Вода для охлаждения конденсатора

3.2.2 Конденсаторы с водяным охлаждением — УКЦ

Конденсаторы с водяным охлаждением по своему конструктивному исполнению подразделяются на следующие основные группы:

* _кожухо — трубные конденсаторы;_
* _конденсаторы типа «труба в трубе»;_
* _пластинчатые конденсаторы._

Конденсаторы первой группы чаще всего используются на установках средней и большой мощности, другие же — на установках средней и малой мощности.

+_Кожухо — трубные конденсаторы._+

В верхней части кожуха располагается патрубок подвода горячего парообразного хладагента, поступающего из компрессора. В нижней части установлен патрубок отвода жидкого хладагента.

Горячий парообразный хладагент омывает трубки и заполняет свободное пространство между трубками и кожухом.

Холодная вода подаётся по трубкам снизу и выходит через верхнюю часть кожуха.

Горячий парообразный хладагент соприкасается с трубками, по которым циркулирует холодная вода, остывает, конденсируется и скапливается на дне конденсатора. Вода, поглощая теплоту от хладагента, выходит из конденсатора с более высокой температурой, чем на входе в конденсатор. Участок «дополнительного охлаждения», если таковой предусмотрен, состоит из пучка трубок, расположенных на дне конденсатора и отделённых от остальных трубок металлической перегородкой. В таком случае поступающая в конденсатор холодная вода в первую очередь проходит через участок «дополнительного охлаждения».

Трубки конденсатора изготавливаются из меди и имеют номинальный диаметр _20_ и _25 мм_. С внешней стороны трубки имеют оребрение, которое позволяет повысить эффективность теплообмена между хладагентом и находящейся внутри трубок водой.

Обычно в конденсаторах используется вода из системы оборотного водоснабжения.

Температура конденсации хладагента примерно на _5 ºС_ выше температуры воды на выходе из конденсатора. Например, при температуре воды на выходе из конденсатора _35 ºС_ температура конденсации хладагента _R-22_ составляет примерно _40 ºС_. В этих условиях перепад температуры воды в конденсаторе не превышает _5 ºС_.

Для передачи _1 кВт_ тепла от хладагента к проточной воде требуемый расход воды составляет около _170 л/ч_.

+_Конденсаторы типа «труба в трубе»._+

Эти конденсаторы представляют собой выполненную в виде спирали трубку, внутри которой соосно расположена другая трубка. Хладагент может перемещаться по внутренней трубке, а охлаждающая жидкость по внешней трубке, либо наоборот (смотри Рис. 16).

+_Схема конденсатора типа «труба в трубе»._+

Кожухо — трубные конденсаторы выполняются в виде стального цилиндрического кожуха, с обоих концов которого приварены стальные трубчатые решётки. В них запрессовываются медные трубки. К трубным решёткам крепятся головки с входным и выходным патрубками для подключения к системе водяного охлаждения (смотри Рис.15).

+_Схема кожухо — трубного конденсатора с водяным охлаждением._+

Вся конструкция может быть выполнена из меди, либо внутренняя трубка может быть медной, а внешняя — стальной.

Как внешняя, так и внутренняя поверхности могут иметь оребрение, увеличивающее эффективность теплопередачи. Два потока жидкостей движутся навстречу друг другу. Вода поступает снизу и выходит сверху, хладагент перемещается в противоположном направлении.

Этот тип конденсатора используется в автономных установках кондиционирования воздуха и установках малой мощности. В связи с тем, что конденсатор этого типа представляет собой неразъёмную конструкцию, очистка трубки, по которой циркулирует вода, может проводиться только химическим путём.

В этом типе теплообменника циркуляция жидкости происходит между пластинами, которые расположенными «ёлочкой» (смотри Рис. 17). Пластины теплообменника выполнены из нержавеющей стали.

+_Общий вид пластинчатого конденсатора._+

Внутри теплообменника создаются два независимых контура циркуляции — хладагента и охлаждающей воды. Эти два потока движутся навстречу друг другу. Пластинчатые теплообменники имеют очень высокие теплотехнические характеристики, что обусловило их большое распространение в установках средней и малой мощности. Высокая эффективность этих теплообменников сочетается с компактными размерами и малой массой, небольшими перепадами температур между двумя жидкостями. Это повышает эффективность установки за счёт меньшего количества требуемого хладагента.

Пластинчатые теплообменники используются не только в качестве конденсатора, но и в качестве испарителя.

