Что значит турбина с противодавлением

Турбины с противодавлением

Электрической энергии

Турбины для комбинированной выработки тепла и

ЛЕКЦИЯ №9

Экономический выигрыш у таких турбин обусловлен тем, что в конденсационных установках скрытая теплота парообразования теряется, а здесь используется для бытовых и промышленных потребителей.

Турбины, которые не только служат приводом генератора электрического тока, но и снабжают теплом внешних потребителей, получили общее название теплофикационных и разбиваются на следующие основные типы:

· Турбины с противодавлением;

· Турбины с одним регулируемым отбором пара;

· Турбины с регулируемым отбором пара и противодавлением;

· Турбины с двумя регулируемыми отборами пара.

Схема установки турбины с противодавлением изображена на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1 Принципиальная схема установки с турбиной с противодавлением и конденсационной турбиной:

Свежий пар подводится из парогенератора с давлением и направляется в турбину 1, где происходит расширение пара до давления . Отработавший в турбине 1 пар поступает в сетевые подогреватели (бойлеры), откуда подогретая вода идет к потребителю тепла. Для отопления применяется пар с давлением =70…250кПа, для промышленных целей требуется пар с давлением =0.4…0.7МПа, а в некоторых случаях с =1.3…1.8МПа.

Пар, проникающий в турбину 1 с противодавлением, расходуется лишь в том количестве, которое необходимо потребителю. Поэтому мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, не является произвольной, а связана с нагрузкой теплового потребителя. Мощность турбины выражается равенством:

где — расход свежего пара;

— располагаемый теплоперепад;

— относительный электрический к.п.д., равный отношению электрической мощности к мощности идеальной турбины.

Поскольку к.п.д. при постоянных параметрах процесса зависит только от пропуска пара через турбину, а располагаемый теплоперепад не меняется, мощность турбины с противодавлением однозначно определяется расходом протекающего через нее пара.

Турбина с противодавлением, работая изолированно, не может полностью обеспечивать потребителей электрической энергией, так как графики потребителей электрической энергии и тепла не совпадают. Поэтому в современных энергосистемах турбины с противодавлением обычно не устанавливаются изолированно, а применяются для параллельной работы с конденсационными турбинами (рис. 9.1).

При такой работе турбина с противодавлением вырабатывает лишь ту электрическую мощность, которая определяется пропуском пара, идущего к тепловому потребителю, в то время как остальную выработку электрической энергии обеспечивают компенсационные турбины

Таким образом, работая по тепловому графику, турбина с противодавлением покрывает лишь часть электрической нагрузки; остальная электрическая нагрузка ложится на конденсационную турбину. В часы максимальных тепловых нагрузок в линию теплового потребителя добавляется редуцированный свежий пар в том случае, если расход пара, требуемый тепловым потребителям, превышает максимальную пропускную способность турбины с противодавлением. Установленный редуктор давления пара 3 позволяет также снабжать теплового потребителя паром в периоды ремонтов турбины с противодавлением.

То обстоятельство, что мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, целиком определяется нагрузкой теплового потребителя, часто не позволяет достаточно эффективно использовать установленную мощность турбогенератора, что ограничивает область применения таких турбин (т.е. зимой из-за максимального потребления тепла мощность турбины максимальна, а летом турбина может оказаться без нагрузки). Поэтому такие турбины устанавливают вблизи постоянных потребителей тепла, например, вблизи химпроизводства.

Давление пара, идущего к тепловому потребителю, как правило, требуется поддерживать постоянным.

Для турбины с противодавлением уравнение расходов, связывающее тепловую нагрузку с противодавлением турбины, имеет вид:

(9.1)

где — емкость паропровода, ведущего от турбины к тепловому потребителю;

— секундный расход пара, проходящего через систему регулирующих клапанов турбины;

— секундный расход пара, отводимый к потребителю;

и — давление и температура отработавшего в турбине пара.

Уравнение (9.1) показывает, что давление отработавшего в турбине пара будет сохраняться лишь в том случае, когда количество пара G_1, прошедшего через турбину, равно количеству пара G₂, идущему к тепловому потребителю. Если , то ,то есть давление отработавшего пара растет и наоборот, если то и давление отработавшего пара понижается.

Таким образом, всякое нарушение равенства между количеством пара, идущего от турбины, и количеством пара, расходуемого тепловым потребителем, приводят к изменению давления отработавшего пара.

Для того чтобы турбина с противодавлением могла автоматически поддерживать расход пара, необходимого тепловому потребителю, турбина, помимо регулятора скорости снабжается регулятором давления.

