления пара в отборе. Пересекая водяные струи, пар конденсируется и подогревает воду до температуры насыщения ts.

Подогретый поток воды отводится из нижней части аппарата. Когда уровень в корпусе подогревателя поднимается выше допустимого значения, часть воды перетекает через гидравлический затвор и по трубе 13 через гидрозатвор отводится в конденсатор турбины. Выпар отсасывается и отводится по линии, подсоединенной к штуцеру 6. Дренаж из вышестоящего ПНД подводится по трубе 20 через коллектор 18.

2. Сетевые подогреватели

Сетевые подогреватели используются для подогрева сетевой воды.

Сетевая установка ГРЭС обычно состоит из двух подогревателей - основного и пикового. Основной подогреватель используется в течение всего отопительного периода, а пиковый - только в наиболее холодные дни. Пар в основной подогреватель подается из отбора с давлением 0,05…0,15 МПа, а в пиковый - 0,4…0,6 МПа.

На ТЭЦ применяется преимущественно многоступенчатый подогрев сетевой воды, что обеспечивает максимальную выработку электроэнергии на тепловом потреблении.

По конструкции различаются сетевые подогреватели вертикального (рис. 4) и горизонтального типов (рис. 5). В соответствии с отраслевым стандартом ОСТ 108.271.101-76 первые обозначаются буквами ПСВ, а вторые - ПСГ. Первая цифра в обозначении подогревателя соответствует поверхности теплообмена (м2), вторая и третья цифры - максимальные рабочие давления пара и сетевой воды (МПа), четвертая (римская) цифра - модификация аппарата.

Вертикальные сетевые подогреватели выпускаются Саратовским заводом энергетического машиностроения и используются на сетевых подогревательных установках небольшой и умеренной теплопроизводительности - на ГРЭС и на теплофикационных установках Т-25-9, ПТ-25-9, а также на теплофикационных установках ПТ-60-9, ПТ-60-13 и ПТ-80-13 изготовления ЛМ3 - и имеют поверхности теплообмена 45, 63, 90, 125, 200, 315 и 500 м². Вертикальные сетевые подогреватели выпускаются двух- и четырехходовой по воде конструкции.

Двухходовые подогреватели с поверхностью теплообмена 315 и 500 м2 имеют низкую верхнюю водяную камеру с тройником на входе. В нижней части трубного пучка выполнена свободно подвешенная водяная камера, что позволяет компенсировать тепловые расширения конструкции при изменениях температурного режима. Также такая конструкция позволяет вскрывать трубный пучок с двух сторон и производить очистку трубок от внутренних солевых отложений. Для дренирования воды из трубного пучка при остановах и ремонтах в нижней водяной камере предусмотрена сливная труба, выходящая из корпуса и изогнутая таким образом, чтобы не сломалась при перемещениях трубного пучка.

Для крепления трубного пучка, нижней водяной камеры и промежуточных перегородок в паровом объеме в подогревателе устанавливают трубы каркаса диаметром 76 или 108 мм.

В водяных камерах для снижения толщины трубных досок устанавливают анкерные связи. На входе пара в трубный пучок устанавливают пароотбойные щиты.

Горизонтальные сетевые подогреватели обеспечивают более удобную компоновку в машинном зале и сокращение длины подводящих трубопроводов отборов пара.

Подогреватель имеет горизонтальный цилиндрический корпус с внутренним диаметром 3000 мм и толщиной стенки 12 мм и две водяные камеры на концах, отделенные от корпуса трубными досками. По длине подогревателя в его паровом пространстве установлены промежуточные перегородки, являющиеся дополнительными опорами для труб, исключающими опасные с точки зрения повреждаемости вибрации.

Конструкция подогревателя обеспечивает герметичность, удобство ремонта (возможность доступа к отдельным узлам и замены деталей с минимальными трудозатратами), компенсацию температурных удлинений труб поверхностей теплообмена, отвод неконденсирующихся газов из парового пространства и воздуха из водяных полостей, возможность чистки труб с водяной стороны и дренирования водяного и парового пространства.

3. Деаэратор

Основное назначение деаэратора - удаление газообразных примесей из теплоносителя.

Деаэратор является теплообменником смешивающего типа, поэтому его использование в системе регенерации позволяет повысить тепловую экономичность турбоустановки за счет замены поверхностного регенеративного подогревателя смешивающим, а также ведет к удешевлению системы регенерации, т. к. стоимость деаэратора меньше стоимости поверхностного подогревателя (особенно ПВД). Струйный отсек деаэратора способен к быстрому и большому подъему температуры воды, что важно в переменных режимах работы турбоустановки.