В Таблице 4 приводятся наиболее часто встречающиеся значения температуры воды, используемой в конденсаторах, и соответствующие значения температуры конденсации хладагента.

+_Температуры воды на входе в конденсатор и температуры конденсации._+

table(table).
|_. Температура воды на входе, ºС|_. Температура конденсации, ºС|
| 16| 32 ÷ 38|
| 24| 38 ÷ 40|

Максимально допустимые при испытаниях значения давления в конденсаторах с водяным охлаждением приведены в Таблице 5.

+_Максимально допустимые значения давления в конденсаторах с водяным охлаждением._+

table(table).
| Максимальное давление в рабочем режиме со стороны контура хладагента, кПа| 2 450|
| Максимальное давление в рабочем режиме со стороны контура воды, кПа| 1 000|

Коэффициент загрязнения характеризует термическое сопротивление, вызванное отложением осадка, содержащегося в воде, на внутренних стенках теплообменника. В результате снижается теплопередача.

Проблема загрязнения трубок является большим препятствием при использовании теплообменников в регионах с повышенными показателями жёсткости воды.

Согласно стандарту _ARI Standart 590_ характеристики холодильных машин должны соответствовать коэффициенту загрязнения конденсатора:

p= (Согласно стандарту ARI Standart 590 характеристики холодильных машин должны соответствовать коэффициенту загрязнения конденсатора)!

Для других коэффициентов загрязнения необходимо скорректировать характеристики холодильных машин. В Таблице 6 указаны коэффициенты коррекции эффективности холодильных машин для разных коэффициентов загрязнения.

Следует отметить, что приведённые в Таблице 6 коэффициенты обычно используются для корректировки холодо и тепло производительности установок большой мощности.

+_Коэффициенты коррекции показателей холодо производительности установки в зависимости от коэффициента загрязнения._+

Коэффициент загрязнения,(м 2 × ºС / Вт)	Поправочный коэффициент холодо производительности		Поправочный коэффициент потребляемой мощности компрессора
	Испаритель	Конденсатор
чистые трубки	1,01	1,02	0,98
8,8×10 -5	1,00	1,00	1,00
17,6×10 -5	0,98	0,98	1,03
35,2×10 -5	0,94	0,94	1,05

Для установок малой и средней мощности в качестве исходной точки принимаются чистые пластины конденсатора и испарителя, а значения поправочных коэффициентов соответствуют указанные в Таблице 7.

+_Коэффициенты коррекции показателей холодо производительности установки малой мощности в зависимости от коэффициента загрязнения._+

table(table).
|_. Коэффициент загрязнения, (м 2 × ºС / Вт)|_. Поправочный коэффициент холодильной машины|_. Поправочный коэффициент потребляемой мощности компрессора|
| чистые трубки| 1,00| 1,00|
| 4,4 × 10 -5 | 0,98| 0,99|
| 8,8 × 10 -5 | 0,96| 0,99|
| 17,6 × 10 -5 | 0,93| 0,98|

В технической документации на оборудование обязательно приводится методика пересчёта характеристик в зависимости от коэффициента загрязнения.

В Таблице 8 указаны коэффициенты загрязнения, соответствующие различным типам используемой воды.

+_Типичные коэффициенты загрязнения для различных типов воды._+

table(table).
|_. Тип воды|_. Коэффициент загрязнения, (м 2 × ºС / Вт)|
| Вода из водонапорной башни (необработанная)| 17,6 × 10 -5 |
| Вода из реки (озера)| 17,6 × 10 -5 |
| Вода из скважины| 17,6 × 10 -5 |
| Морская вода (открытое море)| 0,044 × 10 -5 |

С целью сокращения загрязнения до минимально возможного уровня рекомендуют устанавливать скорость потока воды, превышающий _1 м/с_. Рекомендуется также периодически производить очистку трубок механическим либо химическим путём.

Источник

Блог об энергетике

энергетика простыми словами

Системы охлаждения отработавшего пара на электростанциях

Приветствую всех энергетиков и не только! Хочу начать серию публикаций об энергетике, технологиях и практических реализациях инженерной мысли, обо всем том, что открылось мне по-новому после знакомства с энергетикой Китайской Народной республики.

