Для повышения эффективности эксплуатации теплофикационных турбин и утилизации тепла пара идущего на охлаждение ЦНД на современных турбинах используют так называемый встроенный пучок. В этом случае в конденсаторе используется специально выделенная поверхность нагрева (конденсатный пучок) в который подаётся обратная сетевая вода. При работе встроенного пучка циркуляционная вода в конденсатор, как правило, не поступает и конденсация вентиляционного пропуска пара происходит на поверхности встроенного пучка в результате сетевая вода подогревается. Экономия топлива при этом может достигать 1,5%.
Встроенные пучки нашли применение только на турбинах Т-110 и меньшей мощности. Эта проблема объясняется особенностями работы последних ступеней ЦНД. Дело в том, что с ростом мощности турбины увеличивается высота рабочих лопаток ЦНД, а особенно последних ступеней. При малых расходах пара через ЦНД, когда турбина работает по тепловому графику, последние ступени, а то и весь цилиндр низкого давления работает в чисто вентиляционном режиме и мощность не вырабатывается, а наоборот потребляется. Величина потребляемой на трение и вентиляцию мощности в значительной мере определяется высотой лопаток ступени и давлением в конденсаторе (Рк). С ростом Рк, затраты на трение и вентиляцию возрастают, т.е. при включении встроенного пучка давление в конденсаторе резко возрастает и потери на трение и вентиляцию растут. Для обеспечения охлаждения последних ступеней возникает необходимость увеличения расхода пара в конденсатор, что в свою очередь приводит к дополнительному подогреву сетевой воды. Поэтому следует учитывать, что эффективность использования трёхступенчатого подогрева является экономической задачей:
1. Так как с ростом Рк, растут затраты на трение и вентиляцию и мощность турбины уменьшается;
2. Увеличение подогрева во встроенном пучке приводит к росту давления в камерах отбора на сетевые подогреватели, а значит перераспределению срабатываемых теплоперепадов турбины, т.е. мощность турбины уменьшается ещё и за счет уменьшения срабатываемого теплоперепада (в отсеке между отборами на сетевые подогреватели).
Особое внимание необходимо обратить на работу лопаточного аппарата в таких режимах. Рост давления в конденсаторе увеличивает нагрузку на рабочие лопатки последней ступени. Кроме того из-за существенного снижения объёмного расхода через последние ступени и вследствие резкого расширения проточной части происходит корневой отрыв потока пара и возникают обратные вихревые течения (см рис.11.10).
Рис. 11.10. Характер течения пара в последних ступенях ЦНД при работе с полностью закрытой диафрагмой.
Эти вихри неустойчивые, постоянное возникновение и срыв их вызывает низкочастотные колебания лопаток. В этом случае необходимо учитывать надёжность работы лопаточного аппарата.
Обратные потоки со стороны конденсатора (вихревые течения) могут нести капельную влагу, которая приводит к эрозионному износу последних ступеней
При трехступенчатом подогреве сетевой воды тепловая нагрузка турбины Qт может быть определена так:
Qт=Qотб+Qк=Qсп1+Qсп2+Qк=Gсв (tсп2 — tос) Ср (11-26)
где Qcп1, Qcп2, Qк — соответственно тепло подведенное воде в СП1,СП2 и конденсаторе;
Gсв – расход сетевой воды.
Тепло, подводимое сетевой воде в конденсаторе:
Qк =[ Dк (hк—hк’) + ΣDдр (h др —hк’)]ηп =Gсв (hвп—hос), (11-27)
где hк, hк’ — энтальпия пара на входе в конденсатор и энтальпия основного конденсата соответственно;
Dдр, Dк — расходы соответственно дренажей сбрасываемых в конденсатор и расход вентиляционного пара;
hвп, hос — энтальпия сетевой воды на выходе из встроенного пучка и энтальпия обратной воды.
При заданном значении Gсв и температурах прямой и обратной сетевой воды можно найти Qт по формуле (11-26). Зная tсп2 можно найти температуру насыщения греющего пара в СП2,можно определить tсп2s = tсп2 +ϑ. Далее по таблице термодинамических свойств воды и водяного пара определяется Pсп2s.
Давление в верхнем теплофикационном отборе (Pотб2) определяется с учетом потери давления в подводящих трубопроводах (∆ P)
Тепловая нагрузка теплофикационного пучка конденсатора определяется предварительно, задавшись ориентировочным расходом вентиляционного пара в конденсатор (Dк) тогда,
Qк = Dк * qк * ηп + ΣDдрi (h др —hк’)ηп. (11-28)
Температура сетевой воды на входе в СП1 определяется из выражения:
tвп = tос + Qк/(Gсв* Ср) (11-29)
Давление пара в нижнем сетевом подогревателе определяется путем решения системы уравнений, описывающих процесс расширения пара в проточной части турбины и уравнения конденсирующей способности сетевого подогревателя СП1, аналогично двухступенчатому подогреву.
После этого уточняем расход пара в конденсатор по расходной характеристике диафрагмы и давлению пара на входе ЧНД. Каждая турбина имеет свои расходные характеристики диафрагм, кроме того разные модификации турбин имеют разные расходные характеристики. После этого уточняется расход пара в конденсатор и расчет еще раз повторяется, пока расхождение результатов расчета не будет совпадать с заданной точностью.