Подогреватели высокого давления

Основным типом подогревателя высокого давления в отечественных паротурбинных установках является вертикальный коллекторный с поверхностью нагрева из гладких труб, свитых в спирали. Основные узлы подогревателя: трубная система, включающая спиральные трубы поверхности нагрева, коллекторные трубы, перегородки, кожухи ОП и ОК, нижняя опорная часть корпуса, к которой приварены связанные с трубной системой подводящие и отводящие трубы, верхняя съемная часть корпуса, соединяемая с нижней фланцевым разъемом.

1. Поверхности зон ОП и ОК располагаются в специальных кожухах, в которых с помощью системы промежуточных перегородок в межтрубном пространстве создается организованное движение потоков пара или конденсата с заданными скоростями. Должны быть приняты конструктивные меры, исключающие возможность холостых протечек пара или конденсата между ходами пара и охлаждаемого конденсата в кожухе.

2. Во избежание слишком большого сопротивления подогревателя по питательной воде число последовательных ходов ее в трубной системе зоны КП не рекомендуется принимать больше двух.

3. При проектировании трубных систем подогревателей со стороны питательной воды следует по возможности применять П- образную схему соединения коллекторов со спиралями и не применять Z- образную, при которой имеет место наибольшая неравномерность в распределении расходов (скоростей) воды по параллельно подключенным к одному ходу спиральным трубам.

4. Для дренирования кожухов зон ОП и ОК в их нижних перепускных коробах следует предусмотреть по два-три отверстия диаметром 10-15 мм.

5. Дренирование корпуса и трубной системы осуществляется через специальные штуцера d_у=20 мм с вентилями. Дренирование трубной системы осуществляется через штуцера на наружных участках подводящего и отводящего патрубков питательной воды.

6. В зоне КП с горизонтально расположенными спиральными трубами после каждых восьми –десяти плоскостей спиральных труб должны устанавливаться конденсатоотводящие лотки- листы, являющиеся одновременно направляющими перегородками для организации движения потока пара в этой зоне.

7. Соединение коллекторных труб с подводящими и отводящими питательную воду патрубками осуществляется в нижней или верхней части подогревателя с помощью специальных развилок или тройников, в которых обеспечивается необходимая компенсация температурных расширений (рис.12). Прямые стыковые соединения коллекторных труб выполняются на подкладных кольцах.

8. При проектировании трубной системы особое внимание следует обращать на компенсацию возникающих в ней температурных напряжений, чтобы не допустить передачи их на нижнее днище. При наличии в аппарате нескольких параллельных ходов питательной воды должна обеспечиваться раздельная температурная компенсация каждого из этих участков трубной системы. Объединение параллельных потоков воды, осуществляемое часто в верхней части трубных систем коллекторно-спиральных подогревателей с помощью тройника, рекомендуется осуществлять так, чтобы в этом месте не образовывалась вторая неподвижная точка закрепления: между коллекторами и тройником должны быть компенсирующие участки труб (рис.37).

Рисунок 37. Схема соединения патрубков входа и выхода питательной воды с коллекторами в нижней части трубной системы:

1- крышка; 2,4,6- собирающие коллекторы; 3,5,8- раздающие коллекторы; 7- косынка для крепления коллекторов к крышке; 9- участок соединения патрубка с коллектором, имеющий гибы для компенсации температурных напряжений; А- патрубок входа питательной воды; Б- патрубок выхода питательной воды

 

9. По условиям предотвращения эрозионных повреждений входных участков труб, образующих поверхность теплообмена в аппаратах коллекторно-спирального или камерного типа, рекомендуется принимать следующие значения средних скоростей воды на этих участках:

для  в стальных углеродистых трубах при d_вн=  мм  м/с, при d_вн=  мм  м/с;

для  в латунных и медноникелевых трубах  м/с, в стальных нержавеющих трубах  м/с.

Здесь  и  - средние скорости воды во входном сечении коллектора и отводящих трубах поверхности теплообмена.

