Переменные режимы работы паровых турбин

При проектировании и изготовлении турбин размеры решеток и ступней рассчитывают для одного режима.

Турбины, работающие в достаточно широком диапазоне изменения нагрузки, проектируются обычно так, что экономическая мощность (нагрузка) N_эк равна 0,8 – 0,9 от номинальной мощности, которую турбина может развивать в течение длительного времени. Такая мощность называется номинальной. Мощные турбины, которые предполагается эксплуатировать при полной нагрузке в течение длительного времени, имеют N_эк = (0,9- 1,0) N_ном.

Однако при эксплуатации какой-то отрезок времени турбины работают с изменяющимися расходами пара и нагрузками в границах, обусловленных холостым ходом и максимальной мощностью турбогенератора. В то же время такие параметры, как давление и температура перегретого пара, вакуум в конденсаторе, обычно колеблются в относительно небольших пределах.

Потребление электрической и тепловой энерги изменяется во времени: в течение суток, месяца, года. Соответственно суточные, месячные, годовые графики электрической нагрузки неравномерны, и поэтому паровые турбины работают с максимально возможными расходами пара как в часы утреннего и вечернего максимумов, так и со значительно уменьшенными расходами в часы ночных минимумов нагрузок. Изменение расхода вызывает изменение его параметров до и после ступени, которые, в свою очередь, приводят к изменению режима её работы. При этом изменяются теплоперепады, скорости, степени реак-

тивности и КПД ступеней, а также напряжения в деталях турбин.

Если пересечение характеристики насоса с характеристикой сети будет происходить на вертикальном участке (кривая Н’_нк, точка С), то работа насоса становится неустойчивой: происходят резкие колебания напора с полным прекращением подачи, появляются гидроудары.

При повышении уровня характеристика сети перемещается эквидистантно вверх в новое положение Н’_с, давая новую рабочую точку Д, которая не находится на вертикальном участке кавитационной характеристики. Это также способствует расширению диапазона устойчивой работы (саморегулированию) насоса. Диапазон устойчивой работы можно увеличить также за счет дросселирования на нагнетании (кривая Н_с, т.Е).

Определить диапазоны устойчивой работы насосов на «саморегулировании» на основании технических характеристик насосов не представляется возможным. Поэтому на конденсаторах турбин предусматривается установка регуляторов уровня и рециркуляции конденсата. Дело в том, что при низкой нагрузке количество образующегося и откачиваемого насосами конденсата недостаточно для охлаждения эжекторов. Поэтому часть конденсата, отбираемого после эжекторов, направляется по линии рециркуляции обратно в конденсатор, предотвращая «запаривание» эжекторов и снижение вакуума в конденсаторе турбины. В качестве импульса для регулятора рециркуляции используется перепад давлений основного конденсата на регенеративном подогревателе или охладителе эжекторов, температура паровоздушной смеси за охладителем эжекторов и др.

Рециркуляция используется также для регулирования уровня в конденсаторе. Регулятор в этом случае получает импульс по уровню и управляет клапаном на линии рециркуляции, увеличивая при снижении нагрузки количество конденсата, возвращаемого в конденсатор.

Изменения давления в регенеративных отборах, вызванных изменением нагрузки турбогенератора, в первом приближении определяются в соответствии с формулой Флюгеля:

, (7.19)

где Р^/_отб , Д_т^/ и Т_отб^/ – давление, расход пара и температура соответственно в новом режиме;

Р_отб , Д_т и Т_отб – давление, расход пара и температура соответственно в номинальном режиме.

На рис. 7.15 представлены зависимости между нагрузкой турбины и расходом пара. ОВ - условная прямая, по которой видно, что изменение расхода пара прямо пропорционально изменению нагрузки при условии, что КПД оставался бы неизменным.

Рис.7.15. Зависимость между нагрузкой турбины

и расходом пара: ______- при сопловом регулировании;

---------- - при дроссельном регулировании

Однако КПД турбины ухудшается при уменьшении нагрузки, поэтому действительный расход пара изменяется, как показано линиями АВ и А^/В. Точки А и А^/ здесь соответствуют расходу пара на холостом ходу, т.е. при полезной нагрузке, равной нулю. Этот расход пара составляет в конденсационных турбинах до 4 % и в турбинах с противодавлением -до 30 % от расхода при полной нагрузке.

При работе турбины на холостом ходу мощность холостого хода обусловлена вентиляционными, механическими и другими потерями. В т. В линии совпадают.

Это наиболее выгодный режим работы турбины при так называемой экономической нагрузке, при которой КПД достигает максимального значения. Справа от т.В кривая расхода пара снова отклоняется вверх в связи с уменьшением КПД при увеличении нагрузки сверх N_эк. С увеличением нагрузки и удельный расход пара d будет постепенно уменьшаться и достигнет максимального значения в т. С, соответствующей N_эк , потом снова начинает увеличиваться.