Присутствие кислорода и углекислого газа в питательной воде вызывает электрохимическую коррозию металла паросилового оборудования ТЭС и АЭС. Продукты коррозии, откладываясь на поверхностях нагрева котла и теплообменных аппаратах, вызывают резкое увеличение термического сопротивления стенок теплообменных труб, что может привести к пережогу экранных труб и сильному падению коэффициента теплопередачи. Термические деаэраторы позволяют удалять из воды любые растворенные в воде газы и не вносят никаких дополнительных примесей в воду.

В зависимости от способа организации контакта пара и воды деаэраторы делятся на следующие основные типы: струйные; пленочные; барботажные; комбинированные.

3.1 Струйные деаэраторы

В деаэраторе струйного типа деаэрируемая вода системой дырчатых тарелок 6 разделяется на струи, стекающие каскадом вниз. Снизу, навстречу струям воды, движется пар (рис. 6.6). Характер обтекания паром струй приближается к поперечному. Расположение нескольких та- релок по высоте колонки увеличивает общее время пребывания воды в ней. Площадь отверстий в тарелке составляет около 8 % от общей площади тарелки.

Основной конденсат поступает через патрубок 1 в кольцевую камеру, откуда через порог переливается на первую тарелку, в которой имеется горловина для прохода выпара. Потоки «горячих» дренажей (от ПВД и других узлов) подаются и разбрызгиваются над промежуточными тарелками. Пар подводится в нижней части через патрубок 4. Выпар удаляется в верхней части колонки через патрубок 2. Для эффективной деаэрации необходимо не менее 4 - 6 тарелок 3.

3.2 Пленочные деаэраторы

В пленочных деаэраторах деаэрируемая вода в виде тонкой пленки стекает по поверхности насадки. Снизу, навстречу пленке воды, движется греющий пар, т.е. имеет место противоточная схема. По способам выполнения насадки различают деаэраторы с упорядоченной и неупорядоченной насадкой.

Деаэраторы пленочного типа более устойчивы в работе, чем струйные, но имеют большое гидравлическое сопротивление по пару, большие металлоемкость и стоимость.

3.3 Барботажные деаэраторы

В барботажных деаэраторах пар под давлением вводится в поток воды через отверстия или щели перфорированного листа, в результате чего в воде образуется пузырьковая или пенная структура. Проходя через воду, пар нагревает ее до кипения и выносит вышедшие в него газы. В барботажном слое поверхность соприкосновения фаз воды и пара во много раз больше, чем у струйных и пленочных деаэраторов, при значительно меньших размерах. Эффективность барботажных деаэраторов в десятки раз выше, чем струйных и пленочных. К недостаткам следует отнести возможность гидроударов при подводе холодной воды с температурой ниже температуры насыщения более 10єС, а также необходимость поддержания работы без разрушения барботажного слоя.

Барботажные деaэраторы делятся на 2 группы: с затопленными и с незатопленными барботажными устройствами.

Затопленные барботажные устройства располагаются под слоем воды в аккумуляторном баке и обеспечивают дегазацию воды непосредственно в баке.

Незатопленные барботажные устройства находятся в колонке деаэратора. Они выполняются двух типов: с непровальными и провальными тарелками.

Непровальная барботажная тарелка представляет собой дырчатый лист, на который сверху поступает вода, а снизу подводится пар. Двигаясь по дырчатому листу, вода непрерывно обрабатывается паром, подводимым под лист и проходящим через отверстия в нем.

Провальная барботажная тарелка отличается тем, что под дырчатым листом поддерживается минимальная паровая подушка, поэтому пар и жидкость попеременно проходят через одни и те же отверстия, вследствие чего обработка воды паром по поперечному сечению происходит неравномерно и устройство работает неустойчиво в переменных режимах.

3.4 Комбинированные деаэраторы

Комбинированные деаэраторы - это деаэраторы, сочетающие барботажный принцип работы и струйный или пленочный.

Наиболее часто применяются комбинированные деаэраторы струйно-барботажного типа. При этом струйные отсеки обеспечивают необходимый нагрев воды, а барботажные - эффективную деаэрацию.

Струйно-барботажные деаэраторы по расположению колонки делятся: на деаэраторы с вертикальными колонками и деаэраторы с горизонтальными колонками.

Наиболее распространены деаэраторы с вертикальными колонками, однако в деаэраторах питательной воды большой производительности с целью уменьшения их высоты применяются горизонтальные колонки.

По давлению греющего пара (давлению в деаэрационной колонке) термические деаэраторы делятся на следующие типы: вакуумные; атмосферные и деаэраторы повышенного давления.

