Режимы работы конденсационной
Турбины типа Т выпускаются с одним и двумя отопительными отборами. В последнем случае регулируемое давление поддерживается только в одном из двух отборов: в верхнем при включенных обоих отборах и в нижнем при включенном одном нижнем отборе. Турбины типа ПТ выпускаются трех моделей: 1) с одним промышленным и одним отопительным отборами, оба отбора регулируемые; 2) c регулируемыми производственным и двумя отопительными отборами; регулирование давления может поддерживаться одновременно и независимо в производственном и одном из отопительных отборов; 3) с тремя регулируемыми отборами -производственным и двумя отопительными; регулирование может поддерживаться в каждом из отборов. 7.1.1. Турбины с противодавлением Пар с начальными параметрами Ро, tо подводится из котла в турбину (рис.7.1), где расширяется до давления Рn, совершая работу, и направляется к тепловому потребителю П. Для технологических нужд используется пар давлением от 0,4 до 1,8 МПа, для отопления – 0,07… 0.25 МПа. Для турбин с противодавлением характерен режим работы по тепловому графику, когда расход отработавшего пара определяется тепловым потребителем. Развиваемая турбиной без отборов электрическая мощность N э = D п × Но × h oi × h м × h эг , (7.1) где Dп - расход острого пара на турбину, кг/с; Но - располагаемый теплоперепад, кДж/кг; h oi - внутренний относительный КПД; h м - механический КПД; h эг - КПД электрогенератора. Рис.7.1. Принципиальная схема ТЭЦ с турбиной типа Р и конденсационной турбиной типа К: 1 – турбина типа Р с электрогенератором; 2 – турбина типа К с электрогенератором; 3 - потребитель; 4 - редукционно-охладительное устройство (РОУ); 5 – конденсатор; 6, 8 – регулирующие клапаны; 7 – стопорный клапан; 9 -отсечной клапан; 10 - обратный клапан; 11 - предохранительный клапан Процесс расширения пара указан на рис. 7.2. h – S -диаграмма проходит в области перегретого пара, правее х = 1. Как правило, графики потребления тепловой и электрической энергии не совпадают, и турбина с противодавлением, работая изолированно, не может полностью обеспечить потребителей электрической энергией. Поэтому в современных энергетических системах турбины с противодавлением устанавливают параллельно с конденсационными (рис.7.1). Работая по тепловому графику, она покрывает лишь часть электрической нагрузки, а оставшуюся часть покрывают конденсационные турбины. Рис.7.2. Процесс расширения пара в турбине с противодавлением В часы максимальных тепловых нагрузок в линию теплового потребителя добавляется свежий редуцированный пар, если расход пара, требуемый тепловым потребителем, превышает максимальную пропускную способность турбины. РОУ снабжает также теплового потребителя паром в период останова турбины с противодавлением. 7.1.2. Турбины с промежуточным регулируемым отбором пара Большое распространение по сравнению с турбинами типа Р получили теплофикационные турбины с регулируемыми отборами пара для потребителей теплоты. Турбина состоит из двух частей: части высокого давления (ЧВД) - группа ступеней до отбора, части низкого давления (ЧНД) - группа ступеней от отбора до конденсатора (рис.7.3). Рис. 7.3. Принципиальная схема турбины с промежуточным отбором пара: 1 - стопорный клапан; 2, 3 - регулирующие клапаны; 4 - отсечной клапан; 5 - обратный клапан; 6 - предохранительный клапан; 7 – РОУ; 8 – потребитель ПО; 9 - конденсатор Пар, имеющий давление Ро и температуру tо, подводится к турбине через стопорный 1 и регулирующий 2 клапаны и расширяется в ЦВД до давления Рп, которое поддерживается постоянным и определяется тепловым потребителем 