Тепловой баланс конденсатора и переохлаждение конденсата

Тепловой баланс поверхностного конденсатора имеет следующее выражение:

G _к(h_к-h_к¹)= W (t_2в-t_1в) с_в, (17.1)

где h_к - энтальпия пара, поступающего в конденсатор, кДж/кг; h_к¹=с_вt_к - энтальпия конденсата; с_в =4,19 кДж/(кг×⁰С) – теплоемкость воды; W – расход охлаждающей воды, кг/с; t_1в, t_2в - температура охлаждающей воды на входе и выходе из конденсатора. Расход конденсируемого пара G _к, кг/с и энтальпия h_к известны из расчета паровой турбины. Температура конденсата на выходе из конденсатора принимается равной температуре насыщения пара t_п, соответствующей его давлению р_к с учетом переохлаждения конденсата D t_к: t_к= t_п- D t_к.

Переохлаждение конденсата (разность между температурой насыщения пара при давлении в горловине конденсатора и температурой конденсата во всасывающем патрубке конденсатного насоса) является следствием понижения парциального давления и температуры насыщенного пара из-за наличия воздуха и парового сопротивления конденсатора (рис.17.3).

Рис.17.3. Изменение параметров паровоздушной смеси в конденсаторе: а – изменение парциального давления пара p_п и давления в конденсаторе p_к; б – изменение температуры пара t_п и относительного содержания воздуха ε

Применяя закон Дальтона к движущейся в конденсаторе паровоздушной среде, имеем: р_к=р_п+р_в, где р_п и р_в – парциальные давления пара и воздуха в смеси. Зависимость парциального давления пара от давления в конденсаторе и относительного содержания воздуха e = G _в/ G _к имеет вид:

(17.2)

При входе в конденсатор относительное содержание воздуха мало и р_п»р_к. По мере конденсации пара значение e растет и парциальное давление пара падает. В нижней части парциальное давление воздуха наиболее значимо, т.к. оно повышается из-за роста плотности воздуха и значения e. Это приводит к снижению температуры пара и конденсата. Кроме того, имеет место паровое сопротивление конденсатора, определяемое разностью

D р_к= р_к - р_к´. (17.3)

Обычно D р_к =270-410 Па (определяется эмпирически).

В конденсатор, как правило, поступает влажный пар, температура конденсации которого однозначно определяется парциальным давлением пара: меньшему парциальному давлению пара соответствует меньшая температура насыщения. На рис.17.3, б показаны графики изменения температуры пара t_п и относительного содержания воздуха ε в конденсаторе. Таким образом, по мере движения паровоздушной смеси к месту отсоса и конденсации пара температура пара в конденсаторе уменьшается, так как снижается парциальное давление насыщенного пара. Это происходит из-за присутствия воздуха и возрастания его относительного содержания в паровоздушной смеси, а также наличия парового сопротивления конденсатора и снижения общего давления паровоздушной смеси.

В таких условиях формируется переохлаждение конденсата Dt_к=t_п-t_к, которое приводит к потере теплоты с охлаждающей водой и необходимости в дополнительном подогреве конденсата в регенеративной системе турбоустановки. Кроме того – сопровождается возрастанием количества растворенного в конденсате кислорода, вызывающего коррозию трубной системы регенеративного подогрева питательной воды котла.

Переохлаждение может достигать 2-3⁰С. Средством борьбы с ним является установка воздухоохладителей в трубном пучке конденсатора, из которых отсасывается паровоздушная смесь в эжекторные установки. В современных ПТУ переохлаждение допускается не более 1⁰С. Правила технической эксплуатации строго предписывают допустимые присосы воздуха в турбоустановку, которые должны быть меньше 1%. Например, для турбин мощностью N_Э =300 МВт присосы воздуха должны быть не более 30 кг/час, а N_Э =800 МВт – не более 60 кг/час. Современные конденсаторы, обладающие минимальным паровым сопротивлением и рациональной компоновкой трубного пучка, в номинальном режиме эксплуатации турбоустановки практически не имеют переохлаждения.