Турбины с промежуточным регулируемым отбором пара

Нагрузка турбины с противодавлением целиком определяется тепловым потребителем, поэтому, как отмечалось раньше, турбина с противодавлением обычно не может устанавливаться изолированно и должна работать параллельно с конденсационными турбинами. Кроме того, мощность самой турбины с противодавлением и связанного с ней электрического оборудования зачастую используется далеко не полностью, поскольку тепловое потребление или связано с зимним периодом, или зависит от числа смен, работающих в тенлонотребляющем производстве.

Значительно лучшее использование оборудования достигается в турбинах с промежуточным отбором пара, в которых мощность может изменяться в широких пределах независимо от нагрузки теплового потребителя.

  в конденсаторе. Остальной поток пара Сп идет к тепловому потребителю. Таким образом, ЧВД турбины с отбором

представляет собой турбину с противодавлением, а ЧНД -конденсационную турбину.

При отсутствии отборов пара из ЧВД на регенерацию можно написать

  турбины с промежуточным от-

бором пара является суммой мощностей ЧВД и ЧНД:

-диаграмме. Если

принять обозначения рис. 9.4, то мощность ЧВД напишется так:

а мощность Ч НД:

Таким образом, внутренняя мощность всей турбины будет равна

  представляет собой использованный теплоперепад для потока пара, прошедшего в конденсатор через обе части турбины.

Из уравнения (9.4) можно найти расход свежего пара, если заданы мощность турбины и количество пара, отбираемого для теплового потребителя, и, кроме того, известны тепловые Перепады и КПД отдельных частей турбины:

Для того чтобы давление отводимого к тепловому потребителю пара поддерживалось на постоянном уровне, помимо клапанов, управляющих впуском пара в ЧВД, перед ЧНД турбины устанавливают также регулирующие клапаны. Изменения давления отбираемого пара воспринимаются регулятором давления.

Для того чтобы проследить зависимость между расходом свежего пара, развиваемой турбиной мощностью и количеством отбираемого пара, построим диаграмму, которая связывает эти величины и называется диаграммой режимов.

  диаграммы на рис. 9.5.

Здесь по оси абсцисс отложен относительный пропуск пара

  зависит от расхода пара;

  пара, выходящего из ЧВД.

будет наименьшим из все возможных располагаемых теилоперепадов ЧНД.

неизменным и производя расчет

  через ЧНД.

  выраженная в долях

сопз1, можно считать, что в этом случае мощность ЧНД равна

  на который необходимо умножить полученную из диаграммы рис. 9.6 мощность ЧНД, зависит только от пропуска пара через ЧВД.

Для рассматриваемого нами примера эта кривая нанесена на диаграмме рис. 9.5.

  от количества пара, идущего в конденсатор.

Имея все предварительные данные, можно построить окончательную диаграмму режимов. Для этого перенесем

  определяется на основании

  которая показывает изменение мощности турбины при постоянном пропуске пара через ЧНД.

  Случай, когда

  на диаграмме рис. 9.7.

  представит собой диаграмму возможных режимов турбины с одним регулируемым отбором пара.

  на которую рассчитан электрический генератор.

Увеличение пропуска пара через ЧНД за счет повышения давления пара перед ней сопровождается некоторым снижением экономичности ЧНД, но позволяет в брлее широких пределах использовать мощность турбогенератора. Следует отметить, что повышение давления пара в камере регулируемого отбора уменьшает располагаемый теплоперепад ЧВД и его КПД, а следовательно, и мощность ЧВД. Допуская режимы с повышенным давлением пара перед ЧНД, в диаграмме режимов получаем дополнительную область, которая на рис. 9.7 заштрихована.

, клапаны ЧНД откроются полностью и дальнейшее увеличение пропуска пара через ЧНД достигается за счет роста давления в камере отбора пара. Очевидно, что корпус ЧВД и примыкающие к нему трубопроводы отбираемого пара должны быть рассчитаны на максимальное давление, которое может возникнуть в камере отбора; на это же давление должны быть настроены предохранительные клапаны камеры отбора пара. В части низкого давления прочность рабочих лопаток и промежуточных диафрагм должна быть также рассчитана в соответствии с нагрузками, которые возникают при максимальном пропуске пара.

и принимая за начало отсчета мощности линию 1 - 1, получаем

В том случае, если требуется построить диаграмму режимов для электрической мощности турбогенератора, надо при

суммировании мощностей ЧВД и ЧНД вычесть из суммарной внутренней мощности механические потери и потери в электрическом генераторе. Последние зависят от нагрузки генератора и, следовательно, могут быть построены в зависимости от внутренней мощности турбины.

Часто при построении диаграммы режимов по оси абсцисс откладывают мощность, а по оси ординат — расходы свежего пара. В таком случае она примет вид, представленный на рис. 9.8, где показана диаграмма турбины Т-110/120-12,8-3 ТМЗ при работе с одним регулируемым отбором пара. Иногда строится упрощенная диаграмма режимов с прямыми линиями (рис. 9.9). При этом связь между отбором пара, мощностью и расходом свежего пара может быть выражена аналитически достаточно просто:

—расход пара, необходимый для холостого хода;

— отношение использованных теплоперепадов части низкого давления и всей турбины.

на рис. 9.7)

турбина практически работает как турбина с противодавлением и при заданном расходе отбираемого пара мощность не может быть меньше той, которая соответствует мощности ЧВД.

в диаграмме режимов (рис. 9.7).

Во всех тех случаях, когда по условиям электрической нагрузки турбины от нее не может быть отобран достаточно большой расход пара, в линию теплового потребителя добавляется свежий редуцированный пар и, таким образом, практически достигается любой режим, требуемый тепловым и электрическим потребителями.