8. Пройдя через ЧВД, поток пара Dо разделяется на две части. Одна часть (Dп) через отсечной клапан 4 и обратный 5 клапаны идет к тепловому потребителю 8, другая часть (Dк = Dо – Dп) через регулирующий клапан 3 направляется в ЧНД, где расширяется до давления Рк в конденсаторе 9. Для снабжения паром теплового потребителя в период останова турбины служит РОУ 7. Процесс расширения пара в турбине в h–S- диаграмме показан на рис. 7.4, где даны располагаемые (Н/о и Н//о) и использованные (Н/i и Н//i) теплоперепады соответственно в ЧВД и ЧНД. При изменении расхода пара Dп в отборе можно поддерживать электрическую мощность Nэ неизменной за счет изменения расходов пара Dо в ЧВД и Dк в ЧНД. Рис. 7.4. Процесс расширения пара в турбине с промежуточным отбором пара Аналогично можно при изменении электрической нагрузки Nэ поддерживать постоянным расход пара Gп тепловым потребителям. Таким образом, можно в определенном диапазоне независимо изменять тепловую и электрическую нагрузки. Электрическая мощность турбины Nэ, кВт, с одним регулируемым отбором пара (без учета отбора пара на регенерацию) Nэ = Ni × h м × h эг , (7.2) Тш = Т.ш + Тш .. = Во× (р о - р п)+ Вк (р п - р к) = Во× Р.щ× р ош + + Вк×Р..щ× р.. ош = Вп× (р о - р п)+ Вк (ро - рк) = = Dп× H/o× hоi + Dк×Ho×h оi . (7.3) В связи с многообразием возможных режимов работы в этих турбинах применено сопловое парораспределение. В зависимости от тепловой нагрузки турбина может работать в теплофикационном или конденсационном режиме. Теплофикационный режим характеризуется наличием тепловой нагрузки. В зависимости от ее характера турбина может иметь режим работы по тепловому или электрическому графику. При работе турбины по тепловому графику электрическая мощность определяется тепловой нагрузкой и не может быть изменена без соответствующего изменения теплового потребления. Изменение нагрузки теплового потребителя и мощности турбины обеспечивается органами парораспределения ЧВД. Регулирующие органы ЧНД находятся в неподвижном состоянии. В этом случае возможен режим работы турбины (ЧВД) с противодавлением. При этом через ЧНД пропускается небольшое количество пара для отвода теплоты трения вращающихся элементов ротора. При работе турбины по электрическому графику регулирующие органы ЧНД могут иметь различную степень открытия, ограниченную нижним и верхним пределами по электрической мощности. Нижний предел определяется величиной регулируемого отбора пара, а верхний - максимальным пропуском пара в конденсатор. Конденсационный режим работы турбины будет, когда промежуточный регулируемый отбор пара закрыт, т.е. Dп=0. При всех режимах работы турбины давление пара к потребителю автоматически поддерживается постоянным, не зависящим от мощности турбины и расхода пара. 7.1.3. Применение встроенных пучков в конденсаторах теплофикационных турбин В турбинах с регулируемыми отборами пара применяют схему двух-и трехступенчатого подогрева сетевой воды (рис.7.5). Двухступенчатый подогрев сетевой воды осуществляется в расположенных последовательно подогревателях сетевой воды. Турбина имеет два теплофикационных отбора: верхний и нижний, расходы пара в которых соответственно D1 и D2. В зависимости от положения регулирующего клапана 2 изменяется расход пара D2 и, соответственно, при заданной тепловой нагрузке – расход пара D1. Температура t1 сетевой воды, направляемой тепловому потребителю, определяется давлением пара Р1 верхнего отбора. Нижний отбор пара производится при меньшем давлении Р2, что благоприятно сказывается на экономичности турбинной установки, поскольку мощность, вырабатываемая на базе теплового