Размещено на http://www.allbest.ru/

Паровые турбины

Конденсационные паровые турбины

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.

Стационарные турбины изготавливаются на одном валу с генераторами переменного тока. Такие агрегаты называют турбогенераторами. Тепловые электростанции, на которых установлены конденсационные турбины, называются конденсационными электрическими станциями (КЭС). Основной конечный продукт таких электростанций -- электроэнергия. Лишь небольшая часть тепловой энергии используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего населённого пункта. Обычно это посёлок энергетиков. Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности. Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.

Частота вращения ротора стационарного турбогенератора связана с частотой электрического тока 50 Герц. То есть на двухполюсных генераторах 3000 оборотов в минуту, на четырёхполюсных соответственно 1500 оборотов в минуту. Частота электрического тока вырабатываемой энергии является одним из главных показателей качества отпускаемой электроэнергии. Современные технологии позволяют поддерживать частоту вращения с точностью до трёх оборотов. Резкое падение электрической частоты влечёт за собой отключение от сети и аварийный останов энергоблока, в котором наблюдается подобный сбой.

В зависимости от назначения паровые турбины электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную основную нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии. От базовых требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80 %), от пиковых -- возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд -- особая надёжность в работе. Все паровые турбины для электростанций рассчитываются на 100 тыс. ч работы (до капитального ремонта).

Схема работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) попадает на рабочие лопатки паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу (4) с электрическим генератором (5). Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор (6), в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой (7) пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.

Теплофикационные паровые турбины

Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин -- тепло. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.

У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.

В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.

У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.

Схема работы теплофикационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5). В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы, и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7). Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть тепла, полученного в котле используется для подогрева сетевой воды.

Паровые турбины специального назначения

Паровые турбины специального назначения обычно работают на технологическом тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся турбины мятого (дросселированного) пара, турбины двух давлений и предвключённые (форшальт).

· Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.

· Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.

· Предвключённые турбины представляют собой агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции турбоагрегаты.

· Также к турбинам специального назначения относятся и приводные турбины различных агрегатов, требующих высокой мощности привода. Например, питательные насосы мощных энергоблоков электростанций, нагнетатели и компрессоры газокомпрессорных станций и т. д.

Обычно стационарные паровые турбины имеют нерегулируемые отборы пара из ступеней давления для регенеративного подогрева питательной воды. Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.

Паровые турбины - преимущества

· работа паровых турбин возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое

· высокая единичная мощность

· свободный выбор теплоносителя

· широкий диапазон мощностей

· внушительный ресурс паровых турбин

Паровые турбины - недостатки

· высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и останова)

· дороговизна паровых турбин

· низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергии

· дорогостоящий ремонт паровых турбин

· снижение экологических показателей, в случае использования тяжелых мазутов и твердого топлива

Тепловая энергетика производит 85% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии и развивается за счет ввода в действие мощных электростанций с крупными энергоблоками, работающими навысоких и сверхвысоких параметрах пара: давление 130--240 кгс/см2, температура 535--565° С.

В настоящее время действуют конденсационные электростанции (ГРЭС) мощностью 3000 МВт с энергоблоками по 200, 300 и 800 МВт каждый.

Введены в действие головные образцы энергоблоков мощностью 500 и 800 МВт, проектируется блок 1200 МВт. В IX пятилетке развернулось строительство ГРЭС мощностью 3600 МВт и атомных электростанций мощностью 2000 МВт.

-JL Теплофикационные станции (ТЭЦ) в ных городах оборудуются турбинами по 100 и250 МВт, мощность ТЭЦ достигает 1000 МВт.Электрические генераторы, с помощью которых механическая энергия превращается в электрическую, приводятся в действие паровыми или газовыми турбинами. Электрические генераторы небольшой мощности (до 1000 кВт) могут приводиться в действие двигателями внутреннего сгорания.

Пар для паровых турбин вырабатывается в котлах, где сжигают уголь, торф, газ или нефтепродукты. На атомных электростанциях роль котлов выполняют атомные реакторы. Схема простейшей конденсационной электростанции показана на рис. VII.19. Из парового котла 1 пар поступает в турбину 2, которая приводит в действие электрический генератор 3. Отработанный пар после турбины направляется в конденсатор 4, в который подается также охлаждающая вода циркуляционным насосом 5, в результате чего происходит конденсация пара. Конденсат перекачивается в бак 6 питательной воды конденсатным насосом 7. В этот же бак подается добавочная химически очищенная или обессоленная вода 8 для восполнения потерь. В паровой котел вода подается из бака 6 питательным насосом 9.

Коэффициент полезного действия турбины можно увеличить, повысив температуру и давление пара, поступающего в турбину, или снизив температуру и давление насыщенного пара на выходе из турбины. Последнее достигается путем конденсации выходящего из турбины пара, которая происходит в установленном для этой цели конденсаторе при подаче в него охлаждающей воды.

