Для чего нужен вакуум в турбине?

На основании многочисленных опытов установ­лено, что при уменьшении вакуума на 1 % против его оптимального значения расход пара турбоустановкой при той же мощности увеличивается на 1—2%. Поэтому наблюдение за вакуумом и поддержание его в пределах, установленных эксплуатационной инструкцией, является совершенно обязательным.

Из теории теплового расчета паровых турбин извест­но, что чем глубже вакуум, тем больше располагаемый перепад тепла на турбине, а следовательно, и перепад, который перерабатывается в полезную мощность. Однако углубление вакуума и увеличение, таким образом, мощ­ности, вырабатываемой турбиной, практически ограни­чены пропускной способностью последней ступени тур­бины.

Как только в выходном сечении рабочих лопаток последней ступени будет достигнуто предельное значе­ние давления (с учетом дорасширяющих возможностей в косом срезе), то при дальнейшем углублении вакуума при постоянном расходе пара процесс расширения пара выйдет за пределы лопаток последней ступени и не бу­дет приводить к увеличению мощности.

Вакуум, соот­ветствующий такому давлению, называется предель­ным вакуумом. Предельный вакуум устанавливает техническую границу углубления вакуума. Однако не­обходимо иметь в виду, что углубление вакуума свя­зано с увеличением расхода охлаждающей воды и, сле­довательно, с увеличением расхода энергии на привод циркуляционных насосов.

Таким образом, с углублением вакуума до его пре­дельного значения происходит увеличение мощности, вы­рабатываемой турбиной, но одновременно увеличивает­ся и мощность, потребляемая циркуляционными на­сосами.

Для различных нагрузок на турбину, разной температуры охлаждающей воды можно найти такое значение вакуума, при котором разность между прира­щением мощности, вырабатываемой турбогенератором за счет углубления вакуума ?N_э, и приращением мощ­ности, потребляемой циркуляционными насосами ?N_ц.н. будет максимальной, т. е.

При таком вакууме турбогенератор будет отдавать наибольшую энергию в сеть. Такой вакуум называется наивыгоднейшим или экономическим вакуумом.

В то время как глубина предельного вакуума опре­деляется пропускной способностью последней ступени турбины, т. е. зависит от характеристики проточной части турбины, наивыгоднейший вакуум зависит от режима работы турбоустановки (точнее от пропуска пара в кон­денсатор) и от расхода охлаждающей воды.

Так как расход охлаждающей воды в конденсатор при прочих неизменных условиях зависит от температуры охлаждаю­щей воды, то можно сказать, что наивыгоднейший вакуум зависит от пропуска пара в конденсатор и от темпера­туры охлаждающей воды.

С увеличением нагрузки на турбину и соответственно с увеличением пропуска пара в конденсатор расход охлаждающей воды для конденсации пара увеличивает­ся, а следовательно, увеличивается и мощность, потреб­ляемая циркуляционными насосами.

Величина экономи­ческого вакуума при этом будет уменьшаться. С пони­жением температуры воды расход ее для конденсации пара уменьшается и, следовательно, увеличивается эко­номический вакуум. Величина экономического вакуума для различных нагрузок на турбину (для различных пропусков пара) и при различной температуре охлаж­дающей воды определяется заводом — изготовителем турбины и уточняется на месте установки турбины путем испытаний.

На рабочее место машиниста турбины дает­ся готовый режимный график, по которому можно уста­новить расход охлаждающей воды, необходимый для обеспечения экономического вакуума.

В процессе работы турбоустановки возможно паде­ние вакуума, причем падение вакуума может быть как постепенным, так и резким (срыв вакуума). Постепенное снижение вакуума может быть вызвано следующими причинами:

а) загрязнением поверхности охлаждения конденса­тора;

б) уменьшением подачи охлаждающей воды в кон­денсатор;

в) повышением температуры охлаждающей воды;

г) нарушением воздушной плотности вакуумной си­стемы установки;

д) нарушением нормальной работы воздухоудаляю­щих устройств.

Для предупреждения снижения вакуума из-за за­грязнений охлаждающей поверхности конденсатора не­обходимо поддерживать эти поверхности чистыми.

Ранее отмечалось, что загрязнение трубок конденса­торов может быть в результате отложений на поверхно­сти трубок солен, содержащихся в охлаждающей воде. Чаще всего на трубках конденсаторов откладываются соли кальция и магния, образуя довольно плотные, трудноудаляемые отложения.

Загрязнение трубок соля­ми обычно наблюдается в системах оборотного водоснабжения. При высокой жесткости циркуляционной воды со­левые загрязнения трубок бывают весьма интенсивными. В таких случаях необходимо применять химическую очистку трубок конденсаторов.