Основной конденсат через патрубки 1 поступает в смесительно-распределительное устройство 2, откуда через горловину 3 сливается на струйную тарелку 4. Вода, дробясь на струи, вступает в контакт с паром, нагревается и отдает часть растворенных газов, после чего попадает на перепускной лист 5, с которого через отверстие 13 сливается на барботажный лист 6 (по типу «непровальной барботажной тарелки»). Проходя вдоль барботажного листа, вода обрабатывается паром, проходящим через отверстия в листе, и через сливные трубы 7 уходит под уровень воды в гидрозатворе, из которого через горловину 9 сливается в бак-аккумулятор 8. Таким образом вода проходит две ступени очистки от газов, сначала в струйном отсеке, а затем в барботажном. Пар через перфорированный коллектор 10 вводится вниз колонки под барботажный лист. Под действием разницы давлений под и над листом 6 пар проходит через отверстия в листе и слой воды. Слой воды пар проходит в виде пузырьковой структуры с очень большой поверхностью массообмена. Вода нагревается до температуры насыщения, и происходит интенсивный переход газов из воды в пар.

Для того чтобы при большом расходе пара через отверстия барботажнного листа не разрушило пузырьковую структуру, предусмотрено пароперепускное устройство, которое состоит из поддона 11 и пароперепускных труб 12. В поддон через U-образные трубы заливается очи- щенная вода с выхода барботажного листа. Уровень воды в поддоне зависит от разницы давлений под листом 6 и над ним (эта разница давлений, измеренная в мм вод. ст., называется паровая подушка). Паровая подушка управляет гидрозатвором в поддоне 11, открывая или закрывая пропуск пара через пароперепускные трубы 12. После барботажного отсека пар через центральное отверстие в перепускном листе 5 попадает внутрь струйного пучка и, пройдя через струи, через горловину 3 уходит в патрубок выпара.

4. Испарители

Испарители на ТЭС и АЭС применяются для получения вторичного пара из деаэрированной и предварительно химически обработанной воды.

Одним из основных преимуществ применения метода термического обессоливания при подготовке добавочной воды для паровых котлов является снижение сбросов засоленных вод в окружающую среду из-за меньшей затраты химических реагентов.

В настоящее время на тепловых электростанциях применяются в основном испарители поверхностного типа с затопленной греющей секцией. Эти испарители имеют вертикальное расположение и для очистки вторичного пара от загрязненных капель влаги оснащаются паро- промывочными устройствами и жалюзийным сепаратором.

Испарители поверхностного типа маркируются буквой И с указанием площади поверхности теплообмена греющей секции, м2, например И-350 или И-600. Дополнительно в маркировке может стоять римская цифра II, говорящая о наличии в испарителе двух паропромывочных листов, и буквы О или М, указывающие на применение испарителя в одно- или многоступенчатой установке.

Основными узлами испарителя являются корпус, греющая секция, паропромывочные устройства, водораспределительные устройства и жалюзийный сепаратор.

Работа испарителя протекает следующим образом.

Питательная вода поступает через регулирующий клапан в водораспределительное устройство 5 над паропромывочным дырчатым листом 4, откуда по опускным трубам 7 сливается в нижнюю часть корпуса и заполняет корпус 1 и трубки греющей секции 2. Первичный пар из от- бора турбины по трубе 3 вводится в межтрубное пространство греющей секции 2, где, отдавая тепло воде в трубах, конденсируется, и конденсат пара сливается из греющей секции по трубе 8. За счет теплоты конденсации первичного пара происходит испарение части воды в трубках, в результате образуется пароводяная смесь. За счет парообразования в трубках греющей секции создается подъемное движение воды, а в кольцевом зазоре между корпусом и греющей секцией - опускное, т. е. осуществляется естественная циркуляция жидкой фазы.

Заключение

В данной работе мы рассмотрели основное теплообменное оборудование паротурбинных установок, изучили виды и назначение каждого аппарата, конструктивные особенности. Мы узнали, что к данному оборудованию применяются высокие требования по надежности и обеспечению заданных параметров подогрева воды: они должны быть герметичны и иметь возможность доступа к отдельным их узлам для очистки поверхностей нагрева от отложений. Для предотвращения вскипания нагреваемой среды и гидравлических ударов в трубной системе давление греющего пара должно быть ниже давления воды. Можно сделать вывод, что к выбору теплообменного оборудования паротурбинных установок ТЭС нужно относиться со всей серьезностью, чтобы обеспечить надежную и безаварийную работу турбоустановки в целом.

Список литературы

1. Назмеев Ю.Г., Лавыгин В.М. Теплообменные аппараты ТЭС: учеб. пособие для вузов. - М.: Изд-во МЭИ, 2002. - 260 с.

2. Рихтер Л.А., Елизаров Д.В., Лавыгин В.М. Вспомогательное оборудование ТЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 216 с.

3. Теплообменное оборудование паротурбинных установок. Отраслевой ката- лог в 2-х частях. - М.: НИИЭинформэнергомаш, 1984. - 287 с.

4. Арсеньев Г.В., Белоусов В.П., Дранченко А.А. и др. Тепловое оборудование и тепловые сети: учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 399 с.

Приложение А

Общая схема паротурбинной установки ТЭС

Размещено на Allbest.ru