Система регулирования при работе турбины по тепловому графику находится под воздействием регулятора давления. Лишь в том случае, если при работе по тепловому графику произойдет отключение агрегата от сети и генератор разгрузится до нуля, в работу под влиянием повышения частоты вращения вступит регулятор скорости.

В конструктивном отношении турбины с противодавлением отличаются от конденсационных только тем, что в ней нет ступеней, работающих в области низких давлений. Поэтому турбина с противодавлением выполняется так же, как часть высокого давления конденсационной турбины, и обычно состоит из ряда последующих нерегулируемых ступеней.

При выборе конструкции турбины с противодавлением (ТПД) решающее значение имеют объемный пропуск пара, на который должна быть рассчитана турбина, и график нагрузки, с которым турбина будет работать.

Поскольку в ТПД нет ступеней, работающих в области вакуума, отпадают все трудности, связанные с проектированием лопаток для больших объемных пропусков пара. Даже в ТПД, рассчитанных на очень большие массовые расходы пара, высоты последних лопаток, обычно, умеренные. Расходы пара, которые могут быть пропущены через однопоточную турбину, при ее работе с противодавлением, очень велики.

Для больших ТПД целесообразно повышение быстроходности, чтобы не увеличивать высоту лопаток при малых объемных пропусках пара.

Чем больше для всей турбины отношение давлений , где — давление свежего пара, — давление в выходном патрубке, тем сильнее сказывается потеря пара от его дросселирования в регулирующем клапане при недогрузке турбины. Поскольку в ТПД, по сравнению с конденсаторными турбинами отношение велико, дроссельное парораспределение в таких турбинах применять не рекомендуется. Чем выше , тем большее число клапанов следовало бы иметь в системах соплового парораспределения ТПД.

Однако применение соплового парораспределения само по себе еще не оправдывает характер изменения экономичности при нагрузках турбины. К.п.д. ТПД при ее недогрузках сохраняется тем устойчивее, чем больший расчетный теплоперепад принят для регулирующей ступени. При этом желательно чтоб турбина представляла как ступень скорости, когда при одной сопловой решетке преобразование кинетической энергии производится в нескольких рабочих решетках. В этом случае при идеальном сопловом парораспределении можно считать, что тепловой перепад ступени сохраняется постоянным при всех нагрузках, а следовательно, сохраняется постоянным отношение скоростей (— окружная скорость рабочей решетки ,

где — угловая скорость рабочих лопаток;

— диаметр ступени;

– фиктивная скорость.

Если располагаемый теплоперепад ступени представлен как , то есть кинетическая энергия.

Выполнение ТПД в виде одной ступени нашло применение для турбин с небольшими теплоперепадами и пропуском пара, работающих при переменной в больших пределах нагрузки. Для турбин значительной мощности такая конструкция не может быть допущена в виду недостаточной ступени скорости. Поэтому наиболее распространенной для ТПД является конструкция, состоящая из регулирующей ступени и последующих нерегулируемых ступеней.

Таким образом, наилучшим вариантом ТПД является многоступенчатая конструкция, состоящая из регулируемой и нерегулируемой ступеней при использовании регуляторов как по давлению выходного пара, идущего к потребителю, так и по частоте, в зависимости от нагрузки теплового потребителя.

Источник

Турбины с противодавлением

Теплоты и электрической энергии

Основным видом теплоснабжения, используемого для обеспечения тепловой энергией социальных и производственных объектов, в РФ является централизованное теплоснабжение посредством комбинированной выработки теплоты и электрической энергии на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Упрощенная тепловая схема отопительной ТЭЦ показана на рис. 16.1.

Рис. 16.1. Тепловая схема отопительной ТЭЦ

Паровые турбины ТЭЦ, предназначенные для выработки не только электрической, но и тепловой энергии, относятся к классу теплофикационных. Они выполняются с конденсацией пара и без нее. В первом случае турбины имеют отопительный (регулируемый) отбор пара для отопления зданий (турбины Т) или производственный отбор для обеспечения технологических потребностей промышленных предприятий (турбины П), а также с совмещением отборов (турбины ПТ). Турбины, в которых после расширения водяной пар направляется не в конденсатор, а производственному потребителю, называют турбинами с противодавлением (тип Р). Кроме того, в эксплуатации находятся турбины типа ПР с промышленным отбором пара и противодавлением. Регулирующими органами, обеспечивающими необходимый расход водяного пара в отопительные отборы, являются поворотные диафрагмы, а в производственные – регулирующие клапаны.

Турбины с противодавлением

Для турбин с противодавлением характерен режим эксплуатации по тепловому графику, при котором расход водяного пара определяется производственным потребителем. Поэтому графики выработки тепловой и электрической энергий не совпадают, что предопределяет необходимость работы таких турбин параллельно с конденсационными турбинами (рис. 16.2). При этом турбина с противодавлением вырабатывает электроэнергию, определяемую расходом пара G_П тепловому потребителю: . В периоды останова таких турбин снабжение потребителя осуществляется через редукционно-охладительную установку (РОУ).