Далеко не секрет, что промышленность Китая не стоит на месте, а планомерно и ударными темпами движется вперед. Развитие экономики страны и рост промышленности в первую очередь заставляет развиваться электроэнергетику. Так как любое промышленное производство невозможно без потребления электроэнергии, то, соответственно, увеличивается и количество вводимых в эксплуатацию тепловых электростанций. Китай давно для себя решил, что экономически выгодно строить энергоблоки большой мощности, преимущественно, более 600 МВт. Оно и понятно, здесь и меньшие удельные капитальные затраты на единицу мощности, да и технико-экономические показатели таких электростанций гораздо лучше, чем для энергоблоков меньшей мощности.

Строящиеся энергоблоки в Китае преимущественно работают на угле. Самый мощный энергоблок, работающий на угле имеет мощность 1000 МВт. Наиболее распространены типовые пылеугольные энергоблоки 660 МВт и 300 МВт.

Технические решения, взятые при проектировании энергоблоков, вобрали в себя все лучшие достижения промышленности. Высокий рост количества электростанций порождает требования к экологии, экономии водных и топливных ресурсов и земельных площадей, занятых под промышленное оборудование. Цикл Ренкина, заложенный в основу производства электроэнергии из пара, да и вообще любой другой цикл обязательно требует отвода отработавшего низкопотенциального тепла. Устройства, предназначенные для отвода тепла отработавшего пара, называются конденсаторами. Конденсационная установка играет огромную роль в экономичности преобразования энергии пара в электроэнергию. От режима работы конденсатора зависит с какой эффективностью единица перегретого пара преобразуется в электроэнергию, а также какое количество электроэнергии получится на выходе.

Система охлаждения конденсатора является одной из самых крупных объектов на электростанции, поэтому при строительстве очень важно выбрать оптимальный вариант системы, выбирая между стоимость эксплуатации, капитальными вложениями и эффективностью паротурбинного цикла.

Рассмотрим какие существую виды систем охлаждения конденсатора

1. Системы водяного охлаждения конденсатора:
   • Оборотная система охлаждения с прудом-охладителем
   • Прямоточная система охлаждения
2. Системы воздушного охлаждения конденсатора
   • Система непосредственного воздушного охлаждения
   • Система косвенного воздушного охлаждения с промежуточным теплоносителем
     • С брызгальным бассейном
     • С градирнями мокрого типа (с принудительной и естественной вентиляцией)
     • С градирнями сухого типа (с принудительной и естественной вентиляцией)
     • С градирнями мокро-сухого типа

Системы оборотного и прямоточного охлаждения (их еще называют системы водоснабжения) нашли широкое применение в России. Основной принцип работы данных систем заключается в том, что охлаждение и конденсация отработавшего пара в них осуществляется в поверхностных конденсаторах путем нагрева циркуляционной воды. Разделение на оборотные и прямоточные системы зависит от типа источника водоснабжения охлаждающей воды. В оборотных системах источником является пруд-охладитель, в прямоточных — русло реки.

Система непосредственного воздушного охлаждения

Итак, представляю систему непосредственного воздушного охлаждения

1. Котел; 2. Пароперегреватель; 3. Турбина; 4. Конденсатор с воздушным охлаждением; 5. Конденсатный насос; 6. Установка тонкой очистки конденсата; 7. Конденсатный насос 2-го подъема; 8. Подогреватель низкого давления (ПНД); 9. Деаэратор; 10. Питательный насос; 11. Подогреватель высокого давления (ПВД); 12. Выхлопной патрубок турбины; 13. Осевой вентилятор охлаждения; 14. Вертикальный электродвигатель; 15. Бак конденсата; 16. Железоотделитель; 17. Генератор

Особенность данной системы является то, что конденсатор турбины вынесен за пределы машинного отделения. Подвод отработавшего пара к конденсатору осуществляется коллектором большого диаметра (одним или двумя), например таким (показан коллектор с нижним распределением потока):

Отработавший пар турбины через выхлопной патрубок и коллектор большого диаметра подается к вынесенному конденсатору с воздушным охлаждением. При помощи осевых вентиляторов поток охлаждающего воздуха охлаждает наружную поверхность конденсатора, отработанный пар конденсируется в воду и под действием силы тяжести собирается в конденсатосборнике, откуда с помощью конденсатных насосов подается обратно в тепловую схему паровой турбины.

Общий вид воздушного конденсатора представлен ниже:

Системы непосредственного воздушного охлаждения получили широкое распространение в Китае для энергоблоков 300, 600, 1000 МВт.

Примеры воплощения в жизнь инженерной мысли

Первое использование в Китае системы воздушного охлаждения выполнено на Улашанской ТЭС во Внутренней Монголии с установкой двух энергоблоков единичной мощностью 300 МВт. Введена в эксплуатацию в 2006-ом году.

