Испарительные установки.

Испарительные установки применяют на станциях высокого и сверхкритического давления с барабанными и прямоточными котлами при относительно небольших потерях пара и конденсата. Испарение добавочной воды происходит за счет теплоты, отдаваемой первичным греющим конденсирующимся паром из отборов турбины; конденсация произведенного в испарителе вторичного пара происходит в результате охлаждения пара водой, обычно — конденсатом турбинной установки (рис. 6.2).

При такой схеме включения испарителя и его конденсатора теплота пара турбины используется в конечном счете для подогрева основного конденсата и возвращается с питательной водой в котлы. Таким образом, испарительная установка включается по регенеративному принципу, и ее можно рассматривать как элемент регенеративной схемы турбоустановки. При этом, однако, возникает энергетическая потеря, обусловливаемая наличием температурного напора в испарителе и, следовательно, увеличенным недогревом в такой регенеративной ступени , °С, где t _и.н — температура насыщения пара из отбора турбины, t _к.и — температура подогрева воды в конденсаторе испарителя.

Показанная на рис. 6.2 схема характеризует одноступенчатую испарительную установку с одной ступенью испарения воды.

Испаритель — теплообменник поверхностного типа, в котором греющий (первичный) пар, отдавая теплоту, конденсируется при постоянной температуре насыщения t _и.н, а нагреваемая вода, испаряясь, превращается при постоянной температуре парообразования (насыщения) t_и1^н в пар (вторичный). Для передачи теплоты от греющего пара к испаряемой воде должно быть t _и.н> t_и1^н и, соответственно, давление греющего пара выше давления вторичного пара: р _и.> р_и1.

Чем больше температурный напор в испарителе ∆ t=t _и.н-t_и1^н, тем дешевле испаритель, так как меньше требуемая площадь поверхности нагрева испарителя, м²,

где Q _и — теплота, передаваемая через поверхность испарителя за единицу времени, кВт; К _и — коэффициент теплопередачи.

Конденсатор испарителя представляет собой пароводяной поверхностный теплообменник. Здесь вторичный пар конденсируется при температуре насыщения t_и1^н, нагревая воду (конденсат) до температуры t _ки< t_и1^н. Повышение температуры воды в конденсаторе испарителя ∆ t=t _ки-t_ки⁰, где t_ки⁰ — температура воды при входе в конденсатор испарителя, зависит в основном от соотношения расходов вторичного пара D _и1 и охлаждающего конденсат D _к.и при заданной температуре t_ки⁰, и температура t _к.и определяется из уравнения теплового баланса конденсатора испарителя.

С увеличением температурного напора D t _и в испарителе и понижением температуры насыщения вторичного пара t_и1^н уменьшается площадь поверхности нагрева испарителя, но уменьшается и температурный напор на выходе воды из конденсатора испарителя — недогрев воды . При этом площадь поверхности нагрева конденсатора испарителя, м²:

где — тепловая нагрузка конденсатора испарителя, примерно равная тепловой нагрузке испарителя Q _и; средний логарифмический напор в конденсаторе испарителя

;

здесь , при указанных условиях величина практически постоянная.

Следовательно, с понижением температуры вторичного пара t_и1^н уменьшаются недогрев q _к.и и температурный напор , возрастает площадь поверхности нагрева конденсатора испарителя F _к.и. Таким образом, сокращение поверхности нагрева и стоимости испарителя сопровождается увеличением площади поверхности нагрева и стоимости конденсатора испарителя.

Оптимальный (экономический) температурный напор в испарителе определяется в рассматриваемом случае минимумом суммарной стоимости поверхностей нагрева испарителя и его конденсатора. Обычно он составляй D t _и =12-15°C, что соответствует разности давлений греющего и вторичного пара около 0, 10–0, 20 МПа.

Производительность испарителя, т.е. выход вторичного пара и дистиллята D _и1, определяется потерями пара и конденсата электростанции; при отсутствии внешних потерь

где D _ут — потери (утечки) пара и конденсата через неплотности;

— потеря продувочной воды котлов (барабанного типа);

D _вт — суммарные внутренние потери пара и воды на электростанции.

