Турбіни для комбінованого виробництва тепла й електричної енергії
Парові турбіни. Частина 2
Загальна оцінка тих економічних переваг, які пов'язані з комбінованою виробленням теплоти і електричної енергії, була дана в § 1.4. Економічний виграш при використанні теплоти відпрацьованого в турбіні пара визначається тим, що прихована теплота пароутворення, яка в конденсаційних установках втрачається з охолоджувальною водою
конденсаторів, в установках, побудованих для комбінованого виробництва тепла й електричної енергії, повністю або частково використовується для покриття побутових або промислових потреб прилеглого до електростанції району.
Турбіни, які не тільки служать приводом генератора електричного струму, але і забезпечують теплом зовнішніх споживачів, отримали загальну назву теплофікаційних турбін і поділяються на такі основні типи:
турбіни з протитиском;
турбіни з одним регульованим відбором пари;
турбіни з регульованим відбором пари і протитиском;
турбіни з двома регульованими відборами пара;
турбіни з відборами нерегульованого тиску.
Турбіни із протитиском
Схема установки турбіни з протитиском показана на рис. 9.1. Свіжий пар підводиться з котла з тиском
від 0,4 до 0,7 МПа, а в деяких випадках до 1,3-1,8 МПа (див. табл. 1.3 і 1.4).
Пар, який залишає турбіну з протитиском, витрачається лише в тій кількості, яка необхідна тепловому споживачеві. Тому потужність, що розвивається турбіною з протитиском, пов'язана з навантаженням теплового споживача. Справді, потужність турбіни виражається рівністю
при постійних параметрах пари залежить
тільки від пропуску пара через турбіну, а наявний теплоперепад не змінюється, потужність турбіни з протитиском однозначно визначається витратою протікає через неї пара. Очевидно, що турбіна з протитиском, працюючи ізольовано, не може повністю забезпечити споживачів електроенергії, лак як графік споживання електроенергії, як правило, не збігається з графіком теплового споживання. Тому в сучасних енергетичних системах турбіни з протитиском зазвичай не встановлюються ізольовано, а застосовуються для паралельної роботи з конденсаційними турбінами (рис. 9.1).
При такій паралельній роботі турбіна з протитиском виробляє лише ту електричну потужність, яка визначається пропуском пари, що йде до теплового споживача, в той час як решту вироблення електричної енергії забезпечують конденсаційні турбіни.
Само собою зрозуміло, що необов'язково турбіни з протитиском і конденсаційні турбіни повинні встановлюватися на одній і тій же електростанції. Важливо, щоб їх генератори були включені на загальну електричну мережу. Це дозволяє раціонально розподілити навантаження між турбінами.
Працюючи по тепловому графіку, турбіна з протитиском покриває лише частину електричного навантаження; інша електричне навантаження лягає на конденсаційну турбіну. У години максимальних теплових навантажень в лінію теплового споживача додається скороченої свіжий пар в тому випадку, якщо витрата пара, необхідний тепловим споживачем, перевищує максимальну пропускну здатність турбіни з протитиском. Встановлений редуктор тиску пара 3 дозволяє також забезпечувати теплового споживача паром в періоди ремонтів турбіни з протитиском.
Та обставина, що потужність, що розвивається турбіною з протитиском, цілком визначається навантаженням теплового споживача, часто не дозволяє досить ефективно використовувати встановлену потужність турбогенератора, а це в свою чергу обмежує сферу застосування турбін з протитиском.
Справді, припустимо, що турбіна з протитиском повинна обслуговувати систему опалення. В цьому випадку значне навантаження турбіни досягається лише в холодні зимові місяці, при великій витраті теплоти на опалення. У літню пору, коли опалення не потрібно, турбіна може виявитися зовсім без навантаження, і тоді не тільки сама турбіна, але і пов'язане з нею електричне обладнання не використовуються. Тому турбіна з протитиском доцільна при таких теплових споживачів, навантаження яких тримається на досить високому рівні круглий рік, наприклад для хімічного виробництва. Тиск пари, що йде до теплового споживача, як правило, потрібно підтримувати постійним.
