Поверхностный конденсатор является широко используемым термином для водоохлаждаемого кожухотрубного теплообменника установлен для конденсации выхлопных пара из паровой турбины в тепловых электростанциях . [1] [2] [3] Эти конденсаторы представляют собой теплообменники, которые переводят пар из газообразного в жидкое состояние при давлении ниже атмосферного . Там, где не хватает охлаждающей воды, часто используется конденсатор с воздушным охлаждением. Однако конденсатор с воздушным охлаждением значительно дороже и не может обеспечить такое низкое давление (и температуру) выхлопных газов паровой турбины, как поверхностный конденсатор с водяным охлаждением.
Поверхностные конденсаторы также используются в приложениях и отраслях, отличных от конденсации выхлопных газов паровых турбин на электростанциях.
Цель [ править ]
На тепловых электростанциях цель поверхностного конденсатора - конденсировать отработанный пар из паровой турбины для достижения максимальной эффективности , а также преобразовывать отработанный пар турбины в чистую воду (называемую паровым конденсатом), чтобы его можно было повторно использовать. в парогенераторе или котле в качестве питательной воды для котла.
Почему это необходимо [ править ]
Сама паровая турбина представляет собой устройство для преобразования тепла пара в механическую энергию . Разница между теплотой пара на единицу массы на входе в турбину и теплотой пара на единицу массы на выходе из турбины представляет собой тепло, которое преобразуется в механическую энергию. Следовательно, чем больше в турбине тепла на фунт или килограмм пара преобразуется в механическую энергию, тем выше ее КПД. Путем конденсации отработавшего пара турбины при давлении ниже атмосферного увеличивается перепад давления пара между входом и выходом турбины, что увеличивает количество тепла, доступного для преобразования в механическую энергию. Большая часть тепла выделяется из-законденсация отработанного пара уносится охлаждающей средой (водой или воздухом), используемой поверхностным конденсатором.
Схема поверхностного конденсатора с водяным охлаждением [ править ]
На следующей диаграмме показан типичный поверхностный конденсатор с водяным охлаждением, который используется на электростанциях для конденсации отработанного пара от паровой турбины, приводящей в действие электрический генератор, а также в других приложениях. [2] [3] [4] [5] Существует множество вариантов изготовления конструкции в зависимости от производителя, размера паровой турбины и других условий, специфичных для объекта.
Shell [ править ]
Кожух является самым внешним корпусом конденсатора и содержит трубки теплообменника. Оболочка изготовлена из пластин из углеродистой стали и усилена по мере необходимости для обеспечения жесткости оболочки. Когда этого требует выбранная конструкция, устанавливаются промежуточные пластины, которые служат перегородками, обеспечивающими желаемый путь потока конденсирующегося пара. Пластины также обеспечивают поддержку, которая помогает предотвратить провисание труб большой длины.
Внизу кожуха, где собирается конденсат, установлен выпускной патрубок. В некоторых конструкциях предусмотрен отстойник (часто называемый горячим колодцем). Конденсат откачивается из выпускного патрубка или горячего колодца для повторного использования в качестве питательной воды котла .
Для большинства поверхностных конденсаторов с водяным охлаждением кожух находится под [частичным] вакуумом при нормальных условиях эксплуатации.
Вакуумная система [ править ]
Для поверхностных конденсаторов с водяным охлаждением внутренний вакуум в кожухе обычно создается и поддерживается внешней пароструйной эжекторной системой. Такая эжекторная система использует пар в качестве рабочей жидкости для удаления любых неконденсируемых газов, которые могут присутствовать в поверхностном конденсаторе. Эффект Вентури , который является частным случаем принципа Бернулли , применяется к работе пароструйных эжекторов.
Для этой службы также популярны механические вакуумные насосы с приводом от двигателя , такие как жидкостные кольцевые .
