Кроме основного расхода пара (через ЧНД) в конденсатор теплофикационной турбины поступает ряд пароводяных потоков помимо проточной части низкого давления. К ним относятся конденсат рециркуляции, дренажи паропроводов отборов и цилиндров турбины, отсос паровоздушной смеси и слив конденсата из подогревателей, пар из концевых уплотнений ЦНД и т.д. Расчетная величина расхода теплоты, например, с рециркуляцией основного конденсата в конденсатор, по данным заводов-изготовителей для теплофикационных турбин мощностью 50...200 МВт составляет 2,5...7 МВт. Как показали проведенные испытания турбоустановок различного типа, фактический уровень; указанного расхода теплоты в реальных условиях эксплуатации превышает расчетную величину в 1,5...2,5 раза и достигает 4...10 Мвт. Общее же количество теплоты, поступающей в конденсатор помимо ЧНД, доходит до 8...18 МВт. Кроме снижения экономичности турбоустановок, пароводяные потоки (при существующих конструкциях систем ввода их в конденсатор) способствуют образованию в пространстве выхлопного патрубка эрозионноопасной влаги, которая на малорасходных режимах подсасывается последними ступенями, вызывая эрозию выходных кромок рабочих лопаток.
Таким образом, разработка мероприятий, направленных на уменьшение потерь теплоты с пароводяными потоками, сбрасываемыми в конденсатор, и снижение интенсивности повреждения рабочих лопаток последних ступеней является достаточно актуальной задачей.
Проведенные исследования показали техническую возможность снижения потерь теплоты с пароводяными потоками, поступающими в конденсатор помимо проточной части низкого давления. При этом в зависимости от реальных условий эксплуатации турбин на ТЭЦ могут быть предложены следующие решения:
- подача в конденсатор больших количеств химобессоленой воды (ХОВ) при условии модернизации системы ее ввода, обеспечивающей надежную деаэрацию ХОВ и конденсата [28...30];
- установка на линии рециркуляции после регулирующего клапана водоводяного охладителя;
- перевод сальникового подогревателя на охлаждение сетевой водой;
- модернизация системы концевых уплотнений цилиндров с целью перехода на режим полного самоуплотнения [31, 32];
- установка выносного деаэрационного конденсатосборника с направлением в него пароводяных потоков, ранее поступавших в конденсатор [33].
Указанные мероприятия основываются на использовании теплоты пароводяных потоков в устройствах, устанавливаемых вне конденсатора. Эффективность подобных решений подтверждена результатами промышленных исследований, однако для их реализации требуются определенная модернизация тепловой схемы и применение дополнительного оборудования.
Другим направлением повышения экономичности турбоустановок является полезное использование теплоты в самом конденсаторе, оснащенном встроенным пучком, в котором подогревается технологическая (сырая, подпиточная) вода. Работа теплофикационных турбин на одних встроенных пучках принципиально дает возможность полностью исключить потери теплоты в конденсаторе (как с основным потоком пара, так и с дополнительными пароводяными потоками). Однако при этом, как уже отмечалось, существенно снижается маневренность и надежность турбины. Кроме того располагаемый расход технологической воды на большинстве ТЭЦ невелик, а ее расход весьма нестабилен. По указанным причинам турбоустановки эксплуатируются как правило с пропуском технологической воды через встроенные пучки и одновременным охлаждением основных пучков циркуляционной водой. В подобных условиях при работе турбины по тепловому графику большая часть пара, поступающего в конденсатор, конденсируется на верхних трубках основных пучков, а на встроенный пучок поступает среда с относительно, низким парциальным давлением пара и высоким содержанием воздуха. В результате встроенный пучок работает с большими температурными напорами (в несколько раз превышающими недогрев в основных пучках), что не позволяет передать технологической воде сколько-нибудь значительное количество теплоты. Эффективность работы встроенного пучка существенно повысится, если организовать подвод пара непосредственно к нему. С этой целью может быть предложено техническое решение, в соответствии с которым все или большинство пароводяных потоков подаются в нижнюю область конденсатора под встроенный пучок, а соответствующая его часть выделяется за счет установки между поперечными перегородками специальных кожухов.
