Двигуни установки теплових електростанцій (тес), блог про енергетику

Парова турбіна разом з відносяться до неї регенеративними підігрівниками, конденсатором, насосами, трубопроводами і арматурою утворює паротурбінну установку.

Сучасна парова турбіна складається з великої кількості деталей, ретельно виготовлених і зібраних в єдиний агрегат. Потужності сучасних енергетичних турбоагрегатів постійно підвищуються, і в даний час основний приріст потужностей в енергосистемах відбувається за рахунок введення агрегатів 300, 500, 800 МВт. На Костромської ГРЕС споруджений головний агрегат потужністю 1200 МВт.

Збільшення потужності турбоагрегатів дозволяє споруджувати ТЕС великої потужності при одночасному здешевленні їх будівництва і експлуатації і зниженні витрат палива на вироблений кіловат-годину. Поряд з економічністю сучасна турбіна повинна відповідати високим вимогам безпеки, надійності і маневреності. Вимога високої маневреності пред'являється до всього енергетичного устаткування. Турбіна повинна допускати швидкий пуск, набір та зміна навантаження і зупинку. Це завдання дуже складна для агрегатів, що працюють при високих початкових параметрах пари (26 МПа, 540-570 ° С) і мають стінки корпусів і фланці великої товщини.

При розробці і експлуатації турбін доводиться стикатися з досить складними проблемами аеродинаміки, теорії коливань, теплопередачі, зміни властивостей матеріалів при високих температурах і вібрації, автоматичного регулювання і контролю турбоустановки.

Мал. 1. Схема найпростішої турбіни

На рис. 1 показана схема найпростішої турбіни. а на рис. 2 - схема пристрою багатоступінчастої парової турбіни. Найпростіша турбіна складається з соплового апарату 1, робочої лопатки 2, вала 3 і диска 4.

Мал. 2. Схема пристрою багатоступінчастої парової турбіни

1 - вал турбіни; 2 - диски; 3 - робочі решітки; 4 - нижня половина корпусу; 5 - верхня половина (кришка) корпусу; 6 - діафрагми (нижні половини); 7, 8 - соплові решітки; 9 - ущільнення діафрагми; 10 - сопловая решітка першого ступеня тиску; 11 - переднє ущільнення; 12 - заднє ущільнення; 13 - опорні підшипники; 14 - завзятий підшипник; 15 - сполучна муфта; 16 - черв'ячна передача; 17 - масляний насос; 18 - фундаментні плити; 19 - регулятор швидкості; 20 - масляний бак; 21 - регулятор безпеки; 22 - камера відбору; 23 - вікна для відбору пара; 24, 27 - опорні фланці корпусу; 25, 26 - фланці опорних блоків

Турбіна складається з обертової частини - ротора і нерухомої частини - статора. До ротора відносяться вал і закріплені на ньому диски з робочими лопатками. Статор включає в себе паровпускної органи, соплові решітки. підшипники та ін. Корпус турбіни робиться роз'ємним в горизонтальній площині по центровий лінії валу. Нижня його частина спирається на фундамент, а верхня частина встановлюється на нижню і кріпиться за фланців за допомогою шпильок і гайок. Через паровпускної органи в соплову коробку вводиться свіжий пар. Корпус закінчується вихлопних патрубком, через який відпрацював пар відводиться з турбіни.

У нерухомих каналах-соплах пар розширюється; при цьому його тиск і температура знижуються, швидкість парового потоку зростає до кількох сотень метрів в секунду і відповідно збільшується його кінетична енергія.

Вона використовується в рухомих робочих лопатках, закріплених на дисках, насаджених на вал турбіни (рис. 2). Між дисками розташовуються нерухомі перегородки - діафрагми з закріпленими в них соплами. Діафрагма і диск з робочими лопатками утворюють щабель турбіни.

При великому числі ступенів (20 - 30) турбіна складається з декількох циліндрів. Частота обертання ротора парових енергетичних турбін зазвичай становить 3000 об / хв або 50 с -1. що відповідає прийнятій в СНД частоті змінного струму 50 Гц.

На кожному ступені турбіни лише частина внутрішньої енергії пари перетворюється в механічну енергію, передану з вала турбіни на вал генератора електричного струму. Збільшення числа ступенів призводить до підвищення ККД турбінної установки, так як в цьому випадку кожна щабель «працює» в більш оптимальному режимі. Однак збільшення числа ступенів виправдовує себе лише до певної межі, так як з ростом числа ступенів турбіна ускладнюється і стає дорожче.

Великі енергоблоки, що працюють при високому і закритичному тиску пари, виконуються з проміжним перегрівом. Пар високих параметрів, здійснюючи роботу в турбіні, на останніх її щаблях зволожується, а це призводить до зниження ККД і ерозійного впливу крапельок вологи на лопатки турбіни. При використанні ж проміжного перегріву пара не тільки знижується його кінцева вологість, але і підвищуються показники теплової економічності циклу. На рис. 3 дана схема однієї з найбільш поширених в нашій енергетиці конденсаційних турбін К-300 - 240 потужністю 300 МВт. працюючої при початковому тиску пари 240 атм (23,5 МПа). Температура свіжої пари прийнята 540 - 560 ° С, частота обертання 3000 об / хв.