Листы труб [ править ]
На каждом конце оболочки предусмотрен лист достаточной толщины, обычно сделанный из нержавеющей стали , с отверстиями для вставки и прокатки труб. Входной конец каждой трубки также имеет раструб для упрощенного входа воды. Это необходимо для предотвращения завихрений на входе в каждую трубку, вызывающих эрозию, и для уменьшения трения потока. Некоторые производители также рекомендуют пластиковые вставки на входе в трубки, чтобы избежать эрозии входного конца водоворотами. В небольших установках некоторые производители используют манжеты для уплотнения концов трубок вместо катания. Позаботиться о расширении по длинеИз труб в некоторых конструкциях имеется компенсатор между оболочкой и трубной решеткой, позволяющий последней перемещаться в продольном направлении. В меньших по размеру агрегатах трубам придается некоторый прогиб, чтобы компенсировать их расширение, при этом водяные камеры обоих концов жестко прикреплены к корпусу.
Трубы [ править ]
Обычно трубы изготавливаются из нержавеющей стали , медных сплавов, таких как латунь или бронза, медно-никелевый сплав или титан.в зависимости от нескольких критериев выбора. Медьсодержащие сплавы, такие как латунь или купроникель, на новых предприятиях используются редко из-за того, что токсичные медные сплавы опасны для окружающей среды. Также, в зависимости от обработки воды парового цикла для котла, может быть желательно избегать материалов труб, содержащих медь. Титановые конденсаторные трубки обычно являются лучшим техническим выбором, однако использование титановых конденсаторных трубок практически исключено из-за резкого увеличения стоимости этого материала. Длина трубок для современных электростанций составляет около 85 футов (26 м), в зависимости от размера конденсатора. Выбранный размер зависит от транспортабельности и простоты монтажа на месте установки. Внешний диаметр трубок конденсатора обычно составляет от 3/4 дюйма до 1-1 / 4 дюйма,на основе соображений трения охлаждающей воды конденсатора и габаритных размеров конденсатора.
Водяные боксы [ править ]
Трубная решетка на каждом конце с загнутыми концами труб, так как каждый конец конденсатора закрывается изготовленной крышкой коробки, известной как водяная камера, с фланцевым соединением с трубной решеткой или кожухом конденсатора. Водяной ящик обычно снабжен люковыми отверстиями на откидных крышках для проверки и очистки.
Эти водяные камеры на входной стороне также будут иметь фланцевые соединения для впускных дроссельных заслонок охлаждающей воды , небольшую вентиляционную трубу с ручным клапаном для выпуска воздуха на более высоком уровне и ручной дренажный клапан внизу для слива водяного бака для обслуживания. Точно так же на выпускном водяном баке соединение охлаждающей воды будет иметь большие фланцы, дроссельные заслонки , выпускное соединение также на более высоком уровне и сливное соединение на более низком уровне. Аналогичным образом карманы для термометров расположены на впускном и выпускном патрубках для локальных измерений температуры охлаждающей воды.
В небольших установках некоторые производители делают корпус конденсатора, а также водяные камеры из чугуна .
Коррозия [ править ]
Со стороны охлаждающей воды конденсатора:
Трубки, трубные решетки и водяные камеры могут быть изготовлены из материалов, имеющих различный состав, и всегда находятся в контакте с циркулирующей водой. Эта вода, в зависимости от ее химического состава, будет действовать как электролит между металлическим составом трубок и водяных ящиков. Это вызовет электролитическую коррозию, которая в первую очередь начнется с анодных материалов.
Конденсаторы на основе морской воды, особенно когда морская вода содержит химические загрязнители , имеют худшие характеристики коррозии. Речная вода с загрязняющими веществами также нежелательна для охлаждающей воды конденсатора.
Необходимо терпеть коррозионное воздействие морской или речной воды и применять соответствующие методы. Один из методов - использование гипохлорита натрия или хлора , чтобы гарантировать отсутствие морских зарослей на трубах или трубах. Эта практика должна строго регулироваться, чтобы гарантировать, что оборотная вода, возвращающаяся в море или речной источник, не пострадает.
Со стороны пара (кожуха) конденсатора:
Концентрация нерастворенных газов над трубами воздушной зоны высока. Следовательно, эти трубы подвержены более высокой скорости коррозии. Иногда эти трубы подвергаются коррозионному растрескиванию под напряжением, если исходное напряжение не снимается полностью во время производства. Чтобы преодолеть эти эффекты коррозии, некоторые производители предлагают в этой области трубы с более высокой коррозионной стойкостью.