потребителя, возрастает пропорционально использованному теплоперепаду между верхним и нижним отборами. Для использования теплоты, передаваемой конденсирующимся паром циркуляционной воде в конденсаторе и не используемой в цикле теплоэлектроцентрали, часть охлаждающих трубок конденсатора выделена в специальный теплофикационный встроенный пучок. В трубки этого пучка может подводиться как циркуляционная, так и сетевая вода. Встроенный теплофикационный пучок составляет 15 % общей площади поверхности конденсатора. Применяется для теплофикационных турбин N=50 МВт и выше. Различают следующие режимы работ теплофикационных турбин: 1. На режиме с конденсационной выработкой электроэнергии в основной и встроенный пучки поступает только циркуляционная вода (рис.7.5). На рис. 7.6 штриховыми линиями показан процесс расширения пара в h –S- диаграмме при работе в конденсационном режиме. 2. При работе по тепловому графику подвод циркуляционной воды к основному и встроенному пучкам прекращается. Встроенный пучок охлаждается сетевой или подпиточной водой. Турбина работает в режиме, аналогичном режиму с противодавлением. Регулирующий орган 3 почти закрыт. Вакуум в ЧНД уменьшается. Рис. 7.5. Схема включения встроенного пучка в конденсатор теплофикационной турбины: 1 – стопорный клапан; 2,3 – регулирующие клапаны; 4,5 – нижний и верхний сетевые подогреватели воды; 6,7 – основной и встроенный пучки труб конденсатора Процесс расширения пара в режиме с использованием встроенного пучка показан в h - S -диаграмме сплошными линиями. Для ЧВД турбины режим работы с встроенным пучком связан с увеличением давлений в регулируемых отборах (Р1 > Р/1 и Р2 > Р/2), что снижает мощность, вырабатываемую при расходах пара D1 и D2. Вследствие ухудшенного вакуума в конденсаторе в ЧНД турбины резко уменьшается теплоперепад (Н/02 > >H02), ее ступени работают с меньшим КПД. Может быть режим (рис. 7.6) (линия 1–2), когда потери энергии в ЧНД превышают ее располагаемый перепад, т.е. ступени потребляют мощность. Рис.7.6. Процесс расширения пара в теплофикационной турбине: - - - - – конденсационный режим; _______ –режим с теплофикационным пучком
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаграммы режимов турбин
График зависимости расхода пара от нагрузки называется диаграммой режимов. Для конденсационных и противодавленческих турбин связь между расходом пара D и мощностью N может быть определена уравнением
, (7.4)
где dн- удельный расход пара при номинальной мощности Nн , кг/(кВт×ч),
; (7.5)
Х - коэффициент холостого хода, равный отношению расхода пара турбины на холостом ходу Dхх к расходу пара на номинальной нагрузке Dн, т.е.
Х = Dхх / Dн . (7.6) Для чисто конденсационных турбин Х= 0,1- 0,4, для конденсационных турбин с регулируемым отбором пара
Х= 0,08-0,2, для турбин с противодавлением Х=0,1-0,3;
а =(1-Х)d – коэффициент, характеризующий удельный расход пара при любой нагрузке, кг/(кВтЧч). Если принять а = const, то уравнение (7.4) изобразится прямой АК на диаграмме режимов турбины (рис.7.7).
Для паровых турбин, работающих с промежуточным отбором пара, связь между расходом пара и мощностью носит более сложный характер. В первом приближении для паровой турбины с одним регулируемым отбором пара расход можно определить по формуле
. (7.7)
Здесь Dотб - расход пара на регулируемый отбор;
Y - коэффициент недовыработки мощности паром, отведенным из отбора (этот пар не расширится до давления в конденсаторе и, следовательно, не выработает соответствующей мощности),
(7.8)
где hо, hотб, hк - энтальпии пара перед турбиной, в отборе и в конденсаторе соответственно.