Рис. 16.2. Схема включения паровой турбины с противодавлением 1

параллельно с конденсационной турбиной 2

Диаграммы режимов получают либо путем расчета турбины на переменный режим, либо экспериментально. В общем случае они не являются прямыми линиями, однако во многих случаях в практических расчетах их считают прямыми. Значительное отклонение от прямой наблюдается только при малых значениях мощности, когда КПД турбины значительно уменьшается. Она будет равна нулю (N_э = 0) при холостом ходе турбоагрегата, когда энергия пара, поступающего в турбину в количестве G_х.х., тратится только на поддержание ее номинальной частоты вращения (расходуется на преодоление трения в подшипниках и о паровую среду).

Рис. 16.3. Диаграмма режимов паровой турбины с противодавлением

Из рис.16.3 видно, что турбины типа Р целесообразно применять для тепловых потребителей, нагрузка которых поддерживается неизменной в течение года (например, для химического производства). Тогда противодавление р_п будет постоянным. При изменении расхода G_п и постоянном значении G₀ противодавление изменяется. Для поддержания постоянного значения противодавления турбина Р снабжается помимо регулятора скорости регулятором давления. Обычно такие турбины выполняются как часть высокого давления конденсационной турбины с сопловым парораспределением.

Источник

Турбины для комбинированной выработки теплоты и электрической энергии

Общая оценка тех экономических преимуществ, которые связаны с комбинированной выработкой теплоты и электрической энергии, была дана в § 1.4. Экономический выигрыш при использовании теплоты отработавшего в турбине пара определяется тем, что скрытая теплота парообразования, которая в конденсационных установках теряется с охлаждающей водой

конденсаторов, в установках, построенных для комбинированной выработки теплоты и электрической энергии, полностью или частично используется для покрытия бытовых или промышленных потребностей прилегающего к электростанции района.

Турбины, которые не только служат приводом генератора электрического тока, но и снабжают теплотой внешних потребителей, получили общее название теплофикационных турбин и разделяются на следующие основные типы:

турбины с противодавлением;

турбины с одним регулируемым отбором пара;

турбины с регулируемым отбором пара и противодавлением;

турбины с двумя регулируемыми отборами пара;

турбины с отборами нерегулируемого давления.

Турбины с противодавлением

Схема установки турбины с противодавлением показана на рис. 9.1. Свежий пар подводится из котла с давлением

от 0,4 до 0,7 МПа, а в некоторых случаях до 1,3—1,8 МПа (см. табл. 1.3 и 1.4).

Пар, покидающий турбину с противодавлением, расходуется лишь в том количестве, которое необходимо тепловому потребителю. Поэтому мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, связана с нагрузкой теплового потребителя. В самом деле, мощность турбины выражается равенством

при постоянных параметрах пара зависит

только от пропуска пара через турбину, а располагаемый теплоперепад не меняется, мощность турбины с противодавлением однозначно определяется расходом протекающего через нее пара. Очевидно, что турбина с противодавлением, работая изолированно, не может полностью обеспечить потребителей электроэнергии, лак как график потребления электроэнергии, как правило, не совпадает с графиком теплового потребления. Поэтому в современных энергетических системах турбины с противодавлением обычно не устанавливаются изолированно, а применяются для параллельной работы с конденсационными турбинами (рис. 9.1).

При такой параллельной работе турбина с противодавлением вырабатывает лишь ту электрическую мощность, которая определяется пропуском пара, идущего к тепловому потребителю, в то время как остальную выработку электрической энергии обеспечивают конденсационные турбины.

Само собой разумеется, что необязательно турбины с противодавлением и конденсационные турбины должны устанавливаться на одной и той же электростанции. Важно, чтобы их генераторы были включены на общую электрическую сеть. Это позволяет рационально распределить нагрузку между турбинами.

Работая по тепловому графику, турбина с противодавлением покрывает лишь часть электрической нагрузки; остальная электрическая нагрузка ложится на конденсационную турбину. В часы максимальных тепловых нагрузок в линию теплового потребителя добавляется редуцированный свежий пар в том случае, если расход пара, требуемый тепловым потребителем, превышает максимальную пропускную способность турбины с противодавлением. Установленный редуктор давления пара 3 позволяет также снабжать теплового потребителя паром в периоды ремонтов турбины с противодавлением.

То обстоятельство, что мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, целиком определяется нагрузкой теплового потребителя, часто не позволяет достаточно эффективно использовать установленную мощность турбогенератора, а это в свою очередь ограничивает область применения турбин с противодавлением.

