Общество с ограниченной ответственностью
"Эжектор"

Высокоэффективный пароструйный эжектор конденсационных установок паровых турбин.

Введение

Специалисты нашего предприятия обладают информацией по всем эжекторам паротурбинных установок, которые используются на ТЭС и АЭС в России и других странах, где строились электростанции по проектам ТЭП и АЭП (если говорить о паровых эжекторах, то по традиции одним словом "эжекторы" в теплоэнергетике называют пароэжекторные вакуумные насосы - ПЭВН, состоящие из последовательно включенных по отсасываемой среде эжекторов с кожухотрубчатыми конденсаторами между ними). Изготовителями эжекторов для паровых турбоустановок в СССР являлись четыре завода, которые поставляли турбоустановки для ТЭС и АЭС:

Ленинградский металлический (ЛМЗ),

Уральский турбомеханический (УТМЗ),

Калужский турбинный (КТЗ),

Харьковский турбинный (ХТЗ, а впоследствии НПО "Турбоатом").

Научным руководителем нашего предприятия совместно со специалистами НПО "Турбоатом" были рассчитаны и испытаны на заводе или действующих ТЭС и АЭС эжекторы, выпускавшиеся НПО "Турбоатом":

а) основные эжекторы:

     - ЭП-3-150 (турбина К-500-240/3000-2, Троицкая ГРЭС),

     - ЭП-3-55/150 (турбина К-500-65/3000-2, Курская АЭС),

     - ЭПО-3-220 (турбина К-750-65/3000, Игналинская АЭС),

     - ЭПО-3-150 (турбина К-1000-60/1500, Южно-Украинская АЭС),

б) эжекторы уплотнений:

     - ЭУ-8 и ЭУ-8М (турбина К-300-240),

     - ЭУ-15 (турбина К-500-65/3000, Курская АЭС).

Кроме указанных эжекторов, нами проводились испытания, реконструкция и наладка эжекторов производства ЛМЗ (ТЭЦ ОАО "Бокситогорский глинозем"), УТМЗ (ряд ТЭЦ Мосэнерго, Орловская ТЭЦ) и КТЗ (ТЭЦ ОАО "Куйбышевский НПЗ").

К настоящему времени оборудование паротурбинных установок на ТЭС и АЭС в России имеет значительный физический износ. В число сильно изношенного вспомогательного оборудования входят и эжекторы - как основные, так и эжекторы лабиринтных уплотнений. Износу в эжекторах особенно подвержены сопла и трубные системы конденсаторов.

Нашим предприятием были изготовлены или реконструированы несколько основных эжекторов. Например, основной эжектор, аналогичный ЭП-3-25/75 производства ХТГЗ (разработка 1962 года) для ТЭЦ в г. Эрденет (Монголия), основной эжектор типа ЭЖ-А производства НМЗ им. Ленина (разработка 1939 года) для одного из предприятий Нижегородской обл.

Присоединительные размеры аппаратов соответствовали размерам эжекторов, изготовленных ранее турбинными заводами, но размеры их проточных частей и организация потоков теплоносителей в конденсаторах были изменены. Причинами изменения внутренней конструкции эжекторов являлись, в основном, нерасчетные присосы воздуха и расходы пара в отсасываемой из конденсаторов паровоздушной смеси, которые значительно превышали нормированные значения.

Наши специалисты владеют методами газодинамического расчета собственно эжекторов и теплогидравлического расчета конденсаторов. Основные положения методик изложены в статьях, указанных в разделе "Публикации".

О режимах работы конденсационной установки

В настоящее время поддержание вакуума в конденсаторах паровых турбин на тепловых и атомных электростанциях в странах СНГ осуществляется пароструйными и водоструйными эжекторами, конструкции которых были разработаны более 20 - 25 лет назад.

Настоящее предложение касается только пароструйных эжекторов - наиболее распространённых, особенно на ТЭЦ и атомных электростанциях.

Как известно, вакуум в конденсаторе турбины зависит от:

- расхода пара в конденсатор (нагрузки турбины);

- температуры и расхода циркуляционной воды;

- чистоты теплообменной поверхности (наличия отложений).

Ещё одним фактором, который влияет на вакуум в конденсаторе, являются неконденсирующиеся газы, поступающие в конденсатор с паром (в основном, присосы воздуха). Однако, когда их расход не превышает нормированного значения, при правильно подобранном эжекторе, влияние газов на работе конденсатора практически не сказывается. Описание работы конденсационной установки, приведённое ниже, относится именно к таким случаям (см. рисунок).

Иллюстрация режимов совместной работы парового эжектора и конденсатора.

