Турбины с противодавлением.

ТУРБИНЫДЛЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫРАБОТКИ ТЕПЛА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

ТУРБИНЫС ПРОТИВОДАВЛЕНИЕМ.

Рис. 19.1. Принципиальная схема установки с турбиной с противодавлением типа Р и конденсационной турбиной.

Свежий пар с параметрами p₀ и t₀ подводится к турбине 1 из котла. В турбине происходит расширение пара до конечного давления р_к, отработавший пар поступает к потребителю теплоты 4.

Для турбин с противодавлением характерен режим работы по тепловому графику (расход отработавшего пара определен тепловым потребителем).

Развиваемая турбиной без отборов элек­трическая мощность N ₀

N ₀ = G _п Н ₀ η _0i η _м η _эл = G _п Н ₀ η _оэ (19.1)

Так как КПД η _оэ при постоянных пара­метрах пара зависит от объемного пропуска пара через турбину, а располагаемый теплоперепад Н ₀ не меняется, то мощность турбины с противодавлением однозначно определяется расходом G_п пара и не может быть изменена без изменения теплового потребления.

Как правило, графики потребления тепловой и электрической энергии не совпадают и турбина с противодавлением, работая изолированно, не может полностью обеспечить потребителей электрической энергией. Поэтому в современных энергетических системах турбины с противодавлением устанавливают параллельно с конденсационными турбинами 2. При параллельной работе турбина с противодавлением вырабатывает лишь ту электрическую мощность, которая определяется пропуском пара, необходимого тепловому потребителю, а остальная выработка электрической энергии обеспечивается конденсационными турбинами. В часы максимальных тепловых нагрузок в линию теплового потребителя до­бавляется редуцированный свежий пар, если расход пара, требуемый тепловым потребителем, превышает максимальную пропускную способность турбины. Редукционно-охладительная установка (РОУ) 3 позволяет также снабжать теплового потребителя 4 паром в период остановов турбины 1.

То обстоятельство, что электрическая мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, целиком определяется нагрузкой теплового потребителя, часто не позволяет достаточно эффективно использовать установленную мощность турбоагрегата, что ограничивает область применения турбин с противодавлением.

19.2. ТУРБИНЫС ПРОМЕЖУТОЧНЫМ РЕГУЛИРУЕМЫМ ОТБОРОМ ПАРА

Конденсационные турбины с регулируемыми отборами пара могут одновременно удо­влетворять внешних потребителей электрической энергией и теплотой, поэтому они получи­ли широкое распространение. В отличие от турбин с противодавлением у турбин с регулируемыми отборами пара выработка электрической энергии не зависит от тепловой нагрузки.

Турбина с регулируемым отбором пара состоит из двух частей (рис. 19.2, а): группа ступеней 1, расположенных до отбора, называется частью высокого давления (ЧВД), а группа ступеней 2 от отбора до конденсатора 3— частью низкого давления (ЧНД). Свежий пар подводится к турбине с давлением p₀ и температурой t₀ через стопорный 8 и регулирующий 7 клапаны. В ЧВД пар расширяется до давления p_п, которое поддерживается постоянным и определяется тепловым потребителем 9. Пройдя ЧВД, поток пара G ₀ делится: часть пара G _п через отсечной 4 и обратный 5 клапаны идет к тепловому потребителю 9, а часть пара G _к направляется через регулирующие органы 6 в ЧНД, где расширяется до давления p_к в конденсаторе 3. РОУ 10 служит для снабжения паром теплового потребителя 9 в период останова турбины 1.

Рис. 19.2. Принципиальная схема (а) и процесс расширения пара (б) в h,S -диаграмме турбинной установки с регулируемым отбором пара

Электрическая мощность турбины N _э с одним регулируемым отбором пара (без учета отборов пара на регенерацию) опреде­ляется из выражений:

N _э = N _i η _м η _эг,

N _i = N _i '+ N _i ''= G _о (h _о -h _п ) + G _о (h _п -h _к ) = = G _о Н ₀ 'η _0i ' + G _о Н ₀ ''η _0i '' =

=G _п (h _о -h _п ) + G _к (h ₀ -h _к = G _п Н ₀ 'η _{о i} + G _к Н ₀ η _0i (19.2)

где N _i ' и N _i '' —внутренние мощности ЧВД и ЧНД, кВт; G _о, G _п, G _к — расходы пара через турбину, ЧВД, ЧНД, кг/с; h _о, h _п, h _к —энтальпия свежего пара, пара в отборе, отработавшего пара (рис. 6.2, б), кДж/кг; Н ₀, Н ₀ ', Н ₀ " — располагаемые теплоперепады турбины, ЧВД, ЧНД, кДж/кг; η _0i, η _0i ', η _0i " —

внутренние относительные КПД турбины, ЧВД, ЧНД; η _м — механический КПД; η _эг — КПД генератора.