В самом деле, допустим, что турбина с противодавлением должна обслуживать систему отопления. В этом случае значительная нагрузка турбины достигается лишь в холодные зимние месяцы, при большом расходе теплоты на отопление. В летнее время, когда отопление не требуется, турбина может оказаться совсем без нагрузки, и тогда не только сама турбина, но и связанное с ней электрическое оборудование не используются. Поэтому турбина с противодавлением целесообразна при таких тепловых потребителях, нагрузка которых держится на достаточно высоком уровне круглый год, например для химического производства. Давление пара, идущего к тепловому потребителю, как правило, требуется поддерживать постоянным.

Аналогично приведенному в § 1.2 уравнению моментов, связывающему изменение электрической нагрузки с частотой вращения ротора турбины, можно написать уравнение расходов, связывающее тепловую нагрузку с противодавлением турбины:

—секундный расход пара.

проходящего через систему регулирующих клапанов турбины;

Таким образом, всякое нарушение равенства между количеством пара, идущего от турбины, и количеством пара, расходуемого тепловым потребителем, приводит к изменению давления отработавшего пара.

Для того чтобы турбина с противодавлением могла автоматически поддерживать расход пара, необходимый тепловому потребителю, турбина помимо регулятора скорости снабжается регулятор ом давления.

Система регулирования при работе турбины по тепловому графику находится под воздействием регулятора давления. Лишь в том случае, если при работе по тепловому графику произойдет отключение агрегата от сети и генератор разгрузится до нуля, в работу под влиянием повышения частоты вращения вступит регулятор скорости.

В конструктивном отношении турбина с противодавлением отличается от конденсационной только тем, что в ней нет ступеней, работающих в области низких давлений (см. рис. 10.35, 10.43). Поэтому турбина с противодавлением выполняется так же, как часть высокого давления конденсационной турбины, и обычно состоит из регулирующей ступени и ряда последующих нерегулируемых ступеней.

При выборе конструкции турбины с противодавлением решающее значение имеют объемный пропуск пара, на который должна быть рассчитана турбина, и график нагрузки, с которым турбина будет работать.

Поскольку в турбине с противодавлением нет ступеней, работающих при давлении ниже атмосферного, то отпадают все трудности, связанные с проектированием лопаток для больших объемных пропусков пара. Даже в турбинах с противодавлением, рассчитанных на очень большие массовые расходы пара, высоты последних лопаток получаются умеренными. Расходы пара, которые могут быть пропущены через однопоточиую турбину при работе ее с противодавлением, очень велики.

велико, дроссельное парораспределение в таких турбинах применять не рекомендуется.

Однако применение соплового парораспределения само но себе еще не определяет характера изменения экономичности при недогрузках турбины. Вместе с тем для турбины с противодавлением закон изменения КПД при уменьшении пропуска пара представляет особый интерес, так как такая турбина, обслуживая тепловою потребителя, нередко должна работать с переменным в широких пределах расходом пара. В § 8.5 было показано, что КПД турбины при ее недогрузках сохраняется тем устойчивее, чем больший расчетный теплопе-репад принят для регулирующей ступени.

При распределении расчетного теплоперепада между регулирующей и последующими ступенями следует иметь в виду, что чем меньше тенлоперепад, принятый в качестве расчетного для регулирующей ступени, и чем соответственно больше общее число ступеней, тем выше может быть достигнут КПД при полной нагрузке, однако тем резче падает КПД турбины при уменьшении расхода пара.

На рис. 9.2 показаны кривые изменения КПД в зависимости от относительного пропуска пара для трех вариантов выполнения турбины.

Кривая а построена для турбины, состоящей из одной двухвеиечной ступени скорости, кривая Ь — для турбины, в которой при расчетной нагрузке 30% теплоперепада приходится на регулирующую ступень, в то время как остаток теплоперепада срабатывается в группе нерегулируемых ступеней.

построены в предположении идеального соплового парораспределения, т. е. без учета дросселирования в частично открытом клапане.

Диаграмма рис. 9.2 показывает, что в тех случаях, когда турбина работает с меняющейся в широких пределах нагрузкой и когда число часов использования турбины при малых нагрузках велико, оказывается целесообразным выделить при расчетном режиме значительную долю теплоперепада на регулирующую ступень и всю машину выполнить с небольшим числом ступеней. Наоборот, чем ровнее предполагаемый график нагрузки турбины и чем ближе средняя по графику нагрузка к расчетной, тем рациональнее увеличивать число ступеней и сокращать долю теплоперепада, приходящегося на регулирующую ступень при максимальной нагрузке.

Источник