Рис. 7.7. Диаграмма режимов работы турбины
с регулируемым отбором пара
Таким образом, расход пара на турбину с регулируемым отбором увеличивается на величину D, зависящую от нагрузки. Поэтому линии отборов на диаграмме режимов изображаются прямыми, параллельными АК. Если весь пар отбирается (противодавленческая турбина), то расход пара изображается прямой АР. Диаграмма режимов турбины типа Р показана на рис. 7.8.
Рис. 7.8. Диаграмма режимов работы турбины
с противодавлением
7.2.1. Диаграмма режимов турбины с производственным и теплофикационным отборами
Диаграмма выражает следующую зависимость:
(7.9)
где D0 - расход пара на турбину, т/ч;
Nэ - электрическая мощность турбины, МВт;
Dп, Dт - расходы пара в верхнем (производственном) и нижнем (теплофикационном) отборах.
При построении диаграммы режимов турбины с двумя регулируемыми отборами пара она условно заменяется
фиктивной турбиной с одним верхним отбором пара с Dт = =0, а пар направляется в ЧНД турбины и производит там дополнительную мощность
, (7.10)
где Н"i - использованный теплоперепад ЧНД;
к - коэффициент пропорциональности. Тогда, с учетом (7.9), можно записать
Nn = Nф -DNт = f (Do -Dn)-кDт , (7.11)
где Nф = f (Dо-Dп) – мощность, развиваемая фиктивной турбиной при нулевом теплофикационном отборе.
Диаграмма режимов, отвечающая уравнению (7.11), выполнена на плоскости в двух квадрантах (рис.7.9).
Рис. 7.9. Диаграмма режимов работы турбины
с производственным и теплофикационным отборами
Пользоваться диаграммой можно следующим образом. Пусть, например, заданы Nэ, Dп, Dт. Необходимо определить Dо. Сначала из точки А заданной мощности проводят прямую АВ, параллельную ОК, до пересечения с линией постоянного расхода Dт=const..
Отрезок АС изображает дополнительную мощность DNт, выработанную ЧНД за счет дополнительного пропуска пара в количестве Dт. Фиктивная мощность Nф определяется в т. С. По Nф в первом верхнем квадранте определяют искомый расход пара на турбину Dо как ординату т. D пересечения линий Nф = const и Dп = const.
Сверху диаграмма ограничена линиями максимального расхода пара на турбину D0max=const и в производственный отбор Dпmax=const, а также линией DЧСД, характеризующей количество пара, входящее в ЧСД. В нижнем квадранте нанесены ограничительные линии Dп = const.
Они изображают максимально возможный производственный отбор Dпmax. Он определяется из общего парового баланса турбины при условии, чтобы расход пара на выходе из ЧСД не превышал расход теплофикационного отбора на величину, требуемую для охлаждения ступеней ЧНД:
. (7.12)
7.2.2. Диаграмма режимов турбины с двумя
oтопительными отборами пара
Диаграмма режимов (рис. 7.10) строится по методу разделения расхода свежего пара на два потока: теплофикационный Dот и конденсационный Dок.
Соответственно, мощность турбины условно принимается равной сумме Nэ = Nэт + Nкэ , тогда
Dо = fI (Nэт ,t1c) +fII (Nкэ) . (7.13)
Рис.7.10. Диаграмма режимов работы турбины с двумя отопительными отборами
В декартовой системе координат представляются следующие зависимости: во II квадранте зависимость расхода пара на турбину от тепловой нагрузки при работе по тепловому графику 
; в I квадранте 
при работе турбины по тепловому графику, в IV квадранте 
при работе по электрическому графику.
Порядок пользования диаграммой режимов турбины с двумя отопительными отборами следующий:
1. Чтобы определить расход пара и мощности при работе турбины по тепловому графику при известной тепловой нагрузке Qт и температуре сетевой воды t1с ,находят их значения на ломаной линии АВСДЕ (т. С – Dт0, т. Е – N тэ).
