Характеристики конденсаторов

В табл. 4 приведены основные технические характеристики конденса­торов паровых турбин различных турбинных заводов.

Все конденсаторы турбин ТЭС и ТЭЦ на органическом топливе выполняются в подвальном исполнении, т. е. устанавливаются непосредственно под ЦНД турби­ны. В зависимости от мощности турбины, числа выхлопов из нее пара и общей компоновки турбоагрегата

Табл. 4 Характеристики конденсаторов паровых турбин различных турбинных заводов

Примечание. Материалы трубок конденсаторов варьируются из следующего ряда: Л68, 070-1,
МНЖ5-1, МНЖМцЗО-1-1.

* для номинальной конденсационной мощности турбины;

** для максимальной конденсационной мощности турбины;

*** для первого и второго корпусов по ходу воды.

применяются одно- и многокорпусные конденсаторы. Среди мощных турбин ТЭС однокорпусные конденсаторы имеют турбины К-160-130 ХТЗ (два выхлопа) и К-300-240 ЛМЗ и ХТЗ (три выхлопа). У турбин К-100-90 и К-200-130 ЛМЗ два корпуса (по одному на каждый выхлоп), а у турбины К-500-240 ХТЗ — также два корпуса, но каждый из них обслуживает двухпоточ­ный ЦНД. Все эти конденсаторы имеют два хода охлаждающей воды и попереч­ное расположение корпусов относительно оси турбины. Конденсаторы турбин К-300-240 и К-160-130 по охлаждающей воде двухпоточные, с вертикальными пе­регородками в водяных камерах, позволяющими отключать по воде одну из поло­вин конденсатора при работе турбины на пониженной нагрузке – для отыскания и отглушения поврежденных трубок или очистки трубок в отклю­ченной половине.

У большинства остальных указанных выше конденсаторов (для турбин мощ­ностью 50...300 МВт) по два параллельно включенных по охлаждающей воде кор­пуса, паровые пространства которых соединены между собой перепускными пат­рубками, что позволяет отключать по воде один из корпусов при работе турбины.

Турбины ЛМЗ мощностью 500, 800 и 1200 МВт имеют одноходовые конденса­торы с аксиальным расположением корпусов (вдоль оси турбины). Аксиальные одноходовые конденсаторы имеют один или два последовательно включенных по воде (через общую промежуточную водяную камеру) двухпоточных корпуса (тур­бины К-500-240 и К-800-240), или две параллельные группы по два последова­тельно включенных однопоточных корпуса (К-1200-240). Применение в данном случае аксиальных конденсаторов упрощает схему и облегчает размещение цир­куляционных водоводов.

Конденсаторы быстроходных турбин АЭС К-220-44, К-500-65 и К-750-65 (3000 об/мин) — подвальные, двухходовые по охлаждающей воде с поперечным расположением однопоточных корпусов. Турбина К-220-44 имеет по одному корпусу конденсатора на каждый из двух двухпоточных ЦНД, а другие две турби­ны — на каждый из четырех двухпоточных ЦНД. Боковые конденсаторы у тур­бины К-500-60/1500 имеют по одному, а у турбины К-1000-60/1500-1 по три пос­ледовательно соединенных по охлаждающей воде корпуса с каждой стороны тур­бины; отработавший пар поступает в конденсаторы как из нижней, так и из вер­хней половины корпуса ЦНД.

Рис. 13. Конденсатор К-15240 ХТЗ. 1,2 выход и вход охлаждающей воды; 3 люк; 4 сброс отработавшего пара приводной турбины питательного насоса; 5 горловина конденсатора; 6 основной трубный пучок; 7 патрубок отсоса паровоздушной смеси (4 шт.); 8 воздухоохла­дитель; 9 деаэрационный конденсатосборник; 10 пружинная опора; 11 патру­бок подвода пара для деаэрации; 12,16 передняя и задняя водные камеры; 13,17, 18,19 трубопроводы соответственно из 7,6,8 и 9-го отборов турбины; 14 подвод конденсата для охлаждения переходного патрубка; 15 подвод химически очищен­ной воды; 20 сброс пара в паросбросное устройство из БРОУ (8 штуцеров); 21 подвод охлаждающего конденсата; 22 отсос воздуха из водяных камер (циркуляци­онной системы); 23 паровой щит; 24 зона установки сливных трубок; 25 сече­ние, соответствующее месту установки перегородки; 26 приварная опорная рама.