На рис.7.15 видно, что при дроссельном регулировании расход пара на холостом ходу больше (т. А), чем при сопловом парораспределении. Это обусловлено большими потерями на дросселирование пара паровпускным клапаном, который находится в приоткрытом состоянии.

Такие кривые часового и удельного расхода пара возможны только в идеальном случае, при бесконечном числе регулирующих клапанов. В действительности (например, при 4 регулирующих клапанах) и только при определенных нагрузках (например, 1/4, 1/2 , 3/4 и 1 от N_эк) все соответствующие данной нагрузке клапаны полностью открыты, и действительная кривая расхода пара при сопловом парораспределении будет иметь вид, подобный изображенному на рис.7.16.

Рис. 7.16. Кривая полного расхода пара при сопловом

регулировании

При всех промежуточных значениях нагрузки открывающийся последним клапан оказывает дросселирующее воздействие вследствие неполного открытия, что связано с дополнительным ухудшением КПД. Соответственно, кривая удельных расходов пара имеет вид, подобный изображенному на рис. 7.17.

Рис.7.17. Кривая удельного расхода пара

при сопловом регулировании

На основании изложенного при распределении нагрузок между работающими в параллель турбоагрегатами необходимо нагружать их таким образом, чтобы у каждой из турбин все действующие регулирующие клапаны были открыты полностью, т.е. увеличение или уменьшение нагрузки проходило ступенями, соответствующими точкам рис. 7.15 и рис. 7.16.

Необходимо не производить частичное открытие клапанов во избежание дросселирования пара. Такой режим работы турбоагрегатов позволит снизить удельный расход пара.

Влияние изменения параметров пара на работу турбины.При нормальной эксплуатации котельного цеха колебания давления и температуры перегретого пара перед турбиной обычно невелики и, казалось бы, не имеют существенного значения. Однако это не так, понижение давления и температуры перегретого пара даже на небольшую величину от номинальных значений при неизменном давлении за турбиной приводит к уменьшению располагаемого теплоперепада, а следовательно, к увеличению расхода пара:

d_е = 3600 / z _ое× H_o , (7.20)

где Н_о – располагаемый теплоперепад, кДж/кг;

z _ое – относительный эффективный КПД турбины;

3600 – тепловой эквивалент электрической энергии

(1 кВт× ч = 3600 кДж).

Следовательно, для того чтобы мощность N_эл , развиваемая турбиной, осталась при этом постоянной, необходимо соответственно увеличить расход пара.

Повышение давления и температуры пара вызывает уменьшение удельного расхода пара. Однако повышение параметров пара сверх номинальных может вызвать опасные для турбины напряжения в деталях и послужить причиной аварий лопаточного аппарата. Поэтому в инструкциях по эксплуатации точно указываются предельные нормы временных отклонений параметров пара от номинальных.

Изменение конечного давления пара. Лопатки последних ступеней конденсационной турбины (ЧНД) рассчитываются на определенный объемный пропуск пара с определенными скоростями движения. Понижение давления пара в конденсаторе (углубление вакуума) приводит к повышению теплоперепада и одновременно к увеличению удельного объема отработавшего пара. Если поддерживать постоянным массовый расход пара через последние ступени турбины и понижать давление, то оказывается, что при некотором давлении (вакууме) в конденсаторе увеличение мощности турбины за счет увеличения теплоперепада сравнивается с потерей мощности за счет увеличения потерь с выходной скоростью пара из последней ступени. Значение этого давления (вакуума) в конденсаторе называется предельным.

Однако понижение давления в конденсаторе требует уменьшения температуры и увеличения расхода охлаждающей воды, т.е. сопровождается увеличением расхода энергии на собственные нужды. То значение вакуума, при котором повышение полезной мощности установки будет равно увеличению мощности на привод циркуляционных насосов, называется экономическим, или оптимальным, вакуумом. С этим вакуумом и нужно стремиться работать при эксплуатации оборудования. Оптимальный вакуум определяют экспериментально или посредством расчетов и графических построений.

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите типы турбин комбинированной выработки тепловой и электрической энергии.

2. Поясните особенности принципиальной схемы ТЭЦ с турбиной типа Р и К.

3. Объясните работу турбины с промежуточным теплофикационным регулируемым отбором пара в схеме ТЭЦ.

4. Поясните назначение и работу встроенного пучка в конденсаторе теплофикационной турбины в схеме многоступенчатого подогрева сетевой воды.

5. Объясните диаграмму режимов работы турбин с регулируемым отбором пара, с производственным и теплофикационным отбором, с двумя отопительными отборами.

6. Как осуществляется поддержание вакуума в конденсаторе турбины?

7. Как изменяется давление в теплофикационном отборе при изменении нагрузки турбогенератора?

Дата добавления: 2018-10-26; просмотров: 941; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!