Паротурбинные установки

Основным элементом турбинных установок является турбина — двигатель с непрерывным рабочим процессом. Энергия рабочего тела (пара, газа или воды) на лопатках, рабочего колеса турбин непрерывно преобразуется в механическую. Механическая энергия, полученная колесом, определяется разностью кинематических энергий рабочего тела на входе в канал, образованный соседними лопатками колеса турбины, и выходе из него. В' паровых турбинах для создания высокой скорости на входе в канал применяют сопла, в. которых потенциальная энергия пара частично или полностью преобразуется в кинетическую. Давление пара падает, скорость растет. Из уравнения баланса энергии несложно определить зависимость скорости пара на выходе из сопла м/с (или входа на лопатку) от величины теплоперепада , т. е. разности энтальпий пара до и после сопла

где — коэффициент скорости, учитывающий потери на трение, вихреобразование и т. п.

 

Рис. 7.3. Диаграмма для процесса расширения пара в турбине

 

В диаграмме (рис. 7.3) этот процесс для одной ступени (сопло—лопатка) имеет вид отрезка 1 — 2а (адиабатное истечение), а с учетом потерь 1 — 2.

В конструкциях паровых турбин применяют такие ступени, в которых процесс превращения перепада давления в скорость не заканчивается полностью в соплах, а частично продолжается и в лопаточном канале, где благодаря изменению скорости, возникает реактивный эффект, повышающий окружную скорость колеса. Отношение теплоперепада на лопатках к теплопере-паду на всей ступени называется степенью реакции . Паровые турбины, у которых степень реакции каждой из ступеней не превосходит 0,15, называются активными, а при условии — реактивными.

Современные паровые турбины выполняют многоступенчатыми и комбинированными с использованием как активных, так и реактивных ступеней. Одним из основных элементов турбинных установок является конденсатор — трубчатый теплообменник, в котором за счет интенсивного охлаждения водой происходи- конденсация отработавшего в турбине пара. При конденсации рабочего тела происходит уменьшение в сотни тысяч раз его объема, т. е. резкое падение давления.

Как видно из диаграммы , чем ниже давление в конденсаторе, тем больше теплоперепад, а значит, и мощность, развиваемая турбиной. Глубина разрежения (или вакуума в конденсаторе) определяется начальной температурой охлаждающей воды и кратностью охлаждения.

Кратность охлаждения — это количество охлаждающей воды, необходимой для конденсации 1 кг пара. На современных станциях . Как правило, охлаждающая конденсатор вода циркулирует в замкнутом контуре, который включает специальные охладители — градирни, или брызгальные бассейны. Конденсат, образующийся в межтрубном пространстве конденсатора, с помощью насосов подается в трубопровод питательной воды котельной установки. Скрытая теплота парообразования, уносимая охлаждающей водой, теряется безвозвратно.

Паротурбинные или паросиловые установки, у которых весь пар проходит через конденсатор, называются конденсационными (рис. 7.4). Они предназначены для выработки электроэнергии. Их к.п.д. с учетом термодинамических потерь, внутренних или потерь несовершенства процесса, механических потерь и потерь в электрогенераторе в современных установках достигает 29— 39 %.

 

 

Рис. 7.4. Схема паросиловой установки с конденсационной турбиной

:1 — котел; 2— пароперегреватель,

3— турбина, 4 — электрогенера­тор;

5' —конденсатор пара; 6 — насос

 

Конденсационные турбины устанавливают, как правило, на крупных электростанциях. Они предназначены для выработки электроэнергии.

Рис. 7.5. Схема турбин о регенера­тивным подогревом питательной и нагревом сетевой воды:

1 - подогреватель питательной воды; 2 - конденсационный насос; 3 — потребитель горячей воды; 4 — сетевой насос;

ПК — паровой котел; Т — турбина

 

На ТЭЦ металлургических предприятий наибольшее распространение получили схемы с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии и регенеративным подогревом питательной воды. На таких станциях применяют турбины с производственными и теплофикационными отборами пара соответственно при давлении отбора МПа и МПа и температуре 480 ÷ 570 °C. Они являются приводом электрогенераторов мощностью 17 и 22 МВт. Производственный отбор пара часто используется параллельно или совместно с паром других утилизационных установок.

Схема турбины с нерегулируемым отбором пара для регенера­тивного подогрева питательной и нагрева сетевой воды дана на рис. 7.5. Как показывает опыт эксплуатации, применение таких тепловых схем особенно целесообразно на станциях, где котельные агрегаты работают с высоким подогревом воздуха. Регенеративный подогрев воды позволяет уменьшить поверхность водяного экономайзера котла и тем самым поднять температуру газов, поступающих в воздухоподогреватель.

Схемы с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии экономически более выгодны, чем схемы с чисто кон­денсационными турбинами.