Применение боковых конденсаторов позволило упростить конструкцию ЦНД и фундамента турбины, а также облегчило размещение конденсаторов.

На рис. 13 показана конструкция конденсатора К-15240 турбины К-300-240 ХТЗ.

Конденсатор двухходовой двухпоточный, имеет параллельное расположение ходов по воде по отношению к паровому потоку, т. е. пар одновременно поступает в трубные пучки первого и второго ходов воды. Подвод воды осуществляется сни­зу, отвод сверху.

Трубный пучок выполнен в виде ленты с треугольной разбивкой трубок. Пери­ферийные трубки пучка имеют толщину стенки 2 мм, так как они наиболее под­вержены воздействию динамического напора пара, остальные — 1 мм.

Поверхность теплообмена конденсатора с центральным проходом для пара и боковыми отсосами паровоздушной смеси 7 состоит из двух симметричных (от­носительно вертикальной оси конденсатора) трубных пучков 6, скомпонованных вокруг воздухоохладителя 8 и образующих проход для пара в нижнюю часть кон­денсатора. Такая схема наиболее полно отвечает основным требованиям к рацио­нальной компоновке трубных пучков конденсаторов.

Ленточная компоновка трубного пучка обеспечивает большое живое сечение на стороне входа пара в трубный пучок. В трубных пучках, выполненных в виде сложенных лент, со стороны входа пара образованы внешние сужающиеся кана­лы. Тем самым обеспечивается увеличение входного периметра и уменьшение глубины пучка. На сторо­не выхода пара имеются внутренние расширяющиеся каналы для отвода из пуч­ков паровоздушной смеси. Несконденсировавшийся пар и воздух, выходящие из внутренних каналов, поступают к воздухоохладителю 8. Число рядов трубок в ленте по ходу пара составляет 8... 12.

Расположенные в нижней части конденсатора горизонтальные участки лент трубного пучка препятствуют попаданию пара из центрального прохода непос­редственно к воздухоохладителю 8. В то же время они обеспечивают постоянное протекание пара над зеркалом конденсата, собирающегося на днище конденсато­ра, способствуя хорошей деаэрации конденсата. Трубный пучок воздухоохладите­ля 8 отделен от основного трубного пучка 6 наклонным паровым щитом 23, обес­печивающим слив конденсата (с вышерасположенных трубок) в зону трубных до­сок. Улавливание конденсата на промежуточных уровнях по высоте трубного пуч­ка (например 24) осуществляется с помощью сливных трубок и специальных перегородок.

Трубный пучок конденсатора размещен в стальном корпусе сварной конструк­ции. В поперечном сечении корпус имеет форму прямоугольника, с наружной сто­роны боковые плоские стенки укреплены элементами жесткости — швеллерами. Повышенная водяная плотность конденсатора обеспечивается нанесением уплот­няющего (битумного) покрытия на основные трубные доски (после развальцовки в них концов охлаждающих трубок) со стороны водяных камер.

С обеих торцевых сторон корпуса к трубным доскам приварены передние 12 и задние 16 водяные камеры, которые заканчиваются фланцами. К этим фланцам на шпильках и болтах крепятся съемные крышки, которые дополнительно укрепле­ны анкерными шпильками. Плотность фланцевых разъемов крышек обеспечива­ется резиновым жгутом прямоугольного сечения, закладываемым в имеющиеся во фланцах канавки. В ряде модификаций конденсатора крышки задних камер 16выполнены приварными.

Для организации двух ходов воды в каждом потоке воды в передней водяной камере имеется горизонтальная перегородка. Сечение, соответствующее месту установки этой перегородки в водяной камере, на рис. 13 (разрез Б—Б) обозна­чено цифрой 25.

