5.4. Тепловая схема паротурбинной установки
При производстве электроэнергии паровая турбина прямой и обратной связью связана с котлом. Схема, на которой показаны основные пароводяные потоки, называется принципиальной тепловой схемой энергоустановки. Энергоустановка, работающая по циклу «котел - турбина – котел» без связей с соседними энергоустановками, называется энергоблоком. Если котел выдает пар на общий паропровод для нескольких турбин, то в этом случае тепловая схема энергоустановки называется с поперечными связями. На рис.5.8 показана принципиальная тепловая схема энергоблока с трехцилиндровой паровой турбиной.
При работе энергоустановки с особой тщательностью контролируют параметры пара перед турбиной, т.е. параметры свежего пара Do, po, to , а также промежуточного пара Dпп, pпп, tпп. Параметры промежуточного перегретого пара при выборе тепловой схемы составляют: Dпп = Do - Doт1; pпп = (0,15 ÷ 0,2) po; tпп = to.
Тепловую схему энергоблока можно представить в виде отдельных систем и элементов.
- Собственно турбинная установка, состоящая из трех частей – цилиндров 7, 8, 9 (рис.5.8), системы смазки, регулирования и т.д..
- Конденсационная установка включает в себя конденсатор 11, конденсатный насос 15, эжекторы 17, циркуляционные насосы 14 и др.
Рис.5.8. Принципиальная тепловая схема энергоустановки.
1 – экономайзер котла; 2 – испарительные поверхности нагрева; 3 – пароперегреватель; 4 - котел; 5 – промежуточный пароперегреватель; 6 – отбор пара на эжекторы и уплотнения; 7 – часть высокого давления (ЧВД); 8 – часть среднего давления (ЧСД); 9 – часть низкого давления (ЧНД); 10 – электрогенератор; 11 – конденсатор; 12 – сетевые подогреватели; 13 – сетевой насос; 14 - циркуляционный насос; 15 – конденсатный насос; 16 – подача пара на эжектор; 17 – эжектор; 18 – сальниковый подогреватель; 19 – дренажный насос; 20 – пар из уплотнений; 21, 22, 23, 24 – подогреватели низкого давления: ПНД-1, ПНД-2, ПНД-3, ПНД-4 соответственно; 25 – каскадный слив конденсата; 26 – деаэратор; 27 – редукционно-охладительное устройство; 28 – питательный насос; 29, 30, 31 – подогреватели высокого давления: ПВД-1, ПВД-2, ПВД-3 соответственно; 32 – защитные обратные клапана.
- Система регенерации паротурбинной установки состоит из подогревателей низкого давления: ПНД-1 (21, рис.5.8), ПНД-2 (22), ПНД-3 (23), ПНД-4 (24), деаэратора 26, питательного насоса 28, системы подогревателей высокого давления: ПВД-1 (29), ПВД-2 (30), ПВД-3 (31).
- Система сетевых подогревателей 12, которые конструктивно выполнены также как и подогреватели низкого давления.
5.5. Турбина
Современные паровые турбины выполняются из трех частей: ЧВД, ЧСД, ЧНД. Каждая из этих частей с активными ступенями давления отличается конструктивно.
В части высокого давления происходит расширение пара от давления 24 МПа до 3,0 – 3,5 МПа и от температур 545 0С до 300 – 340 0С. Большие давления требуют толстостенного выполнения корпуса, а перепад температур – продуманную систему расширения металла турбины. При этом приходится учитывать, что ротор турбины удлиняется и быстрее и на бόльшую длину, чем корпус. Конструктивно корпус выполняется так, чтобы разность температур между соседними точками, как при работе, так и при пусках – остановах не превышала 40 – 50 оС. Для этого сопловые и направляющие решетки в диафрагмах набираются в обоймы по 4 – 5 штук в одной. Степень реактивности в ступенях ЧВД не превышает 1 – 2 %. Метал ЧВД выполняется из легированной стали.
Часть среднего давления характеризуется изменением давления от 3 МПа до давлений примерно равного атмосферному. Изменения температур в ЧСД примерно такие же как и в ЧВД от 545 0С до 300 – 340 0С. Поэтому для предотвращения возможности термических напряжений металла диафрагмы сопловых и направляющих решеток здесь также набираются в обоймы. Корпус выполняется меньшей толщины и из углеродистой стали. Степень реактивности также как и в ЧВД равна 1 – 2 %. Поэтому, чтобы компенсировать осевые усилия от давления пара, в современных турбинах поток пара направляется в противоположные стороны, как показано на рис.5.9,а.
Корпус части низкого давления выполнен из простых металлоконструкций. Основное для ЧНД – это компенсировать осевые усилия, так как степень реактивности для последних ступеней доходит до 20 – 30 %. Поэтому при делении ЧНД на потоки их направляют в противоположные стороны, как показано на ри.5.9, б.
Рис.5.9. Конструктивные схемы подвода пара в ЧВД и ЧСД (а) и ЧНД (б).
1 – выход пара из ЧВД на промперегрев; 2 – ЧВД; 3 – подвод свежего пара в ЧВД; 4 – подвод пара от промперегрева в ЧСД; 5 – ЧСД; 6 – ЧНД; 7 – подвод пара в ЧНД; 8 – отвод пара из ЧНД.
Расширение турбины выполняется достаточно сложно. Корпуса (ЧВД, ЧСД, ЧНД) скользят при расширении от конденсатора вперед. Роторы (ЧВД, ЧСД, ЧНД) турбины расширяются от упорного подшипника, который расположен в основном впереди, назад.