Теплоты и электрической энергии
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 GП 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
Диаграмма режимов турбины типа Р, выражающая зависимость G0=f(NЭ, pп) расхода свежего пара от электрической мощности и противодавления рп, показана на рис. 16.3.
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 (Nэ = 0) при холостом ходе турбоагрегата, когда энергия пара, поступающего в турбину в количестве Gх.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 рп будет постоянным. При изменении расхода Gп 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.
Рис. 16.4. Принципиальная схема установки Рис. 16.5. Процесс расширения водяного пара
с турбиной, имеющей в h,s- диаграмме для турбины
Рис. 16.6. Диаграмма режимов турбины Т с регулируемым отбором пара
Если допустить повышение давления пара перед ЧНД (в регулируемом отборе), то через нее можно пропустить больший расход пара и даже при конденсационном режиме достигнуть максимальной мощности Nмакс, на которую рассчитан электрогенератор. В диаграмме режимов при пропуске пара G20=0,4G10, которому соответствует линия a11b11, регулирующие клапаны ЧНД (или поворотные диафрагмы) откроются полностью и дальнейшее увеличение расхода через ЧНД достигается за счет роста давления пара в камере регулируемого отбора.
Для определения расхода отбираемого пара в произвольном режиме (точка А на рис. 16.6) выполняется следующее построение. Точка А в диаграмме определяет расход свежего пара в турбину для заданного режима (G1=Go). Проведя через точку А линию постоянного пропуска пара в ЧНД, найдем на пересечении линии АВ с линией конденсационного режима точку В, которая позволяет определить пропуск пара G2 в ЧНД. Расход отбираемого пара находится как разность Gп=G1-G2. Линии режимов турбины с постоянным расходом отбираемого пара Gп=const на диаграмме представлены тонкими сплошными линиями. Иногда в диаграммах вместо Gп (Gт) строятся линии постоянной тепловой нагрузки Qт=Gсв(hпр-hоб), определяемой по значениям энтальпий прямой (hпр) и обратной (hоб) сетевой воды, проходящей через сетевой подогреватель.
Представляемые турбины выполняются как с промежуточным перегревом пара, так и без него. Выигрыш от промперегрева здесь меньше, чем у конденсационных турбин, так как он определяется по отношению к характеристикам ЦНД, среднегодовой расход пара через который в турбинах с регулируемым отбором меньше. Для турбин с производственным отбором пара, который мало меняется в течение всего года, целесообразно, чтобы конденсационная мощность была равна номинальному значению, а не больше ее, что характерно для турбин с отопительными отборами пара. Размеры последней ступени ЧНД таких турбин при прочих равных условиях меньше, чем у конденсационных, так как турбоустановки с теплофикационными турбинами, устанавливаемые обычно в черте города, имеют при оборотном водоснабжении конденсатора повышенную температуру охлаждающей воды и, соответственно, повышенное давление в конденсаторе.
На последней странице этой лекции приводится упрощенная диаграмма режимов, которую будем использовать при решении задач на практических занятиях. Её необходимо распечатать и принести на практические занятия.
Рис. 16.8. Диаграмма режимов работы турбины ПТ-60/70-12,8/1,3 ЛМЗ
Диаграмма выражает зависимость между мощностью турбины Nэ, расходом пара на турбину G0, расходами пара в верхний (производственный) Gп и нижний (теплофикационный) Gт отборы. При построении диаграммы режимов турбины с двумя регулируемыми отборами пара условно она заменяется фиктивной турбиной с одним верхним отбором пара. Теплофикационный отбор принимается равным нулю, а пар направляется в ЧНД турбины и производит там дополнительную мощность ΔNт.
Диаграмма режимов может быть выполнена на плоскости в двух квадрантах следующим образом. В верхнем квадранте строится зависимость G0 = f (Nэ.усл., Gп), которая выражает диаграмму режимов условной турбины при работе с нулевым расходом пара в отопительный отбор. В нижнем квадранте строится сетка параллельных прямых, связывающих нижний отопительный отбор Gт с дополнительной мощностью ΔNт. Кроме того, здесь же наносятся ограничительные линии Gп = const. Пример пользования ею для определения расхода свежего пара рассматривается при электрической мощности Nэ=42,5 МВт с теплофикационным отбором пара GТ=80 т/ч и производственным отбором Gп=100 т/ч. Из точки А проводится наклонная прямая АВ до горизонтали, отвечающей отбору GТ=80 т/ч. Далее из точки В проводится вертикальная линия ВСD до наклонной линии, отвечающей производственному отбору Gп=100 т/ч. После этого из точки D проводится горизонталь DE и на правой шкале диаграммы определяется расход свежего пара G0=255 т/ч.
Рис. 1.10. Диаграмма режимов турбины Т-180/220-12,8 ТМЗ
Таблица 16.1. Основные параметры и показатели теплофикационных турбин
| Показатель | Турбины АО «ТМЗ» | Турбины АО «ЛМЗ» | |||||||
| Т –250/300-23,5-3 | Т –175/210-12,8 | Т –110/120-12,8 | ПТ –135/165-12,8/1,45 | ПТ –50/60-12,8/0,7 | Т – 50/60- 12,8 | Т –180/215-12,8-2 | ПТ –80/100-12,8/1,3 | ПТ –60/75-12,8/1,3 | |
| Мощность, МВт: - номинальная - максимальная Начальные параметры: - давление, МПа - температура, оС Параметры после промперегрева: - давление, МПа - температура, оС Давление пара в регулируемом отборе, кПа: - верхнем - нижнем Тепловая нагрузка, ГДж/ч Производственный отбор, кг/с Температура питательной воды, оС Давление пара за турбиной, кПа Расход охлаждающей воды в конденсатор,т/ч Максимальный расход свежего пара, кг/с Схема проточной части - ЦВД - ЦСД - ЦНД Длина рабочей лопатки последней ступени, мм Средний диаметр последней ступени, м Удельный расход пара, кг/(кВт×ч) Удельный расход теплоты, кДж/(кВт×ч) | 23,5 3,68 59-196 49-147 - 5,8 1р+11 11+6 2х3 2,39 3,6 | 12,8 - - 50-290 49-196 - 5,0 1р+11 2х3 2,28 4,25 | 12,8 - - 59-245 49-196 - 5,6 2р+8 2х3 1,915 4,3 | 12,8 - - 59-245 39-117 - 6,2 1р+12 - 2,28 5,55 | 12,8 - - 50-245 50-200 88,9 5,4 - 83,3 2р+8 - 5,48 - | 12,8 - - 50-245 49-196 32,8 5,1 73,6 1р+8 - - 4,9 - | 12,8 2,49 59-196 49-147 - 6,27 1р+11 2х4 2,205 3,65 - | 12,8 - - 49-245 29-98 51,3 - 1p+16 1p+9 1p+2 2,0 3,6 - | 12,8 - - - 70-120 - 38,9 - - - 1p+16 1p+8 1h+3 - - - |
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 GП 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
Диаграмма режимов турбины типа Р, выражающая зависимость G0=f(NЭ, pп) расхода свежего пара от электрической мощности и противодавления рп, показана на рис. 16.3.
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 (Nэ = 0) при холостом ходе турбоагрегата, когда энергия пара, поступающего в турбину в количестве Gх.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 рп будет постоянным. При изменении расхода Gп 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.