В долях расхода пара на турбину D ₀ запишем также:

Уравнение теплового баланса испарителя имеет вид

где D _и — расход греющего пара (первичного);

— расход продувочной воды испарителя;

h _и и h _и1 — энтальпии греющего первичного и вторичного пара, причем

h _и1= h ¢ ¢ _и1, т.е. принимается равной энтальпии сухого насыщенного пара;

h ¢ _и и h ¢ _и1 — энтальпии конденсата первичного и вторичного пара;

h _о.в — энтальпия добавочной очищенной (питательной) воды испарителя, кДж/кг;

h_и — КПД испарителя, учитывающий рассеяние теплоты.

Количество очищенной воды, поступающей в испаритель, должно быть рассчитано на восполнение потерь пара и воды в схеме и потерь на продувку испарителя:

Расход на продувку испарителя зависит от солесодержания воды, питающей испаритель, концентрации примесей в продувочной воде и нормы солесодержания во вторичном паре. Если обозначить через с _о.в, с _и и с _и1 соответственно концентрации примесей в очищенной воде, продувочной воде и во вторичном паре, то можно записать следующее уравнение, из которого определяется расход воды на продувку испарителя:

При нормальной эксплуатации испарителя концентрация примесей в паре мала по сравнению с концентрацией примесей в очищенной и продувочной воде с _и1» 0, а соотношение концентраций примесей в продувочной и очищенной воде составляет с _и/ с _о.в» 50. Таким образом можно приближенно оценить долю продувки испарителя: . При таких соотношениях и примерно равных значениях теплоты конденсации греющего и образования вторичного пара расходы D _и и D _и1 можно считать примерно равными.

Обычно расход греющего пара несколько превышает выход вторичного пара; это объясняется тем, что температура воды, питающей испаритель, ниже температуры насыщения испаряемой воды. В первом приближении можно считать, что для получения 1 кг вторичного пара (дистиллята) требуется 1 кг греющего пара.

Уравнение теплового баланса конденсатора испарителя при сливе в него конденсата греющего пара

где h _и1= h ¢ ¢ _и1, — энтальпия вторичного пара испарителя;

h _к.и и h _к.и ⁰ — соответственно энтальпии нагреваемой воды (основного конденсата) после и до конденсатора испарителя;

h _к.и - h _к.и ⁰ =τ _ки— подогрев воды в конденсаторе испарителя, кДж/кг;

h _и1- h ¢ ¢ _и1= q_и1 - теплота образования вторичного пара;

D _к.и — расход воды (основного конденсата) через конденсатор испарителя.

В долях расхода пара на турбину

Если конденсат греющего пара испарителя сливается не в конденсатор испарителя, а, например, в линию дренажей регенеративных подогревателей, то уравнение теплового баланса конденсатора испарителя записывается в виде

Уравнения (6.8) и (6.9) используют для определения по известным a_и1, a_к.и и q _и1 — подогрева воды t_к.и, следовательно, энтальпии h _к.и и температуры t _к.и воды после конденсатора испарителя, а именно:

.

Основной критерий правильности схемы включения испарительной установки и выбора ее параметров — обеспечение положительного и экономически обоснованного недогрева q ³ 3¸ 5°С или J ³ 12¸ 20 кДж/кг. Расчет может показать меньшее (положительное) или даже отрицательное значение недогрева q < 0; это означает, что при данных соотношениях расходов вторичного пара и основного конденсата и выбранных параметрах вторичный пар нельзя сконденсировать. В этом случае необходимо или повысить давление вторичного пара, уменьшив температурный напор в испарителе, если это технически и экономически допустимо, или изменить схему включения испарительной установки.

При поверочном расчете реальной испарительной установки, когда известны поверхности нагрева испарителя и конденсатора испарителя, в результате расчета определяют возможную производительность испарителя D _и1 и уточняют параметры пара и воды в испарительной установке.