Аналогічно наведеним в § 1.2 рівняння моментів, що зв'язує зміна електричного навантаження з частотою обертання ротора турбіни, можна написати рівняння витрат, що зв'язує теплове навантаження з протитиском турбіни:
-секундний витрата пара.
що проходить через систему регулюючих клапанів турбіни;
Таким чином, будь-яке порушення рівності між кількістю пари, що йде від турбіни, і кількістю пара, що витрачається тепловим споживачем, призводить до зміни тиску відпрацьованої пари.
Для того щоб турбіна з протитиском могла автоматично підтримувати витрата пара, необхідний тепловому споживачеві, турбіна крім регулятора швидкості забезпечується регулятор му тиску.
Система регулювання при роботі турбіни по тепловому графіку перебуває під впливом регулятора тиску. Лише в тому випадку, якщо при роботі по тепловому графіку збій в електропостачанні агрегату від мережі і генератор розвантажиться до нуля, в роботу під впливом підвищення частоти обертання вступить регулятор швидкості.
У конструктивному відношенні турбіна з протитиском відрізняється від конденсаційної тільки тим, що в ній немає ступенів, які працюють в області низьких тисків (див. Рис. 10.35, 10.43). Тому турбіна з протитиском виконується так само, як частина високого тиску конденсаційної турбіни, і зазвичай складається з регулюючого щабля й кількох наступних нерегульованих щаблів.
При виборі конструкції турбіни з протитиском вирішальне значення мають об'ємний пропуск пара, на який повинна бути розрахована турбіна, і графік навантаження, з яким турбіна буде працювати.
Оскільки в турбіні з протитиском немає ступенів, які працюють при тиску нижче атмосферного, то відпадають всі труднощі, пов'язані з проектуванням лопаток для великих об'ємних пропусків пара. Навіть в турбінах з протитиском, розрахованих на дуже великі масові витрати пара, висоти останніх лопаток виходять помірними. Витрати пара, які можуть бути пропущені через однопоточіую турбіну при роботі її з протитиском, дуже великі.
велике, дросельне паророзподіл в таких турбінах застосовувати не рекомендується.
Однак застосування соплового паророзподілу саме але собі ще не визначає характеру зміни економічності при недовантаження турбіни. Разом з тим для турбіни з протитиском закон зміни ККД при зменшенні пропуску пара представляє особливий інтерес, тому що така турбіна, обслуговуючи тепловою споживача, нерідко має працювати зі змінним в широких межах витратою пара. У § 8.5 було показано, що ККД турбіни при її недогрузках зберігається тим стійкіше, чим більший розрахунковий теплопередачі-репад прийнятий для регулюючого щабля.
При розподілі розрахункового теплоперепада між регулюючої і подальшими ступенями слід мати на увазі, що чим менше тенлоперепад, прийнятий в якості розрахункового для регулюючого щабля, і чим відповідно більше загальне число ступенів, тим вище може бути досягнуто ККД при повному навантаженні, однак тим різкіше падає ККД турбіни при зменшенні витрати пари.
На рис. 9.2 показані криві зміни ККД в залежності від відносного пропуску пара для трьох варіантів виконання турбіни.
Крива а побудована для турбіни, що складається з однієї двухвеіечной ступені швидкості, крива Ь - для турбіни, в якій при розрахунковому навантаженні 30% теплоперепада доводиться на регулюючу щабель, в той час як залишок теплоперепада спрацьовується в групі нерегульованих щаблів.
побудовані в припущенні ідеального соплового паророзподілу, т. е. без урахування дросселирования в частково відкритому клапані.
Діаграма рис. 9.2 показує, що в тих випадках, коли турбіна працює з мінливою в широких межах навантаженням і коли число годин використання турбіни при малих навантаженнях велике, виявляється доцільним виділити при розрахунковому режимі значну частку теплоперепада на регулюючу щабель і всю машину виконати з невеликим числом ступенів. Навпаки, чим рівніше передбачуваний графік навантаження турбіни і чим ближче середня за графіком навантаження до розрахункової, тим раціональніше збільшувати число ступенів і скорочувати частку теплоперепада, що припадає на регулюючу щабель при максимальному навантаженні.