Эффективность разработанного предложения экспериментально проверена на нескольких турбоустановках. При этом к выделенной части встроенного пучка был заведен подвод рециркуляции основного конденсата и сохранена штатная схема подачи этого конденсата в верхнюю часть конденсатора. В соответствии с полученными данными переход от исходного режима с подачей рециркуляции по штатной схеме к ее подаче по новой схеме (к встроенному пучку) в реальных условиях приводит к снижению температурного напора во встроенном пучке почти в два раза (до уровня недогрева в основном пучке) и позволяет дополнительно использовать более 70 % теплоты, поступающей с конденсатом рециркуляции.
Надежная работа химводоочистки возможна при условиях поддержания конечной температуры подогреваемой сырой подпиточной воды на заданном уровне с достаточно высокой точностью. Для этого современные теплофикационные турбины имеют специальный регулятор температуры подпиточной воды, который независимо управляет степенью открытия регулирующими диафрагмами ЧНД, обеспечивая тем самым необходимый расход пара для подогрева воды во встроенных пучках [12]. Если ТЭЦ работает в закрытой системе горячего водоснабжения, то расходы подпиточной воды, а, значит, и требуемое для ее предварительного подогрева количество пара незначительны.
В этих условиях, как показали проведенные исследования [1], увеличение расхода пара в ЧНД не позволяет получить дополнительную мощность (ЧНД работает в вентиляционном режиме).
С другой стороны, регулирование расхода пара в ЧНД изменением степени открытия РД с большой площадью проходного сечения, при малых δ не может обеспечить достаточную точность регулирования температуры подогреваемой подпиточной воды. Режимы с малыми δ могут существенно снизить надежность работы лопаточного аппарата ЧНД. В [7] показано, что технологические отклонения, имеющие место при изготовлении и сборке РД (непостоянство ширины отдельных каналов и перекрыши) приводят к возрастанию неравномерности потока пара за РД. При этом возможно возникновение в рабочих лопатках первой ступени ЧНД опасного уровня динамических напряжений из-за неравномерностью открытия каналов диафрагмы. Другим отрицательным фактором, как будет показано далее, является возможность увеличения эрозии входных кромок рабочих лопаток.
Для повышения эффективности подогрева подпиточной воды в конденсаторах теплофикационных турбин предложен способ, в соответствии с которым заданная конечная температура этой воды поддерживается за счет регулируемой подачи пара из нижнего теплофикационного отбора в конденсатор помимо проточной части низкого давления [35] при неизменной степени открытия РД. Особенно большой эффект от реализации такого способа достигается в случае параллельной работы основных пучков конденсатора, охлаждаемых циркуляционной водой, и встроенного пучка, в котором подогревается подпиточная вода. В этих условиях подвод греющего пара непосредственно к встроенному пучку (как было рассмотрено выше) позволит значительно снизить потери теплоты в конденсаторе.
При работе теплофикационной турбины с минимальным расходом пара в конденсатор, охлаждаемый циркуляционной водой, давление в нем определяется характеристикой эжектора, т.е. нет необходимости в прокачке больших количеств охлаждающей воды. Однако низкие скорости воды приводят к загрязнению трубок отложениями и преждевременному выходу их из строя. Поэтому возможное снижение расхода охлаждающей воды через пучки конденсатора имеет ограничение [12]. В этих условиях было предложено организовать контур рециркуляции охлаждающей воды [36, 37]. Такое решение позволяет подогревать подпиточную воду в основных пучках конденсатора независимо от ее расхода и качества воды в основном циркуляционном контуре. При замкнутой на конденсатор системе рециркуляции качество воды в чаше градирни и самотечных каналах не будет влиять на состав подпиточной воды, прокачиваемой через конденсатор. Подобная схема более экономична, чем обычная, и не менее надежна, т.к. позволяет оперативно переходить на нормальный режим охлаждения конденсатора.
Реализация предложенных, прошедших опытно-промышленную проверку решений совместно с комплексом мероприятий по уменьшению вентиляционного пропуска пара в ЧНД позволяет существенно снизить потери теплоты в конденсаторе и довести их до уровня, практически не влияющего на экономичность турбоустановки.