 

Лекция №18

 Конструктивные схемы подогревателей низкого давления поверхностного типа

(2часа)

Конструктивная схема подогревателя должна обеспечить наиболее полное использование теплоты греющего пара, который может быть перегретым или насыщенным. В зависимости от этого можно выделить две или три зоны передачи теплоты. При охлаждении перегретого пара в подогревателе можно выделить участок поверхности, где температура стенки выше температуры насыщения греющего пара, - охладитель перегрева (ОП). Конструктивно охладитель перегрева может как располагаться внутри подогревателя, так и выделяться в отдельный теплообменник. Основное количество теплоты греющего пара передается в зоне конденсации - собственно подогреватель (СП). В ряде случаев более полного использования теплоты выделяется зона охлаждения конденсата греющего пара - охладитель конденсата (ОК), который может находиться в одном корпусе с поверхностью зоны конденсации или выделяться в отдельный теплообменник. Во всех регенеративных подогревателях поверхностного типа применяются гладкие трубы из латуни или нержавеющей стали. Движение нагреваемой воды происходит внутри труб, а греющего пара - в межтрубном пространстве.

На рис.38 показана конструкция подогревателя ПН-400-26-2-IV, работающего в системе регенерации блока К-300-240.

Поверхность нагрева этого подогревателя включает 1452 U-образные трубки, концы которых закреплены в трубной доске, установленной между фланцами водяной камеры и корпуса. Внутри водяной камеры размещены анкерные болты для укрепления трубной доски и передачи части массы трубной системы на крышку корпуса. Там же устанавливаются несколько ходов перегородки для разделения потока воды на несколько ходов (рассматриваемый подогреватель имеет четыре хода воды).

Подвод греющего пара осуществляется через паровой патрубок, против которогоразмещен отбойный щит, связанный с каркасом трубного пучка. Для улучшения условий передачитеплоты вкорпусе установлены перегородки, обеспечивающие трехходовое поперечное движение пара. Отвод конденсата греющего пара производится из нижней части корпуса. Из зоны над уровнем конденсата греющего пара через перфорированную полукольцевую трубу осуществляется отвод неконденсирующихся газов и воздуха. Для контроля за уровнем конденсата и его регулирования в корпусе в нижней части его имеются штуцера присоединения водомерного стекла и импульсных трубок регулятора. Обычно уровень конденсата в корпусе ПНД не превышает 1000 мм.

Рисунок 38. Подогреватель низкого давления ПН-400-26-2-IV:

1- водяная камера; 2- анкерная связь; 3- корпус; 4- каркас трубной системы; 5- трубки; 6- отбойный щиток; 7- патрубок отсоса паровоздушной смеси; 8- патрубок отвода конденсата греющего пара; 9- вход пара; 10,11 – патрубки подвода и отвода питательной воды; 12- подвод паровоздушной смеси из вышестоящего подогревателя

 

На рис.39 показана конструкция ПНД (ПН-1500-32-6-IIIнж) для блока К-800-240.

Как видно из рисунка, греющий пар в корпус подогревателя подводится по двум симметрично расположенным патрубкам. Направленное движение потока пара через трубный пучок обеспечивается установкой промежуточных перегородок. Отвод конденсата греющего пара осуществляется через патрубок, расположенный в нижней части корпуса. Для отвода воздуха и неконденсирующихся газов из подогревателя над уровнем конденсата установлена кольцевая перфорированная труба. Чтобы исключить возможность отвода вместе с воздухом пара, над трубой отвода воздуха установлен кольцевой гидрозатвор, заполненный конденсатом.

 

Рисунок 39. Подогреватель низкого давоения ПН-1500-32-6-IIIнж:

а- общий вид; б- схема движения воды и пара; 1 – крышка водяной камеры; 2- отсеки водяной камеры; 3 – вварная трубная доска; 4- трубная система; 5-= корпус; 6 – трубы каркаса трубной системы; 7- гидрозатвор; 8- кольцевое воздухоотсасывающее устройство; 9- опорные лапы; 10- воздушник; 11- рымы транспортировочные; 12- вход греющего пара; 13,14 – вход и выход основного конденсата; 15- выход конденсата греющего пара; 16- отвод воздуха; 17-указатель уровня; 18- коллектор для приоединения импульса регулятора уровня

ПНД, использующие пар высокого потенциала (перегретый), оснащаются охладителем перегрева и охладителем конденсата. Пароохладитель выполняется в виде отдельного пучка труб, смонтированного в специальном кожухе, и размещается в центральной или боковой части подогревателя.

