Турбіни із протитиском - студопедія

Турбіни для комбінованого виробництва тепла та

Економічний виграш у таких турбін обумовлений тим, що в конденсаційних установках прихована теплота пароутворення втрачається, а тут використовується для побутових і промислових споживачів.

Турбіни, які не тільки служать приводом генератора електричного струму, але і забезпечують теплом зовнішніх споживачів, отримали загальну назву теплофікаційних і розбиваються на наступні основні типи:

· Турбіни із протитиском;

· Турбіни з одним регульованим відбором пари;

· Турбіни з регульованим відбором пари і протитиском;

· Турбіни з двома регульованими відборами пара.

Схема установки турбіни з протитиском зображена на малюнку 9.1.

Малюнок 9.1 Принципова схема установки з турбіною з протитиском і конденсаційної турбіною:

1 турбіна з протитиском; 2 - конденсаційна турбіна;

3 - редукційно-охолоджувальна установка

Свіжий пар підводиться з парогенератора з тиском і направляється в турбіну 1, де відбувається розширення пара до тиску. Отработавший в турбіні 1 пар надходить в мережеві підігрівачі (бойлери), звідки підігріта вода йде до споживача тепла. Для опалення застосовується пар з тиском = 70 ... 250кПа. для промислових цілей потрібна пара з тиском = 0.4 ... 0.7МПа. а в деяких випадках з = 1.3 ... 1.8МПа.

Пар, що проникає в турбіну 1 з протитиском, витрачається лише в тій кількості, яка необхідна споживачеві. Тому потужність, що розвивається турбіною з протитиском, не є довільною, а пов'язана з навантаженням теплового споживача. Потужність турбіни виражається рівністю:

де - витрата свіжої пари;

- відносний електричний к.к.д. рівний відношенню електричної потужності до потужності ідеальної турбіни.

Оскільки к.к.д. при постійних параметрах процесу залежить тільки від пропуску пара через турбіну, а наявний теплоперепад не змінюється, потужність турбіни з протитиском однозначно визначається витратою протікає через неї пара.

Турбіна з протитиском, працюючи ізольовано, не може повністю забезпечувати споживачів електричною енергією, так як графіки споживачів електричної енергії та тепла не збігаються. Тому в сучасних енергосистемах турбіни з протитиском зазвичай не встановлюються ізольовано, а застосовуються для паралельної роботи з конденсаційними турбінами (рис. 9.1).

При такій 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 компенсаційні турбіни

Таким чином, 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 споживачам, 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, що обмежує сферу застосування таких турбін (тобто взимку через максимального споживання тепла потужність турбіни максимальна, а влітку турбіна може виявитися без навантаження). Тому такі турбіни встановлюють поблизу постійних споживачів тепла, наприклад, поблизу хімвиробництва.

Тиск пари, що йде до теплового споживача, як правило, потрібно підтримувати постійним.

Для турбіни з протитиском рівняння витрат, що зв'язує теплове навантаження з протитиском турбіни, має вигляд:

де - ємність паропроводу, провідного від турбіни до теплового споживача;

- секундний витрата пари, що проходить через систему регулюючих клапанів турбіни;

- секундний витрата пара, що відводиться до споживача;

і - тиск і температура відпрацьованого в турбіні пара.

Рівняння (9.1) показує, що тиск відпрацьованого в турбіні пара буде зберігатися лише в тому випадку, коли кількість пара G1, що пройшов через турбіну, дорівнює кількості пара G2. що йде до теплового споживача. Якщо, то, тобто тиск відпрацьованої пари зростає і навпаки, якщо то і тиск відпрацьованої пари знижується.

Таким чином, будь-яке порушення рівності між кількістю пари, що йде від турбіни, і кількістю пара, що витрачається тепловим споживачем, призводять до зміни тиску відпрацьованої пари.

Для того щоб турбіна з протитиском могла автоматично підтримувати витрата пара, необхідного теплового споживача, турбіна, крім регулятора швидкості забезпечується регулятором 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 турбіни з протитиском відрізняються від конденсаційних тільки тим, що в ній немає ступенів, які працюють в області низьких тисків. Тому турбіна з протитиском виконується так само, як частина високого тиску конденсаційної турбіни, і зазвичай складається з ряду наступних нерегульованих щаблів.

При виборі конструкції турбіни з протитиском (ТПД) вирішальне значення мають об'ємний пропуск пара, на який повинна бути розрахована турбіна, і графік навантаження, з яким турбіна буде працювати.

Оскільки в ТПД немає ступенів, які працюють в області вакууму, відпадають всі труднощі, пов'язані з проектуванням лопаток для великих об'ємних пропусків пара. Навіть в ТПД, розрахованих на дуже великі масові витрати пара, висоти останніх лопаток, зазвичай, помірні. Витрати пара, які можуть бути пропущені через однопоточні турбіну, при її роботі з протитиском, дуже великі.

Для великих ТПД доцільно підвищення швидкохідності, щоб не збільшувати висоту лопаток при малих об'ємних пропусках пара.

Чим більше для всієї турбіни відношення тисків, де - тиск свіжої пари, - тиск у вихідному патрубку, тим сильніше позначається втрата пара від його дроселювання в регулюючомуклапані при недовантаження турбіни. Оскільки в ТПД, в порівнянні з конденсаторними турбінами відношення велике, дросельне паророзподіл в таких турбінах застосовувати не рекомендується. Чим вище, тим більше число клапанів варто було б мати в системах соплового паророзподілу ТПД.

Однак застосування соплового паророзподілу саме по собі ще не виправдовує характер зміни економічності при навантаженнях турбіни. К.к.д. ТПД при її недогрузках зберігається тим стійкіше, чим більший розрахунковий теплоперепад прийнятий для регулюючого щабля. При цьому бажано щоб турбіна представляла як щабель швидкості, коли при одній сопловой решітці перетворення кінетичної енергії виробляється в кількох робочих решітках. В цьому випадку при ідеальному сопловому паророзподілі можна вважати, що тепловий перепад ступені зберігається постійним при всіх навантаженнях, а отже, зберігається постійним відношення швидкостей (- окружна швидкість робочої решітки,

де - кутова швидкість робочих лопаток;

Якщо наявний теплоперепад ступені представлений як, тобто кінетична енергія.

Виконання ТПД у вигляді одного ступеня знайшло застосування для турбін з невеликими Теплоперепад і пропуском пара, що працюють при змінній у великих межах навантаження. Для турбін значної потужності така конструкція не може бути допущена на увазі недостатньої ступені швидкості. Тому найбільш поширеною для ТПД є конструкція, що складається з регулюючого щабля й наступних нерегульованих щаблів.

Таким чином, найкращим варіантом ТПД є багатоступенева конструкція, що складається з регульованим і нерегульованим ступенів при використанні регуляторів як по тиску вихідного пара, що йде до споживача, так і по частоті, в залежності від навантаження теплового споживача.