2. Определяют расход пара на турбину, работающую по конденсационному режиму, при известной электрической мощности Nэ(т. Ж), тепловой нагрузке Qт и температуре сетевой воды t1с . В начале по п.1 находят мощность NТэ, вырабатываемую теплофикационным потоком пара, а затем Nкэ = Nэ - NТэ, равную отрезку ЕЖ. Далее, проводя из точки Е линию, эквидистантную зависимости 
, в точке И ее пересечения с линией Nэ = const определяют расход конденсационного потока пара D ко (ордината точки И). Тогда расход пара на турбину D о = Dто + D ко.
3. Расход пара на турбину Dко при чисто конденсационном режиме по заданной мощности Nэ (т. Л) определяют по ломаной линии ЛМН.
Режимы работы конденсационной
Установки турбины
Конденсационная установка (рис. 7.11) предназначена для создания разрежения (вакуума) в конденсаторе турбины в целях увеличения срабатываемого теплоперепада и повышения термического КПД паротурбинной установки.
В конденсационную установку входят конденсатор 2, циркуляционный 3 и конденсатный 4 насосы, а также паровой или водяной эжектор для отсасывания воздуха из конденсатора.
В стационарных паротурбинных установках применяются водяные конденсаторы поверхностного типа, позволяющие получать чистый конденсат для питания котлов. Отработавший пар входит в конденсатор сверху. Соприкасаясь с поверхностью трубок, внутри которых протекает охлаждающая вода, пар конденсируется.
Конденсат стекает вниз и из сборника конденсатным насосом подается в поверхностные холодильники парового эжектора, а оттуда через систему регенеративных подогревателей поступает в паровой котел.
Абсолютное давление пара в конденсаторах поддерживается в пределах 3,0-7,0 кПа. Теоретически абсолютное давление в конденсаторе должно быть равно давлению
Рис. 7.11. Принципиальная схема конденсационной установки:
1 - выхлопной патрубок турбины; 2 - конденсатор; 3 - циркуляционный насос; 4 - конденсатный насос; 5 - эжектор; 6 - регулирующий клапан на линии рециркуляции
насыщенного пара, соответствующему конечной температуре охлаждающей воды. В действительности в конденсатор вместе с водяными парами поступает некоторое количество воздуха. Кроме того, воздух проникает через неплотности во фланцевых соединениях конденсатора и трубопроводов, поэтому давление в конденсаторе равно сумме парциальных давлений водяного пара и воздуха. Скопление воздуха ухудшает вакуум в конденсаторе, т.е. увеличивает давление пара за турбиной, что снижает КПД цикла. Поэтому воздух необходимо постоянно удалять, для чего служат эжекторы.
Чаще всего в паротурбинных установках применяются паровые одно-, двух- и трехступенчатые эжекторы. Схема двухступенчатого парового эжектора показана на рис. 7.12.
Рис. 7.12. Схема двухступенчатого эжектора: 1 - эжектор
I cтупени; 2 - холодильник I cтупени; 3 - эжектор II cтупени;
4 - холодильник II ступени
В рабочее сопло подается пар под давлением. Вытекающая из него струя, обладая большой кинетической энергией, увлекает за собой паровоздушную смесь из конденсатора в расширяющуюся насадку диффузора, где кинетическая энергия паровоздушной смеси преобразуется в энергию давления. Далее пар из паровоздушной смеси конденсируется в холодильнике первой ступени. Воздух и несконденсировавшаяся часть пара из холодильника отса-
сываются эжектором второй ступени, к рабочему соплу которого также подается пар. В диффузоре эжектора второй ступени паровоздушная смесь имеет давление, несколько превышающее атмосферное. Эта смесь поступает в холодильник второй ступени, где пар конденсируется, а паровоздушная смесь выходит в атмосферу.
