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 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

 

Диаграмма режимов турбины типа Р, выражающая зависимость G₀=f(N_Э, p_п) расхода свежего пара от электрической мощности и противодавления р_п, 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 (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.

 

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 N^{мак с}, на которую рассчитан электрогенератор. В диаграмме режимов при пропуске пара G ₂₀=0,4 G ₁₀, 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 (G ₁= G _o). 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 G ₂ в ЧНД. Расход отбираемого пара находится как разность G _п= G ₁- G ₂. Линии режимов турбины с постоянным расходом отбираемого пара G _п=const на диаграмме представлены тонкими сплошными линиями. Иногда в диаграммах вместо G _п (G _т) строятся линии постоянной тепловой нагрузки Q _т= G _св(h_пр-h_об), определяемой по значениям энтальпий прямой (h_пр) и обратной (h_об) 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 N_э, расходом пара на турбину G₀, расходами пара в верхний (производственный) G_п и нижний (теплофикационный) G_т 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 ΔN_т.

Диаграмма режимов может быть выполнена на плоскости в двух квадрантах следующим образом. В верхнем квадранте строится зависимость G₀ = f (N_э.усл., G_п), 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 G_т с дополнительной мощностью ΔN_т. Кроме того, здесь же наносятся ограничительные линии G_п = const. Пример пользования ею для определения расхода свежего пара рассматривается при электрической мощности N_э =42,5 МВт с теплофикационным отбором пара G _Т=80 т/ч и производственным отбором G _п=100 т/ч. Из точки А проводится наклонная прямая АВ до горизонтали, отвечающей отбору G _Т=80 т/ч. Далее из точки В проводится вертикальная линия ВСD до наклонной линии, отвечающей производственному отбору G _п=100 т/ч. После этого из точки D проводится горизонталь DE и на правой шкале диаграммы определяется расход свежего пара G ₀=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 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

 

Диаграмма режимов турбины типа Р, выражающая зависимость G₀=f(N_Э, p_п) расхода свежего пара от электрической мощности и противодавления р_п, 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 (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.