Исключив из (6.2) расход пара в конден­сатор G _к, получим выражение для расхода свежего пара на турбину с отбором пара

G _о = N _i / (h_о-h_к)+ G_п (h_п-h_к) / (h_о-h_к)= (1 / Н _i)(N_э / η _м η _эг, + G_п Н _i ") (19.3)

При постоянных использованных теплоперепадах ЧНД Н _i " и всей турбины Н _i расход пара на турбину с регулируемым отбором за­висит от электрической мощности N _э и отбора пара G _п на тепловое потребление.

Особенности турбин с регулируемым отбором пара:

1. Для турбин с отбором в зависимости от тепловой нагрузки принято различать две группы режимов: конденсационные и теплофикационные.

Режим работы турбины, когда расход пара в регулируемый отбор равен нулю, называют конденсационным.

Теплофикационные режимы характеризуются наличием тепловой нагрузки. В зависимости от ее характера турбины могут иметь режим работы по тепловому или электрическому графику. При работе турбины по тепловому графику электрическая мощность определяется тепловой нагрузкой и не может быть изменена без соответствующего изменения теплового потребления. На таких режимах регулирующие органы ЧНД находятся в неподвижном положении, а изменение нагрузки теплового потребителя и мощности турбины обеспечивается органами парораспределения ЧВД. При этом возможен режим работы турбины с противодавлением, когда регулирующие органы ЧНД закрыты и весь пар направляется в регулируемый отбор. В таком режиме через ЧНД принудительно пропускается некоторое количество пара для отвода теплоты трения вращающихся элементов ротора.

На режимах работы турбины по электрическому графику регулирующие органы ЧНД могут иметь произвольную степень открытия. Для турбин с регулируемым отбором пара, работающих по электрическому графику с независимым заданием электрической нагрузки, характерны наличие тепловой нагрузки, которая ограничивает возможность снижения электрической мощности ниже минимального значения, определяемого регулируемым отбором пара, и возможность увеличивать электрическую мощность до максимальной за счет пропуска пара в конденсатор.

2. Многообразие возможных режимов работы турбин с отбором пара определяет изменение в широком диапазоне количества пара, протекающего через ЧВД. Поэтому в турбинах с отбором пара применяют сопловое парораспределение.

3. В турбине с отбором пара (рис. 19.2) регулированию подвергаются потоки пара, поступающие как в ЧВД, так и в ЧНД, причем давление пара, отводимого к тепловому потребителю, поддерживается постоянным и не зависящим от мощности и расхода пара.

Если в результате неправильной работы системы регулирования регулирующие органы ЧНД закроются раньше, чем регулирующие клапаны ЧВД, то корпус ЧВД и примыкающие к нему трубопроводы могут оказаться под полным давлением пара, идущего из котла, что приведет к механическим повреждениям этих элементов турбоустановки. Для предотвращения возможных аварийных ситу­аций на паропроводе, связанном с камерой отбора, обязательно устанавливают предохранительный клапан 11 (рис. 19.2).

4. К турбине с регулируемым отбором пара примыкает паропровод отбираемого пара, имеющий большую емкость. Если при внезапном отключении генератора не закроются регулирующие органы ЧНД, то пар из паропровода отбора может пойти обратно через ЧНД в конденсатор. При этом пар, расширяясь в ЧНД, может разогнать турбину до скорости, вызывающей ее разрушение. Для предохранения турбины от разгона на паропроводах как регулируемых, так и нерегулируемых отборов обязательно устанавливают обратные клапаны 5. Кроме того, предусмотрено принудительное закрытие отсечного клапана 4 и регулирующих органов 6 одновременно с закрытием регулирующего 7 и сто­порного 8 клапанов на линии подвода свежего пара в турбину (рис. 19.2).

5. Когда линия отбора пара питается от нескольких турбин, возможно существенное понижение давления в ней при аварийном останове одной из турбин. При этом резко возрастает перепад давлений на диафрагмах последних ступеней ЧВД турбин, оставшихся в работе, что может привести к их механи­ческим повреждениям. Эта опасность тем больше, чем выше давление отбираемого пара. Для повышения надежности работы турбины должно быть предусмотрено устройство, отключающее доступ пара в турбину или линию отбора при внезапном повышении перепада давлений на последней ступени ЧВД. В теплофикационных турбинах такой опасности не существует, так как диафрагма последней ступени ЧВД этих турбин рассчитана на уменьшение давления в отборе до нуля.