Химическая очистка трубок соляной кислотой произ­водится при выключенном из работы конденсаторе и мо­жет производиться на ходу, если конденсатор разделен на две половины. Для химической очистки конденсатор должен быть оборудован баком для раствора соляной кислоты, насосом для циркуляции раствора и трубопро­водами.

Раствор кислоты с концентрацией 3—4% под действием насоса циркулирует по трубкам конденсато­ра. Для лучшей реакции раствор в конденсаторе подо­гревают паром до температуры 50—60° С. Через каж­дые 5—10 мин производится отбор пробы и путем ана­лиза ее устанавливают концентрацию кислоты в раство­ре. При уменьшении концентрации в бак добавляют кис­лоту.

Очистка трубок считается законченной, когда концен­трация кислоты в циркулирующем растворе становится практически неизменной. По мере очистки трубок кон­центрацию кислоты в растворе надо уменьшать и к кон­цу очистки иметь не более 1%, так как при более высо­кой концентрации кислота будет оказывать вредное действие на очищенные поверхности трубок.

После очистки раствор спускают в канализацию, а конденсатор промывают водой и после этого — слабым раствором щелочи. Раствор щелочи загружают в тот же бак, в который загружался раствор кислоты. Промывка щелочью с целью нейтрализации кислоты длится один — полтора часа. По окончании промывки промывочные трубопроводы от конденсатора отключают и конденса­тор может быть включен в нормальную работу.

Для предупреждения от биологических загрязнений трубок конденсатора охлаждающую воду, как это уже указывалось выше, подвергают хлорированию путем пе­риодического ввода хлора или раствора хлорной из­вести.

Загрязнение трубок конденсаторов возможно также в результате осаждения в трубках взвешенных в воде частиц, как, например, песка, мелкой щепы и прочего мусора, который может поступать в конденсатор с ох­лаждающей водой. Такое загрязнение конденсатора бывает при Недостаточно хорошей очистке воды от меха­нических примесей в водозаборных устройствах.

Для очистки конденсатора от загрязнений механическими примесями делают механическую очистку трубок его. Если конденсатор состоит из двух независящих но воде половин, то механическую очистку производят пооче­редно 'каждой половины конденсатора при нагрузке турбины 50—00% номинальной.

Кислотные промывки, а также механические очистки трубок конденсаторов производят периодически, по мере загрязнения трубок. Вследствие этого отложения в кон­денсаторных трубках, образующиеся в период между чистками конденсатора, неизбежно приводят к ухудшению работы конденсатора и, таким образом, к значи­тельному пережогу топлива, а в некоторых случаях яв­ляются причиной ограничения мощности турбины на ка­кой-то период времени.

Периодические очистки конденсаторов требуют так­же значительной затраты труда и времени и, кроме того, вызывают дополнительный простой оборудования, что влечет за собой недовыработку энергии.

В качестве примера можно указать, что на Красно­горской ТЭЦ только за 2 года было проведено 48 чисток конденсаторов с затратой более 5 000 тыс. человеко-ча­сов и с недовыработкой более 20 млн. квт·ч электро­энергии. В связи с этим возникла необходимость отыска­ния других способов очистки трубок конденсаторов, ко­торые не имели бы недостатков, присущих периодиче­ским химическим или механическим чисткам.

Применение химической и магнитной обработки охлаждающей воды встречает очень большие трудности, особенно на крупных КЭС, в связи с необходимостью подвергать обработке громадное количество охлаждаю­щей воды.

В настоящее время находит все большее распростра­нение метод непрерывной механической очистки трубок конденсаторов резиновыми шариками, предложенный и разработанный группой инженеров ГДР. Этот способ основан на том, что отложения в трубках конденсаторов в первый момент времени не имеют прочной связи с по­верхностью трубок.

Прочная связь у выпадающих кристалликов накипи с поверхностью трубки появляется по прошествии некоторого времени. Таким образом, прочные, трудноудаляемые накипи образуются не сразу, а постепенно.

Способ очистки резиновыми шариками предусматри­вает непрерывное удаление отложений, выпадающих в трубках, при помощи резиновых шариков, циркули­рующих вместе с охлаждающей водой.

При таком спосо­бе очистки трубки конденсаторов все время поддержи­ваются чистыми, что значительно улучшает качество ра­боты конденсатора и благоприятно влияет на экономич­ность работы турбоустановки. В некоторых случаях устройство непрерывной очистки конденсаторов привело к снижению удельных расходов тепла турбоустановкой на 0,5—1%.