Горловина конденсатора 5 имеет прямоугольное, расширяющееся в сторону конденсатора сечение и выполнена из плоских наклонных стальных листов, ук­репленных изнутри ребрами и скрещивающимися тягами круглого сечения. Через горловину выведены трубопроводы отборов пара из ЦНД турбины, которые экра­нированы кожухами.

Днище конденсатора укреплено приварной опорной рамой 26, которая одно­временно придает общую жесткость конденсатору в целом. Опорная рама состоит из сварных балок двутаврового сечения. Передаваемая опорной рамой нагрузка воспринимается четырьмя пружинными опорами 10 (по восемь пружин в каж­дой). Пружинные опоры расположены по торцам конденсатора со стороны пере­дней и задней водяных камер каждого потока.

Поверхность воздухоохладителя в большинстве конденсаторов со­ставляет 8... 10 % от всей поверхности охлаждения конденсаторов. Проходные сечения по ходу движения па­ровоздушной смеси к месту отсоса при помощи паровых щитов выполнены резко суживающимися, благодаря чему по ходу движения скорость смеси возрастает. Это способствует интенсификации теплообмена, а также снижению температуры и удельного объема отсасываемой смеси.

Из условий транспортировки по железной дороге конденсаторы часто не могут быть полностью собраны на заводе, и поэтому предусмотрено изготовление их в виде отдельных транспортабельных блоков. Завершение изготовления (сборка и сварка) производится на монтажной площадке.

Для сохранения в процессе транспортировки геометрических форм и размеров свариваемых на монтаже частей корпуса, входного патрубка (горловины) и водя­ных камер перечисленные элементы временно укрепляются швеллерами жестко­сти, которые затем удаляются в процессе сборки узлов.

Рис. 14. Конденсатор К-22550 ХТЗ. 1 трубный пучок, 2 воздухоохладитель, 3 паровые щиты, 4 правый конден­сатор, 5 деаэрационное устройство, 6 конденсатосборник, 7 входной патру­бок, 8 приемно-сбросное устройство, 9 опора боковая, 10 верхний поток (по охлаждающей воде), 11 нижний поток (по охлаждающей воде), 12 опора нижняя стержневая однорядная, 13 опора нижняя стержневая двухрядная, 14 левый конденсатор, 15 водяная камера задняя (поворотная), 16 водяная камера пере­дняя; А вход охлаждающей воды в верхний поток, Б вход охлаждающей воды в нижний поток, В выход охлаждающей воды из верхнего потока, Г выход охлажда­ющей воды из нижнего потока, Д вход пара в конденсатор, Ж отсос паровоздуш­ной смеси, З подвод к приемно-сбросному устройству

На рис. 14 показана конструкция конденсатора К-22550 турбины К-500-60/ 1500 ХТЗ. Впервые в практике турбостроения применены ЦНД с боковым распо­ложением конденсаторов. Такая схема позволяет решить задачу размещения боль­шой поверхности охлаждения в корпусе конденсатора.

При проектировании схем с бесподвальным конденсатором практически от­сутствуют ограничения, связанные с их размещением в проеме фундамента, кото­рые приходится учитывать при подвальном исполнении конденсаторов.

Несомненным достоинством боковых конденсаторов является снижение высо­ты отметки расположения турбины и, следовательно, меньшая высота фундамен­та, что важно для больших габаритов и масс тихоходных турбоагрегатов. Кроме того, более равномерный выход пара из последней ступени ЦНД обеспечивает меньшие потери в выходном патрубке и меньшую окружную неравномерность потока за этой ступенью.

Отработавший пар в турбине из двухпоточного ЦНД поступает в два боковых конденсатора, расположенных по обе стороны ЦНД.

Компоновка трубного пучка 1 так же, как и в подвальных конденсаторах, вы­полнена в виде многократно свернутой ленты, однако с учетом бокового, несколь­ко наклонного к горизонтальной плоскости направления потока пара из ЦНД. По внешнему периметру ленты имеются достаточно глубокие и широкие проходы для пара, что дало возможность снизить среднюю скорость пара на входе в пучок и уменьшить толщину ленты.

Применение паровых щитов, расположенных во внутренних проходах трубно­го пучка, а также сливных трубок, находящихся под лентой пучка каж­дого парового прохода, обеспечивает отвод и слив конденсата по промежуточным перегородкам, что предотвращает (снижает) его переохлаждение и аэрацию, а также уменьшает паровое сопротивление конденсатора.