Для крупных турбоустановок разработаны специальные подогреватели низкого давления. На рис.40 показана конструкция подогревателя ПН-1800.

Рисунок 40. Регенеративный подогреватель низкого давления ПН-1800-42-4-I-А:

а- общий вид; б- схема движения воды и пара; А- вход подогреваемого конденсата; Б- то же выход; В – вход греющего пара; Г – отвод конденсата греющего пара; Д – вход конденсата греющего пар из подогревателя более высокого давления; Е – откос паровоздушной смеси; Ж – опорожнение трубной системы; З – отвод конденсата из паровой системы;1 – нижняяводяная камера; 2- перегородки трубной системы; 3 –трубки; 4- корпус; 5- трубная доска; 6 – верхняяводяная камера

Поверхность нагрева состоит из вертикальных стальных трубок с d = 16 1 мм, концы которых развальцованы в трубных досках с приваркой. Трубный пучок заключен в кожух с окном по всей высоте со стороны входа пара. Поток пара проходит перпендикулярно трубному пучку по восьми каналам, образованным перегородками, которые одновременно исключают вибрацию трубок. Нижняя трубная доска приварена к корпусу подогревателя, а нижняя водяная камера прикреплена с помощью фланцев и шпилек к фланцу корпуса. Верхняя водяная камера соединена с трубной доской фланцевым соединением и может перемещаться вместе с трубным пучком, воспринимая термические напряжения.

Питательная вода поступает в подогреватель через патрубок в верхней водяной камере. Перегородка в камере обеспечивает двухходовое движение воды. При проходе пара между трубками происходит его конденсация. Конденсат пара собирается на промежуточных перегородках, которые имеют вырезы.

Для уменьшения поверхности, затапливаемой конденсатом, отвод его осуществляется из объема корпуса ниже нижней трубной доски. В подогревателях с большей поверхностью отвод воздуха и неконденсирующихся газов может производится из центральной части пучка при организации слива конденсата в центре промежуточных перегородок.

Основным недостатком ПНД поверхностного типа являются высокие значения недогрева воды до температуры насыщения греющего пара. Особенно великнедогрев у подогревателей, работающих при давлении ниже атмосферного. Так, для большинства конденсационных блоков этот показатель составляет 8-10 , что существенно превышает расчетные значения.

         Основной причиной высокого недогрева является наличие воздуха в греющем паре, который проникает в подогреватель через неплотности. Влияние примеси воздуха на недогрев воды показано на рис.41, где приведены данные тепловых испытаний ПНД блоков К-300-240. Из приведенных данных видно, что при содержании воздуха в паре 0,2-0,3  поверхностный подогреватель практически перестает работать.

Рисунок 41. Зависимость недогрева от содержания воздуха в подогревателе:

1- поверхностный подогреватель, 2 – зона фактической работы; 3 – смешивающий подогреватель

Важной причиной высокогонедогрева в ПНД является их большое гидравлическое сопротивление при проходе пара и связанная с этим потеря его давления. Так, для подогревателей типа ПН-400-26-2-IV блоков К-300-240 потери давления пара за счет гидравлического сопротивления трубного пучка достигали (по данным испытаний) 0,007-0,008 МПа, что соответствовало снижению температуры насыщения греющего пара примерно на 10 .

      Система регенерации низкого давления с подогревателями поверхностного типа являются одним из основных источников поступления оксидов меди и железа в паровой тракт блока, что ведет к коррозии и эрозии труб.

Эти недостатки могут быть устранены при применении комбинированной схемы регенерации, когда подогреватели низкого давления, работающие при давлении выше атмосферного, выполняются поверхностного типа, а подогреватели с давлением греющего пара ниже атмосферного – смешивающего типа.

 

Лекция 19