Уравнение теплового баланса конденсатора (без учета потерь в окружающую среду)
, (7.14)
где Dк - количество пара, поступившего в конденсатор, кг/с;
hп, hк - соответственно энтальпии пара и конденсата, кДж/кг, на входе и выходе из конденсатора;
GW – расход охлаждающей воды, кг/с;
СpW - теплоемкость воды, СpW =4,183 кДж/(кгЧК);
t/w, t//w - температуры охлаждающей воды на входе и выходе из конденсатора соответственно, 0С.
Отношение 
(7.15)
называется кратностью охлаждения. Оно показывает, сколько килограммов воды расходуется на конденсацию
1 кг пара. Обычно кратность охлаждения в одноходовых поверхностных конденсаторах составляет 80-120 кг/кг, а в двухходовых - 60-70 кг/кг.
Вакуум в конденсаторе определяется температурой насыщения конденсирующегося пара:
, (7.16)
где dt - недогрев охлаждающей воды до температуры насыщения, или температурный напор в конденсаторе.
Подставив в это уравнение значение 
из (7.15), получим
. (7.17)
Таким образом, глубина вакуума, прежде всего, зависит от температуры охлаждающей воды и кратности охлаждения m.
Температура охлаждающей воды t/w определяется географическим местонахождением водного источника и принятой системой водоснабжения. Для прямоточной системы водоснабжения (река, пруд-охладитель) t/w=10ё25 оС, а для оборотного водоснабжения (градирня, брызгальный бассейн) t/w = 20ё35 оС. Летом вакуум в конденсаторах уменьшается, так как средняя температура циркуляционной воды выше, чем зимой.
Для откачки конденсата из конденсатора турбины служит центробежный насос. Он откачивает конденсат с температурой 30-40 оС, преодолевая при этом действие глубокого вакуума в конденсаторе (3ё7 кПа). Напор на всасе насоса перед его лопастями определяется выражением, м,
, (7.18)
где рк – давление в конденсаторе, Па;
Нпод – подпор на всасывающей стороне насоса (расстояние от оси ротора насоса до уровня конденсатора в нижней части конденсатора), м;
c2 - напор, необходимый для создания скорости воды в трубопроводах до всасывающего патрубка, м;
Dhтр - потеря напора во всасывающей линии, м.
Поскольку давление в конденсаторе и величина подпора очень малы, то давление перед лопастями насоса немного больше давления насыщения, соответствующего данной температуре. Таким образом, понижение уровня в конденсаторе или повышение температуры конденсата может привести к кавитации насоса.
Для обеспечения требуемого расхода конденсата через систему необходимо равенство полного напора, развиваемого насосом, сопротивлению сети (рабочая т. А, рис.7.13).
Задача регулирования состоит в том, чтобы обеспечить соответствие между напором насоса и сопротивлением сети при любой подаче левее точки А на характеристике. Наиболее простой способ регулирования подачи насоса заключается в изменении величины подпора на всасывании за счет изменения уровня в соответствии с требуемой производительностью.
Рис.7.13. Характеристики конденсатного насоса
и системы регенеративного подогрева
Это равносильно введению сопротивления на всасывающей линии насоса. При снижении нагрузки турбины в конденсатор будет поступать меньшее количество пара, произойдет снижение уровня конденсата, а следовательно, и подпора. Работа насоса при этом будет проходить по кавитационной характеристике Ннк (т.В) .
Широкое распространение получил комбинированный способ регулирования уровня в конденсаторе. При этом способе регулятор уровня последовательно управляет двумя регулирующими клапанами: дроссельным клапаном на линии подачи конденсата в деаэратор и клапаном на линии рециркуляции. По мере снижения нагрузки регулятор прикрывает дроссельный клапан на нагнетании, вводя дополнительное сопротивление DНдр (рис.7.13). Клапан рециркуляции начинает открываться только при снижении нагрузки турбины ниже определенного значения. При этом увеличение подачи конденсата через линию рециркуляции равно снижению расхода через дроссельный клапан. В связи с этим расход конденсата через охладители эжекторов поддерживается постоянным.
Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 1294; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!