Принципиальная схема установки для непрерывной очистки трубок конденсаторов резиновыми шариками показана на рис. 3-9. В сливном водоводе конденсато­ра 2 устанавливают сетку 3 для улавливания шариков. Резиновые шарики из сетки поступают к струйному насо­су 4 и струей воды направляются в загрузочную камеру 5, из которой поступают в напорный водовод 6. Увлекае­мые потоком охлаждающей воды, резиновые шарики проходят по трубкам конденсатора и снова поступают в улавливающую сетку.

Количество шариков, загруженных в установку, со­ставляет 10—20% количества трубок, подлежащих очистке. Так, например, для установки ВК-100-2, снаб­женной двухходовым конденсатором типа 100-КЦС-2, имеющем 5 800 трубок, количество шариков, загружае­мых в установку, составляет порядка 1 100—2 000 шт.

Пе­риодичность включения установки в работу зависит от интенсивности образования отложений в трубках кон­денсатора. При достаточно хорошем качестве охлаж­дающей воды и небольшой степени загрязнения трубок установка может включаться в работу периодически на 4—10 ч в сутки.

Контроль за работой установки ведется путем наблю­дения через окна загрузочных камер за циркуляцией шариков. Минимально допустимая интенсивность цирку­ляции считается, если каждую секунду проходит 4—5 шариков.

Постепенно резиновые шарики срабатываются и эф­фективность очистки трубок такими шариками рез­ко снижается. При срабатывании шариков с диаметра 20—21 мм до размера 17 мм их следует заменять но­выми.

Установка для непрерывной очистки конденсаторов, как это видно из приведенной на рис. 3-9 схемы, до­вольно простая и может легко быть выполнена силами ремонтного персонала электростанции. Стоимость изго­товления и монтаж такой установки для турбин ВК-100 не превышает 1 500 руб. Затрата мощности на работу установки около 40 квт.

Количество резервных шариков, периодически погружаемых в установку, не превышает 2 500 шт. в год. Стоимость этих шариков 110 руб. Срок окупаемости установки 2—3 месяца.

Уменьшение подачи воды в конденсатор может быть вызвано целым рядом причин, а именно: загрязнением трубок конденсатора и повышением вследствие этого гидравлического сопротивления конденсатора, появле­нием значительных присосов воздуха через всасываю­щие водоводы или чаще через сальники циркуляционных насосов, понижением уровня воды в приемных колодцах насосов и значительно реже — вследствие изменения со­стояния насоса: износа рабочего колеса, направляющего аппарата и т. д.

Повышение температуры охлаждающей воды не зави­сит от условий обслуживания конденсационной установ­ки и при оборотной системе циркуляционного водоснаб­жения может быть вызвано нарушением нормальной ра­боты охлаждающих устройств.

На некоторых электро­станциях в результате неудовлетворительного состояния охлаждающих устройств и повышенной температуры охлаждающей воды среднегодовой вакуум составил 90,1—90,3%, вместо 96%, при условии нормального охлаждения циркуляционной воды.

Если принять, что ухудшение вакуума на 1% приводит к увеличению рас­хода пара турбоустановкой тоже на 1%, то при сниже­нии вакуума на 3% против нормального пережог топли­ва на конденсационной электростанции высокого давле­ния мощностью 500 Мвт составит только за три летних месяца работы станции около 90 тыс. т условного топли­ва.

Поэтому еще раз следует отметить важное значение, которое имеет хорошая работа системы циркуляцион­ного водоснабжения в обеспечении экономичной работы электростанции.

О значении воздушной плотности вакуумной системы турбоустановки уже говорилось выше. Совершенно ясно, что увеличение присосов воздуха, также как и наруше­ние нормальной работы воздухоудаляющих устройств, приводит к ухудшению вакуума и к нарушению нор­мальной работы конденсационной установки.

Поэтому при эксплуатации конденсационной установки необхо­димо поддерживать высокую воздушную плотность си­стемы, а также обеспечивать нормальную и устойчивую работу воздухоудаляющих устройств.

Резкое падение разрежения в конденсаторе (срыв ва­куума) может быть вызвано образованием больших при­сосов воздуха в вакуумную систему вследствие образо­вания значительных неплотностей, нарушением нормаль­ной работы воздухоудаляющих устройств либо резким снижением подачи охлаждающей воды в конденсатор.

Последнее может быть при разрыве циркуляционного водовода, либо при остановке циркуляционного насоса. Выявление причины срыва вакуума обычно не представ­ляет большой трудности.