Эффекты коррозии [ править ]
Поскольку концы трубок корродируют, существует вероятность утечки охлаждающей воды на сторону пара, загрязняющей конденсированный пар или конденсат, что вредно для парогенераторов . Другие части водяных камер также могут быть повреждены в долгосрочной перспективе, что потребует ремонта или замены, включая длительные остановки.
Защита от коррозии [ править ]
Катодная защита обычно используется для решения этой проблемы. Расходные аноды из цинковых пластин (самые дешевые) устанавливаются в подходящих местах внутри водяных камер. Эти цинковые пластины будут корродированы первыми, находясь в самом низком диапазоне анодов. Следовательно, эти цинковые аноды требуют периодической проверки и замены. Это требует сравнительно меньшего времени простоя. Водяные ящики из стальных пластин также защищены внутри эпоксидной краской.
Последствия загрязнения стороны трубы [ править ]
Как и следовало ожидать, с миллионами галлонов циркулирующей воды, протекающей по трубкам конденсатора из морской или пресной воды, все, что содержится в воде, протекающей по трубкам, может в конечном итоге оказаться либо на трубной решетке конденсатора (обсуждалось ранее), либо внутри сама трубка. Загрязнение труб поверхностных конденсаторов подразделяется на пять основных категорий; загрязнение твердыми частицами, такое как ил и отложения, биообрастание, такое как слизь и биопленки , образование накипи и кристаллизация, например карбонат кальция, макрообрастание, которое может включать что угодно, от мидий зебры, которые могут расти на трубной решетке , до древесины или другого мусора, блокирующего трубки, и, наконец, коррозии продукты (обсуждалось ранее).
В зависимости от степени загрязнения, воздействие может быть довольно сильным, что может сказаться на способности конденсатора конденсировать отработанный пар, выходящий из турбины. По мере того, как загрязнение накапливается внутри трубы, создается изолирующий эффект, и характеристики теплопередачи труб ухудшаются, что часто требует замедления турбины до точки, в которой конденсатор может справиться с производимым выхлопным паром. Обычно это может быть довольно дорогостоящим для электростанций в виде снижения мощности, увеличения расхода топлива и увеличения выбросов CO 2 . Это «снижение номинальных характеристик» турбины в связи с засорением или засорением трубок конденсатора является признаком того, что предприятию необходимо очистить трубки, чтобы вернуться к номинальной мощности турбины.. Доступны различные методы очистки, в том числе интерактивные и автономные, в зависимости от конкретных условий предприятия.
Другие применения поверхностных конденсаторов [ править ]
- Вакуумное испарение
- Вакуумное охлаждение
- Тепловая энергия океана (OTEC)
- Замена барометрических конденсаторов в паровых эжекторных системах
- Рекуперация геотермальной энергии
- Системы опреснения
Тестирование [ править ]
Национальные и международные коды испытаний используются для стандартизации процедур и определений, используемых при испытании больших конденсаторов. В США ASME публикует несколько кодов испытаний на производительность конденсаторов и теплообменников. К ним относятся ASME PTC 12.2-2010, Поверхностные конденсаторы пара, и PTC 30.1-2007, Конденсаторы пара с воздушным охлаждением.
См. Также [ править ]
- Инструмент для трубки
- Конденсационный паровоз
- Деаэратор
- Подогреватель питательной воды
- Электростанция на ископаемом топливе
- Струйный конденсатор
- Электростанция
- ТЭЦ
Ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме конденсаторов . |
- ^ Роберт Терстон Кент (главный редактор) (1936). Справочник инженеров-механиков Кента (одиннадцатое издание (два тома) изд.). John Wiley & Sons (серия руководств по проектированию Wiley).
- ^ a b Babcock & Wilcox Co. (2005). Steam: его создание и использование (41-е изд.). ISBN 0-9634570-0-4.
- ^ a b Томас Эллиотт, Као Чен, Роберт Суонекамп (соавторы) (1997). Стандартный справочник по энергетической технике (2-е изд.). McGraw-Hill Professional. ISBN 0-07-019435-1.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Ориентационный курс по контролю за загрязнением воздуха с веб-сайта Учебного института по загрязнению воздуха.
- ^ Энергосбережение в паровых системах. Архивировано 27 сентября 2007 г.на Wayback Machine. Рисунок 3a, Схема поверхностного конденсатора (прокрутите до страницы 11 из 34 страниц pdf)
