6.3 Турбины с регулируемым отбором пара и противодавлением

Втех случаях, когда необходимо одновременно снабжать тепло­вых потребителей паром двух различных давлений, например для отопительных и промышленных целей, на ТЭЦ могут быть установлены турбины ПР с отбором и противодавлением или турбины ПТ с двумя регулируемыми отборами.

Схема турбины с противодавлением и регулируемым отбором пара показана на рис.6.4.

Рис 6.4 Схема турбины с противодавлением и одним регулируемым отбором пара:

1,3-части высокого и низкого давления, 2-регулирующий клапан, 4-конденсационная турбина, 5,6—тепловые потребители

Пар, имеющий давление р₀ и темпера­туру t₀, подводится к турбине и расширяется в ее ЧВД 1 до давления р_п, необходимого тепловым потребителем. Затем поток пара разделяется: часть пара D_n направляется к одно­му тепловому потребителю 6, а остальная D_т через регулиру­ющие клапаны 2 проходит в ЧНД 3, где расширяется до давления р_т, необходимого другому тепловому потребите­лю 5 (чаще всего это системы отопления и горячего водоснаб­жения).

Мощность турбины ПР, как и турбины Р, зависит от на­грузки тепловых потребителей. Поскольку турбина ПР мо­жет быть использована рацио­нально лишь при работе по тепловым графикам обоих потреби­телей теплоты, параллельно ей должна быть включена конден­сационная турбина 4, компенсирующая колебания электрической нагрузки.

Недостатком турбин ПР, как и турбин Р, является неполное использование электрического оборудования в периоды сокра­щенного теплового потребления.

6.4 Турбины с двумя регулируемыми отборами пара

Недостатки паротурбинных установок, использующих турбины с регулируемым отбором пара и противодавлением, связаны с тем, что электрическая мощность в них зависит от нагрузки тепловых потребителей, и в значительной мере устра­няются при использовании на ТЭЦ турбин с двумя регулируемы­ми отборами пара. Схема такой турбины показана на рис.6.5, а.

Рис 6.5 Схема турбины с двумя регулируемыми отборами (а) и h,s-диаграмма процесса расширения пара в ней (б):

1,2,3-части высокого, среднего и низкого давления, 4-конденсатор,

5,6-тепловые потребители

Турбина имеет три части: высокого 1 (ЧВД); среднего 2 (ЧСД) и низкого 3 (ЧНД) давлений, между которыми осуществляется промышленный (давление р_п) и теплофикационный (давление р_т) регулируемые отборы пара.

Поток пара D_o, имеющий параметры р₀ и t_o, расширяется в ЧВД до давления р_п. При этом давлении часть пара D_n отбирает­ся промышленным тепловым потребителем 6, а часть пара D_o— D_п проходит через регулирующие клапаны в ЧСД, где расширяется от давления отбора р_т. При этом давлении производится второй отбор, из которого часть пара D_T направляется теплофи­кационному потребителю 5, а остальной D_o—D_n—D_т = D_к через регулирующие органы поступает в ЧНД, а затем расширяется в конденсаторе до давления р_к. Процесс расширения пара в h,s-диаграмме показан на рис.6.5,б.

Режим турбины с двумя регулируемыми отборами пара опре­деляется ее мощностью Р_э, расходами пара, направляемого про­мышленному D_n и теплофикационному D_т потребителям, и рас­ходом пара D_o в ЧВД. Графически зависимости между этими ве­личинами изображаются на диаграмме режимов, так же как для турбины с одним регулируемым отбором пара.

Однако в турбине с одним отбором пара диаграмма режимов изображает взаимную зависимость между тремя величинами D₀, D_n и Р_э и поэтому может быть представлена поверхностью в трехмерном пространстве или, как показано на рис.6.3, сеткой кривых, которые можно рассматривать как линии пересечения этой поверхности с плоскостями постоянного расхода пара D_n=const. Для турбины с двумя регулируемыми отборами пара так изобразить диаграмму режимов на плоскости невозможно, так как число переменных не три, а четыре.