Поверхностный конденсатор состоит из пучков трубок диаметром 17--25 мм, длиной в несколько метров, которые выполняются из металлов, хорошо проводящих тепло (латунь, мельхиор). Концы трубок ввальцованы в металлические трубные доски, помещенные в корпусе конденсатора, который представляет собой металлическую емкость. Пространства между трубными досками и торцами корпуса образуют водяные камеры. В одноходовых конденсаторах вода поступает в переднюю водяную камеру, проходит через трубки и выходит в заднюю камеру, из которой отводится сливными трубами. В двухходовых конденсаторах вода дважды проходит по длине корпуса и отводится из передней камеры. В трехходовых конденсаторах вода проходит корпус три раза.

Выходящий из турбины пар поступает в паровое пространство конденсатора, заключенное между трубными досками, и конденсируется на внешней поверхности трубок, внутри которых проходит охлаждающая вода. Сконденсировавшийся пар (конденсат) собирается в нижней части корпуса конденсатора и отводится конденсатным насосом для повторного использования.

В тех случаях, когда пар не подлежит повторному использованию, например на геотермальных электростанциях, турбины оборудуются конденсаторами смешивающего типа. В них охлаждающая вода разбрызгивается при помощи специальных сопл; выходящий из турбины пар конденсируется на поверхности брызг и смешивается с охлаждающей водой.

Такие конденсаторы применяются также при использовании на тепловых электростанциях воздушно-конденсационных установок системы проф. Геллера (Венгерская Народная Республика). В этой установке в конденсатор смешивающего типа подается от радиаторного охладителя (сухой градирни) химически очищенная охлаждающая вода. После смешивания в конденсаторе с выходящим из турбины паром она нагревается и снова направляется на сухую градирню; небольшая часть этой химически очищенной воды направляется в котел. Главным преимуществом установки системы Геллера является почти полное отсутствие потерь воды.

Давление пара на выходе из турбины зависит от температуры, при которой происходит его конденсация. Чем ниже температура охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор, тем ниже давление пара, выходящего из турбины (глубже вакуум в конденсаторе).

Зависимость давления в конденсаторе и к. п. д. турбины от температуры конденсации пара характеризуется цифрами, приведенными з табл. VIL4.

Из табл. VII 4 видно, что снижение температуры конденсации выходящего из турбины пара на 10° (с 40 до 30° С) и связанное с этим углубление вакуума на 3,2% приводит к повышению термического к. п. д турбины на 1,4%, что равносильно увеличению мощности турбины примерно на 2,7% при том же расходе пара и топлива.

Величина m называется кратностью охлаждения. Ее увеличение приводит к повышению к. п. д. турбины, но требует в то же время увеличения расхода охлаждающей воды и электроэнергии на ее перекачку. Для двухходовых конденсаторов оптимальная кратность охлаждения принимается в зависимости от температуры охлаждающей воды и напора циркуляционных насосов от 30 до 70.

Величина температурного напора конденсатора зависит от коэффициента теплопередачи его трубок, на который огромное влияние оказывает состояние поверхности трубок -- их чистота. На стенках трубок могут образовываться отложения механического, биологического и химического происхождения, что связано с качеством охлаждающей воды. В результате образования таких отложений коэффициент теплопередачи трубок резко падает, а температурный напор конденсатора возрастает. Например, наличие органических отложений толщиной всего 0,1 мм может привести к повышению температурного напора конденсатора на 10° С. Кроме того, отложения в трубках конденсаторов и циркуляционных трубопроводах увеличивают гидравлическое сопротивление системы.

Из сказанного следует, что хотя для охлаждения конденсаторов используется техническая вода, качество которой не нормируется, необходимо принимать все возможные меры по снижению ее температуры и улучшению качества.

О турбине

Эффективное управление энергетическим хозяйством предусматривает рациональное использование ресурсов и применение энергосберегающих технологий. Внедрение паровых турбин малой мощности, предназначенных для утилизации избыточной энергии водяного пара является активной мерой по энергосбережению. При использовании данной технологии, получение пара требуемых параметров происходит не путем дросселирования (безвозвратная потеря энергии), как в большинстве котельных, а при помощи расширения в турбине с получением дополнительной механической энергии.

Основные преимущества ПТМ:

· Повышенный (в 1,2- 1,3 раза) внутренний КПД (~75%);

· Значительно уменьшенная длина установки (до 3 раз);

· Малые капитальные затраты на монтаж и ввод в эксплуатацию;

· Отсутствие системы маслоснабжения, что обеспечивает пожаробезопасность и допускает эксплуатацию в помещении котельной;

· Отсутствие редуктора между турбиной и приводимым механизмом, что повышает надежность работы и снижает уровень шума;

· Плавное регулирование скорости вращения вала от холостого хода до нагрузки турбоустановки;

· Малый уровень шума (до 70 дБА);

· Малая удельная масса (до 6 кг/кВт установленной мощности)

· Высокий ресурс. Время работы турбины до вывода из эксплуатации не менее 40 лет.

· При сезонном использовании турбоустановки срок окупаемости не превышает 3 лет.

Турбоэлектрогенератор на основе паровой турбины типа ПТМ выгодно отличается от других энергоисточников за счет повышенного внутреннего КПД, большого ресурса, малых габаритов, плавности регулирования в широком диапазоне нагрузок, отсутствия системы маслоснабжения и простоты монтажа.

Сравнение ресурса энергетических установок различного типа