Каждый конденсатор турбины двумя патрубками 7 соединен с четырьмя вы­ходными патрубками турбины через линзовый компенсатор. Высота патрубка 7 соответствует высоте конденсатора, а ширина — половине его длины. Соедине­ния патрубков 7 с конденсатором и с выходными патрубками турбины неразъем­ные, сварные. При таком соединении ЦНД с конденсатором возникают значитель­ные боковые усилия, действующие на корпус конденсатора в сторону ЦНД и оп­ределяемые перепадом в 0,1 МПа и площадью его выходных патрубков.

Усилия на каждый конденсатор составляют примерно 500 т и передаются на фундамент турбины гибкими боковыми опорами из труб, устанавливаемыми по обе стороны трубного пучка между конденсатором и фундаментом турбины (на рис. 14 не показаны). Нагрузка от конденсатора с водой воспринимается систе­мой гибких стержней 12, 13, расположенных вдоль конденсатора под каждой труб­ной доской. С наружной стороны конденсатора опора 12 имеет один ряд стерж­ней, а с внутренней стороны — два ряда 13. Опоры жестко заделываются в эле­менты конструкции нижней плиты фундамента и привариваются к конденсатору.

Окончательная сборка и сварка конденсатора осуществляются на электростанции. Корпус каждого конденсатора состоит из восьми транспортабельных блоков.

Входной (переходной) патрубок 7 состоит из четырех блоков, свариваемых также на электростанции. На боковых вертикальных стенках этих патрубков (по два на каждом конденсаторе) установлены выносные приемно-сбросные устройства 8. Производительность устройства оп­ределяется условиями расхолаживания реактора при аварийной ситуации и со­ставляет 60 % полного расхода пара D₀ через стопорный клапан турбины.

Наряду с указанными выше достоинствами боковых конденсаторов такое реше­ние имеет и ряд недостатков. Основные из них: затруднен доступ к ЦНД при обслуживании, ревизии и ремонтах; большая протяженность соединений, нахо­дящихся под разрежением, что может вызывать повышенные присосы воздуха; при гидравлической опрессовке конденсатора необходимо заливать водой и турбину, уплотнения которой требуют при этом герметизации. Кроме того, уровень конден­сата в конденсаторе изначально приближен к проточной части турбины, что может привести к его забросу в турбину на отдельных режимах ее работы.

Многие конденсаторы оборудованы солевыми отсеками для обнаружения и улавливания конденсата, загрязненного присосами циркуляционной воды; отсеки расположе­ны между основными трубными досками и ближайшими к ним промежуточными перегородками. На основе периодически проводимого химического анализа воды из солевых отсеков делается заключение о герметичности вальцовочного соеди­нения трубок конденсатора.

Конденсаторы большинства крупных турбоагрегатов устанавливаются на пружинных опорах, нагруженных весом полностью собранных конструкций, без воды. Вес конденсата и циркуляционной воды, находящейся в конденсаторе, передается на опоры турбин и нагружает вер­хний пояс фундамента. В качестве примера: масса двух конденсаторов 800-КЦС-4 турбины К-800-240-4 ЛМЗ — около 1100 т, циркуля­ционной воды в конденсаторной группе — около 430 т, воды, помещающейся в паровом пространстве при гидравлических испытаниях конденсатора — 1700 т.

Компенсация разницы тепловых расширений ЦНД и корпусов конден­саторов обеспечивается применением линзовых компенсаторов, установленных между соединительными патрубками и корпусами конденсатора.

В дополнение на рис. 15 и рис. 16 представлены общие виды конденсатора 300-КЦС-1 (З) и конденсато­ров 800-КЦС-4 конструкции и производства ЛМЗ. Компоновка трубного пучка конденсатора турбины К-800-240 ЛМЗ представлена на рис. 12.

Рис. 15. Общий вид конденсатора 300-КЦС-1 (З) ЛМЗ.

Рис. 16. Общий вид конденсато­ров 800-КЦС-4 ЛМЗ.