Турбіна складається з трьох циліндрів: циліндра високого тиску (ЦВТ), циліндра середнього тиску (ЦСД) і циліндра низького тиску (ЦНД). У дванадцяти щаблях ЦВТ пар розширюється від зазначених вище початкових параметрів до тиску 4 МПа, після чого направляється в проміжний пароперегрівач (ПП), встановлений в котлі, і далі з тиском 3,5 МПа і температурою 540 - 560 ° С надходить в ЦСД. У дванадцяти головних щаблях ЦСД пар розширюється до тиску 0,2 МПа, потім розділяється на два потоки: одна третина проходить п'ять ступенів низького тиску, розташованих в ЦСД, і надходить в конденсатор. а дві третини пара по пропускних трубах подаються в ЦНД, де, розділяючись на два потоки, проходять по п'яти щаблях низького тиску і направляються також в конденсатор. Тиск пара за останніми ступенями перед входом в конденсатор одно 0,0035 МПа. Поділ пари в частині низького тиску на три потоки пов'язано з великими обсягами пара в останніх щаблях. Випуск усього обсягу пара через одну решітку приводив би до неприпустимих з міркувань міцності висот робочих лопаток. Навіть при поділі пара в останніх щаблях на три потоки висота лопаток становить 960 мм, а окружна швидкість на їх вершинах - 540 м / с. При масі останньої лопатки 9,8 кг відцентрова сила, що діє на неї, дорівнює

Ще більш складні турбіни більшої потужності. Так, у турбін потужністю 500 МВт робиться 4 вихлопу в конденсатор, а у турбіни К-800-240 потужністю 800 МВт - шість вихлопів в конденсатор. В турбіни К-1200-240 потужністю 1200 МВт, встановленої на Костромській ГРЕС, лопатки останніх ступенів мають довжину 1200 мм, але для зменшення відцентрових сил вони виконані з більш легкого титанового сплаву.

Мал. 3. Зміна параметрів робочого тіла в активній турбіні:

1, 9 - камери свіжого і відпрацьованого пара; 2,4,6 - сопла; 3,5,8 - робочі лопатки; 7 - діафрагма.

Мал. 4. Схема турбіни К-300-240 (z - число ступенів)

Теплофікаційні турбіни. встановлювані на ТЕЦ, можуть мати 1 або 2 регульованих відбору (наприклад, промисловий і теплофікаційний). У теплофикационной турбіні Т - 250 - 240 є 2 відбору пара для підігріву води в системі теплопостачання (з них один регульований) і, крім того, може бути здійснений попередній нагрів мережної води в спеціальному підігрівачі, вбудованому в конденсатор.

Відпрацьована пара конденсаційних турбін і турбін з промисловими і теплофікаційними відборами надходить в конденсатор, де підтримується тиск значно нижче атмосферного. В конденсаторі здійснюється відведення тепла від робочого тіла - пара - при можливо більш низькій температурі і тиску з перетворенням пара в конденсат, що йде знову на харчування котлів. Тут тепло віддається охолоджуючої (циркуляційної) воді. Конденсат не повинен змішуватися з охолоджувальною водою, що має велику кількість домішок. Тому конденсатор являє собою теплообмінник поверхневого типу.

На рисунку 5 наведена схема конденсатора парової турбіни.

Теплообмін від пара до охолоджувальної воді відбувається через стінки трубок невеликого діаметра, найчастіше латунних, всередині яких рухається охолоджуюча вода. В конденсатор надходить вологий пар; температура насичення конденсується пара tк тим нижче, чим нижче температура циркуляційної води. При прямоточном водопостачанні, коли вода в конденсатор забирається з річки чи ставка, її температура коливається від 2 до 20 ° С (середньорічна розрахункова температура 10 - 12 ° С). Якщо ж водопостачання є оборотним з охолодженням води в градирнях, то температура води змінюється в залежності від пори року від 10 - 12 ° С до 35 -40 ° С.

Рис.5. Схема конденсатора парової турбіни:
1 - патрубок для виходу води, 2 - кришка водяних камер, 3 - водяні камери, 4 - трубні решітки, 5 - корпус конденсатора, 6 - паропріемная горловина, 7 - трубки, 8 - збірник конденсату, 9 - патрубок для підведення води, 10 - патрубок для видалення повітря.

Зазвичай циркуляційна вода в конденсаторі нагрівається на 8 -10 ° С. При підтримці тиску в конденсаторі pк = 0,0035 МПа температура конденсації становить tk = 26,4 ° С. У літню пору, коли температура охолоджуючої води вище за середньорічну розрахункової, тиск в конденсаторі може підвищуватися до 0,01 МПа, що відповідно знижує економічність роботи турбоустановки. На одну тонну конденсованого пара витрачається 50 - 60 т води, що охолоджує.

Для підтримки хороших умов теплообміну і постійного парціального тиску повітря, а разом з ним і загального тиску в конденсаторі просочується в конденсатор повітря необхідно безперервно видаляти. Для цього встановлюються воздухоотсасивающіе пристрої - пароструминні або водоструминні ежектори.

Конденсат з нижньої частини конденсатора відкачується конденсатними насосами і подається через підігрівачі в котел. Конденсатор встановлюється під турбіною і являє собою горизонтально розташований посудину, зварений з листової сталі. Усередині корпусу конденсатора на деякій відстані від його торців вваривать спеціальні пластини з отворами, звані трубними дошками, в які завальцовиваются трубки, що утворюють поверхні теплообміну. Корпус з торців закривається кришками так, що між кришками і трубними дошками утворюються водяні камери.

Якщо в одній з камер встановити горизонтальну перегородку, то по-лучім двухходовой конденсатор: охолоджуюча вода надходить в нижній (підвідний) патрубок передньої камери, проходить по нижніх рядах труб і через задню камеру надходить у верхні ряди труб, після чого видаляється з конденсатора.

Для розглянутої вище турбіни К-300-240 Ленінградського металевого заводу конденсатор має наступні характеристики:

Кількість трубок, шт.