Первый энергоблок 600 МВт в КНР — Тунляоская ТЭС мощностью 1×600 МВт (с двумя коллекторами отработавшего пара). Введена в эксплуатацию в июле 2008 г.

Первый в мире крупный энергоблок 1000 МВт с системой непосредственного воздушного охлаждения — Линуйская ТЭС мощностью 2×1000 МВт. Введена в эксплуатацию 28.12.2010г.

Системы косвенного воздушного охлаждения с промежуточным теплоносителем

В данных системах для охлаждения отработавшего пара используется промежуточный теплоноситель. В роли промежуточного теплоносителя может выступать циркуляционная вода или основной конденсат.
В случае использования циркуляционной воды, конструкция конденсатора является традиционной — трубчатый теплообменник поверхностного типа, в котором пар конденсируется на поверхности горизонтальных труб, а выделяемое тепло конденсации пара, путем теплообмена через стенку трубок, передается охлаждающей воде. Принципиальная схема системы косвенного воздушного охлаждения представлена ниже:

При использовании основного конденсата в качестве промежуточного теплоносителя конденсатор турбины имеет конструкцию, аналогичную смешивающему теплообменнику. В данном случае при помощи циркуляционных насосов основной конденсат из специальной емкости непрерывно перекачивается через сухую градирню и подается обратно в конденсатор, где разбивается на мелкие струи, на которых происходит конденсация отработавшего пара и перемешивание образующегося конденсата с охлажденной водой. Принципиальная схема системы охлаждения со смешивающим конденсатором представлена ниже:

Промежуточный теплоноситель в системах косвенного воздушного охлаждения охлаждается преимущественно в градирнях. Башенная градирня представляет собой конструкцию в виде усеченного конуса большой высоты. Данная конструкция позволяет снизить или вообще исключить необходимость установки вентиляторных установок для принудительной вентиляции воздуха, за счет явления, называемого естественной тягой. Естественная тяга возникает за счет разности давлений между входом и выходом воздуха, которые располагаются на разной высоте. Разность давлений образуется за счет того, что поступающий воздух имеет более холодную температуру, а следовательно и плотность, чем выходящий воздух. Если представить градирню в виде сообщающихся сосудов, на подобии U-образника, в одном колене которого находится холодный наружный воздух, а в другом подогретый воздух внутри градирни и высота равна высоте градирни, то столб холодного воздуха будет тяжелее столба теплого воздуха. За счет вышеуказанной разности весов и образуется естественная тяга.

Градирни в зависимости от способа охлаждения подразделяются:

• Мокрые градирни
• Сухие градирни
• Мокро-сухие комбинированные градирни

Мокрые градирни

Мокрые градирни получили широкое распространение среди энергоблоков в России. Принцип охлаждения заключается в распылении охлаждающей воды, поднятой на определенную высоту и продувкой образующихся струй воздухом. Распыленная вода в конечном итоге собирается в бассейне и подается насосом обратно в конденсатор. Охлаждение воды в мокрых градирнях достигается в основном за счет испарения воды и конвективного теплообмена. Мокрые градирни используются только для охлаждения промежуточного теплоносителя с поверхностным конденсатором турбины. Данное ограничение связано с предельным содержанием кислорода в основном конденсате, которое не должно превышать 20 мкг/л, а так как при обтекании воздухом охлаждающая вода неизбежно насыщается кислородом, да еще и вдобавок пылью из воздуха, то использование контактного смешивающего конденсатора исключено.

Брызгальный бассейн

Брызгальные бассейны, работают по тому же принципу что и градирни. Отличие только в способе подачи воздуха. В данном случае воздух неподвижен или движется с дуновением ветра.

Сухие градирни

Сухие градирни получили свое название за то, что в них не используется прямой контакт охлаждающей воды с воздухом. Таким образом, теплообмен в градирнях такого типа происходит через стенку оребренных труб, внутри которых протекает охлаждаемая среда. Сухие градирни бывают башенной конструкции и W-образной конструкции с принудительной вентиляцией. В роли охлаждаемой среды может выступать как циркуляционная вода систем охлаждения с поверхностным конденсатором, так и основной конденсат в системах со смешивающим конденсатором.

На рисунках ниже показан общий вид сухой градирни с вертикальными охлаждающими элементами в основании башни.

Сухая градирня с горизонтальными охлаждающими элементами

Сухая градирня с W-образными охлаждающими элементами (вентиляторная градирня)

Источник