В турбинах с отбором пара обычно применяется система регенеративного подогрева питательной воды. Построение диаграммы режимов в этом случае становится более сложным, так как необходимо рассматривать переменный режим всей установки.

Турбины с регулируемым отбором пара наиболее распространены па современных ТЭЦ, так как эти турбины в широком диапазоне режимов удовлетворяют запросам потребителей электроэнергии и теплоты и при этом полно используется оборудование независимо от времени года.

Однако нельзя забывать, что универсальность использования турбины с промежуточным отбором пара достигается ценой некоторого снижения экономичности при отдельных режимах. В самом деле, например, при конденсационном режиме такой турбины при полной нагрузке часть высокого давления оказывается незагруженной по пропуску пара, в то время как часть низкого давления перегружена. Такой режим турбины с отбором, очевидно, менее экономичен, чем режим конденсационной турбины. Понижение экономичности скажется особенно сильно, если при неполных нагрузках и конденсационном режиме или режиме с малыми отборами пара включено в работу регулирование давления промежуточного отбора. В этом случае возникают дополнительные потери дросселирования пара, перетекающего в часть низкого давления.

Точно так же при работе с большими отборами пара турбина с промежуточным отбором оказывается в менее благоприятных условиях, чем турбина с противодавлением, потому что при малом пропуске пара через часть низкоге давления последняя работает с низким КПД или даже потребляет мощность.

Очевидно, что наибольшая экономичность турбины с промежуточным отбором пара достигается при тех режимах, когда через каждук часть протекает оптимальный, обычно расчетный, расход пара.

Если режимы, при которых в основном будет эксплуатироваться турбина, известны наперед, то при проектировании можно так выбрать расчетные пропуски пара, чтобы обеспечить наибольшую экономичность при длительной эксплуатации. Так, например, если известно, что при чисто конденсационном режиме турбина должна развивать лишь небольшую мощность и что электрическая нагрузка турбины возрастает с ростом отбора пара, то расчетный пропуск через ступени низкого давления может быть выбран так, чтобы при чисто конденсационном режиме турбина принимала лишь частичную нагрузку или значительные нагрузки осуществлялись при существенном снижении экономичности. Это позволит сократить размеры лопаток ступеней низкого давления, удешевит трубину и сократит дополнительные потери при ограниченном пропуске пара в ЧНД. Наоборот, если от турбины требуется лишь небольшой отбор пара, то ступени низкого давления рассчитываются на пропуск пара, отвечающий конденсационной работе с полной мощностью, а ступени части высокого давления — на пропуск пара, лишь незначительно превышающий эту величину.

Для турбин с отопительным отбором пара, у которых в летнее время отбор пара существенно сокращается, обычно приходится рассчитывать ступени низкого давления на полный конденсационный пропуск пара. Следует учесть, что при этом несколько повышается давление в конденсаторе, что объясняется, с одной стороны, высокой температурой охлаждающей воды, с другой — большей нагрузкой конденсатора.

Выбор расчетных режимов теплофикационных турбин подробно описан в [2].

Обычно в основу этого выбора закладываются следующие положения.

1. Максимальная конденсационная мощность турбин с ото пительным отбором пара обеспечивается при полном расходе пара через турбину. Это позволяет полностью использовать оборудование ТЭЦ при конденсационном режиме, а в ото пительный период получить дополнительную электрическую мощность, если ограничить тепловую нагрузку. В то же время для турбин с производственным отбором пара, который, как правило, мало меняется в течение всего года, целесообразно, чтобы конденсационная мощность была равна или даже меньше номинальной, а не больше ее, что характерно для турбин с отопительными отборами пара.

  расходы пара в конденсатор невелики, то и технико-экономически целесообразно снизить стоимость конденсаторов и системы водоснабжения. Увеличение выходных потерь при конденсационном режиме, характерном для летнего времени, будет незначительным. Из-за больших отборов и соответственно малых массовых расходов пара в конденсаторе в зимний период сокращение общей кольцевой площади будет благоприятно и но экономичности и по надежности, что рассмотрено в § 7.4. Следует учитывать, что при том же расходе пара, что и в конденсационных турбинах, но и меньшем числе потоков в ЦНД через каждый поток проходит больший массовый расход и последние лопатки испытывают большие изгибающие напряжения.

3. В некоторых энергосистемах, в которых относительная мощность ТЭС невелика, приходится использовать ТЭЦ для регулирования электрической нагрузки. Для этого в отопитель ный период применяются различные способы, требующие сохранения тепловой нагрузки: отключение ПВД со снижением расхода свежего пара; повышение давления отопительного отбора с перепуском части сетевой воды помимо сетевых подогрева гелей в целях сохранения заданной температуры подогрева сетевой воды. Все эти методы, так же как ис пользование свежего пара для подогрева сетевой воды в обвод ЦВД, ведут к снижению экономичности турбоустановки, а в ря де случаев и собственно турбины и, главное, уменьшают удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении (см. § 1.4) и тем самым не используются экономически; весьма большие преимущества комбинированной выработки теплоты и электрической энергии.

  на диаграмме строятся линии постоянной тепловой нагрузки, в общем случае равной

—расход сетевой воды.

Для частного случая одного сетевого подогревателя

—энтальпия насыщения при давлении отбора.

Турбины с регулируемым отбором пара могут выполняться как с промежуточным перегревом, так и без него. Промежуточный перегрев, как было проанализировано в § 1.3, повышает КПД цикла, КПД собственно турбины и надежность ступеней низкого (уменьшается эрозия лопаток ЦНД) и среднего давления (зона насыщения, чреватая неприятностями, вызываемыми коррозией под напряжением, благоприятно сдвигается в область пониженного давления).

МПа отсутствие промперегрева

может привести к недопустимо большой конечной влажности.