По нормам проектирования эжекторов расчётный расход отсасываемой парогазовой смеси, состящей из несконденсировавшегося пара и газов, определяется при нормированном расходе газов, среднегодовом значении температуры циркуляционной воды, номинальной нагрузке турбины и, соответственно, номинальном давлении в конденсаторе.

В идеале давление среды в конденсаторе должно быть равно значению, определяемому его расчётной характеристикой при фактических: паровой нагрузке, температуре и расходе циркуляционной воды, а также состоянии поверхности трубок.

Однако такие режимы работы конденсатора возможны только в случае, когда эжектор способен поддерживать давление, равное давлению среды в конденсаторе, соответствующее его характеристике.

К сожалению, существующие эжекторы не могут обеспечить поддержание давления среды в конденсаторе, отвечающего его характеристике во всём диапазоне изменения температуры циркуляционной воды в течение года.

Летом, когда температура циркводы высокая и давление в конденсаторе, согласно его характеристике, превышает расчётное для эжектора, последний мог бы легко его поддерживать, но при этом расход парогазовой смеси из конденсатора становится больше, чем расчётный для эжектора, который отвечает более низкому значению температуры циркводы - среднегодовому. Превышение расхода отсасываемой парогазовой смеси над его расчётным значением в таких режимах объясняется ухудшением процесса конденсации пара, являющегося следствием уменьшения температурного напора в конденсаторе.

В зимние периоды температура циркводы ниже, чем среднегодовая, соответственно, давление среды в конденсаторе согласно его характеристике может быть ниже, чем расчётное для эжектора. Хотя расход отсасываемой парогазовой смеси в таких режимах, благодаря возрастанию температурного напора в конденсаторе, и становится меньшим, чем расчётный для эжектора, тем не менее эжектор не в состоянии поддерживать в нём низкие давления пара, отвечающие зимним температурам циркводы. Объясняется это тем, что эжектор имеет ограничение по степени повышения давления пассивной среды, определяемое конструкцией его проточной части.

Итак, во всех режимах работы конденсационной установки, в которых температура циркводы не равна её среднегодовому значению, в конденсаторе устанавливается давление, превышающее то, которое мог бы обеспечить конденсатор согласно его характеристике.

Рассмотренная проблема в настоящее время решается нерационально и не полностью. Турбоустановки комплектуются двумя (ТЭС) или тремя (АЭС) эжекторами, каждый из которых может поддерживать расчётный вакуум при среднегодовой температуре циркводы. Летом, когда расход эжектируемой парогазовой смеси возрастает за счёт увеличения расхода несконденсировавшегося пара, в работу включаются дополнительные эжекторы. Это приводит к перерасходу пара, затрачиваемого на их работу, и одновременно турбоустановка лишается резерва по присосам воздуха. Зимой, когда расход отсасываемой парогазовой смеси становится меньшим расчётного из-за снижения расхода пара в ней, в работе остаётся один эжектор, но по причине, указанной выше, вакуум в конденсаторе становится хуже, чем мог бы обеспечить конденсатор.

Предложение разработчика.

На базе опыта исследований паровых эжекторов на электростанциях, проведённых как специалистами ВТИ, так и специалистами других организаций, среднегодовое снижение давления в конденсаторе при использовании нового эжектора оценивается в 0.01 ата (1.0 кПа). Для турбины мощностью 300 МВт (ТЭС или ТЭЦ) годовая дополнительная выработка электроэнергии при конденсационном режиме составит 21 000 МВт.ч. В отопительный период работы теплофикационной турбины ТЭЦ использование нового эжектора сократит также вентиляционные потери.

Разработаны схемные и конструктивные решения пароструйного многоступенчатого эжектора, который позволит удовлетворить требованиям работы конденсационной установки при переменной температуре циркуляционной воды. Кроме того, конструкторские решения аппарата содержат "ноу-хау", позволяющие иметь удобный в эксплуатации эжектор.

Основные задачи работы.

- обследовать условия работы конденсатора конкретной выбранной турбоустановки для определения диапазона изменения параметров, влияющих на вакуум в конденсаторе (по оперативным данным электростанции) и подготовить техзадание для расчётов и разработки техдокументации на изготовление эжектора;

- провести расчёты размеров пароструйного эжектора, включая собственно эжекторы и теплообменники-конденсаторы, характеристики которого будут согласованы с характеристиками конденсатора турбины;

- разработать комплект рабочих чертежей для изготовления эжектора;

- изготовить эжектор;

- провести шеф-монтаж эжектора;

- провести пуско-наладочные работы.

ООО "Эжектор". Телефон: +7 903 540-12-00

E-mail: ejector@bk.ru - Алексей Игоревич Белевич