Рис 6.6 Зависимость мощностей частей высокого, среднего и низкого давления турбины с двумя регулируемыми отборами от расхода пара

Для построения диаграммы режимов турбины с двумя отбо­рами пара вначале определяют зависимость мощности, развива­емой каждой частью турбины, от расхода пара. Выполнив рас­чет переменного режима и предполагая, что перед ЧСД и ЧНД состояние пара сохраняется неизменным, определяют зависи­мость электрической мощности от расхода пара P_э=f(D) для каждой из трех частей турбины. В качестве примера на диа­грамме, показанной на рис.6.6, для турбины с двумя регулиру­емыми отборами построены эти зависимости, причем мощности отдельных частей подсчитаны в долях от номинальной мощности всей турбины, а расход пара — в долях от его расчетного расхода через ЧВД. Если предположить, что отбор пара низкого давления не производится и через ЧНД мо­жет быть пропущен весь пар, по­ступающий в ЧСД, суммарная мощность ЧСД и ЧНД может быть представлена линией ае. Зная зависимость мощности ЧВД и суммарной мощности ЧСД и ЧНД от расходов пара че­рез них, можно построить диаграмму режимов турбины с одним (промышленным) отбором, как это, например, сделано в пра­вой части рис. 6.7.

Рис 6.7 Диаграмма режимов турбины с двумя регулируемыми отборами пара

Таким образом, правая часть рис.6.7 представляет собой диа­грамму режимов турбины с одним отбором пара, в которой его расход через ЧНД равен расходу через ЧСД. В левой части рис.6.7 линия ad представляет собой зависимость мощности ЧНД от расхода пара.

Пользуясь диаграммой, показанной на рис.6.7, можно для турбины с двумя регулируемыми отборами найти расход пара при заданной мощности и заданных расходах в отборы. Пусть зада­ны Р_э, D_n и D_т и надо определить расход пара D_o.

Допустим, что поток пара D_T направляется через ЧНД в кон­денсатор турбины. Тогда, работая в ЧНД, этот пар выработал бы дополнительную мощность Р_э^III и мощность турбины составила Р_э^I = Р_э + Р_э^III. Увеличение суммарной мощности турбины может быть найдено по диаграмме, если от точки А, соответствующей заданной мощности, провести линию АВ, параллельную линии ad, до пересечения в точке В с линией заданного расхода пара D_T. При этом отрезком АС будет определяться дополнительная мощ­ность, выработанная в ЧНД в результате дополнительного расхода пара D_т через ЧНД. Таким образом, отказываясь от отбора пара D_т и направляя этот отбор в ЧНД, мы получили бы от тур­бины увеличенную мощность, определяемую на диаграмме точ­кой С, и одновременно перевели бы турбину на работу с одним регулируемым отбором пара.

Приняв этот фиктивный режим работы турбины, и пользуясь правой частью диаграммы, показанной на рис.6.7, можно определить суммарный расход пара через турбину при заданном его расходе D_n первого отбора — точка Е.

Таким образом, используя диаграмму, заменяют режим тур­бины с двумя отборами пара некоторым фиктивным режимом, при котором его расходы через ЧВД и ЧСД остаются такими же, как при действительном режиме, а расход через ЧНД увеличива­ется на количество второго отбора. Связанное с увеличением рас­хода пара через ЧНД увеличение мощности турбины определя­ют по вспомогательной диаграмме в левой части рис.6.7.

Расход пара второго отбора не может быть произвольным и его максимальное количество (без учетa регенеративных отбо­ров)

, (6.1)

где — наименьший допустимый расход пара через ЧНД (кон­денсатор).

Поэтому второй отбор может быть выбран произвольно лишь в пределах от нуля до D_т^max.

Начальные параметры пара t_o и р_о, а также его давления в отборах р_п и р_т могут отклоняться от расчетных значений. В этом случае мощность турбины отличается от мощности, по­лученной по диаграмме режимов, и определяется с помощью спе­циальных поправочных коэффициентов.

Турбины с двумя регулируемыми отборами пара получили распространение на ТЭЦ, строящихся в районах крупного промышленного потребления теплоты. В этих районах необходим как пар высокого давления для промышлен­ных целей, так и пар низкого давления для отопления и горяче­го водоснабжения предприятий и прилегающих к ним жилых рай­онов.