Общая энергетика

зубчатые редукторы. В отличие от стационарных ПТ (кроме турбовоздуходувок) судовые ПТ работают с переменной частотой вращения, определяемой необходимой скоростью хода судна.

Теплофикационные ПТ служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии на ТЭЦ.

Для отпуска тепловой нагрузки на нужды отопления и горячего водоснабжения устанавливают турбины типа Т (Т-100, Т-175, Т-250). При наличии на ТЭЦ промышленной и отопительной тепловых нагрузок устанавливают турбины типа ПТ, а при преимущественно промышленной – типа ПР или Р.

Резервные турбины на ТЭЦ не устанавливаются. Для резервирования отпуска теплоты промышленным потребителям применяются редукционно-охладительные установки, производительность которых должна покрывать отпуск пара потребителям одной из турбин. Для отопительной нагрузки резервом являются пиковые водогрейные котлы.

К теплофикационным ПТ относятся ПТ с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.

У ПТ с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (сушка, отопление и др.). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой ПТ, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной ПТ или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.

В ПТ с регулируемым отбором часть пара отводится из одной или двух промежуточных ступеней, а остальной пар идет в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место

111

отбора (ступень ПТ) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.

У ПТ с отбором и противодавлением часть пара отводит-

ся из одной или двух промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему. Давление пара ПТ для отопительных целей обычно составляет 0,12 МН/м2 (0,12 МПа или 1,2 атм), а для технологических нужд (сахарные, деревообрабатывающие, пищевые предприятия) 0,5–1,5 МН/м2 (5–15 атм).

ПТ специального назначения обычно работают на от-

бросном тепле металлургических, машиностроительных и химических предприятий. К ним относятся ПТ мятого пара, двух давлений и предвключенные (форшальт).

ПТ мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.

ПТ двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.

Предвключенные ПТ представляют собой турбины с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих ПТ направляют в другие ПТ с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключенных ПТ возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ПТ, ранее установленные на электростанции.

ПТ специального назначения не выпускают сериями, как конденсационные и теплофикационные ПТ, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.

В России установлено 4 ступени начальных параметров пара:

1) давление 3,5 МН/м2, температура 435 °С для ПТ мощностью до 12 МВт;

112

2)9 МН/м2, 535 °С для ПТ до 50 МВт;

3)13 МН/м2, 565 °С для ПТ до 100 МВт;

4)24 МН/м2, 565 °С для ПТ мощностью 200 и 300 МВт. Давление отработавшего пара 3,5–5 кН/м2. Удельный

расход тепла от 7,6 кДж/Вт∙ч у самых мощных ПТ до 13 кДж/Вт∙ч у небольших конденсационных турбин.

В нашей стране не строят стационарных реактивных ПТ, но отдельные зарубежные фирмы традиционно продолжают выпускать ПТ с активной частью высокого давления и последующими реактивными ступенями.

3.1.4.3.Электрические генераторы

итрансформаторы

Электрические генераторы предназначены для преоб-

разования механической энергии вращающегося вала двигателя в электроэнергию. Генераторы могут быть синхронными или асинхронными. Синхронный генератор может работать в автономном режиме или параллельно с сетью. Асинхронный генератор может работать только параллельно с сетью. Если произошел обрыв или другие неполадки в сети, асинхронный генератор прекращает свою работу. Поэтому для обеспечения гибкости применения распределенных когенерационных энергосистем чаще используются синхронные генераторы. Общий вид синхронного генератора небольшой мощности показан на рис. 3.11.

113

Рис. 3.11. Общий вид синхронного турбогенератора: 1 – статор; 2 – ротор; 3 – возбудитель; 4 – контактные кольца; 5 – лобовые части обмотки статора; 6 – активная сталь; 7 – обмотка ротора; 8 – бандажное кольцо; 9 – выводы; 10 – подшипник

Принцип действия генератора заключается в возникновении электродвижущей силы в проводнике, пересекающем магнитное поле. В синхронном генераторе магнитное поле создается за счет прохождения постоянного тока (тока возбуждения) через обмотку ротора. Таким образом, ротор является вращающимся постоянным магнитом, поле которого пересекает неподвижные проводники обмотки статора, где

ивозникает ЭДС. Благодаря специальной схеме соединений в обмотке статора генерируется трехфазный ток.

Ток возбуждения в обмотку ротора генератора подается через угольные щетки и контактные кольца от отдельной небольшой электрической машины – возбудителя или от тиристорного возбудителя.

Впроцессе работы железо и медные обмотки статора

иротора генератора выделяют значительное количество тепла, которое нужно непрерывно отводить. Для этой цели в ге-

нераторах небольших мощностей используется воздух, а в крупных агрегатах – водород, обладающий малой плотностью и большой теплоемкостью, вследствие чего он не создает большого сопротивления вращению ротора и позволяет уменьшить габариты и вес генератора. Водород при давлении до 4 кгс/см2 циркулирует в замкнутом пространстве корпуса генератора. Водород движется лопатками вентиляторов, одетых на концах бочки ротора. В контур циркуляции встроены газоохладители, где водород отдает тепло трубкам, через которые прокачивается охлаждающая вода. С ростом единичной мощности агрегатов все сложнее уменьшать габариты, вес генератора и отводить от него тепло. Поэтому в настоящее время уже создаются мощные генераторы с непосред-

114

состоит из продолговатого бака, в котором находится Ш- образный металлический сердечник с обмотками

(рис. 3.12).

На каждом вертикальном стержне сердечника находятся первичная и вторичная обмотки одной фазы. Выводы обмоток проходят через специальные изоляторы в крышке бака. Ток высокого напряжения с вторичных обмоток передается на распределительную подстанцию.

Бак трансформатора заполнен изоляционным (трансформаторным) маслом, которое одновременно является охлаждающей средой. Во время работы трансформатора масло непрерывно прокачивается с помощью насосов по контуру бак – выносные охладители – бак.

3.1.5.Вспомогательное оборудование ТЭС

Квспомогательному оборудованию ТЭС относятся конденсатные, питательные, дренажные, циркуляционные насосы охлаждающей воды, сетевые насосы, газодувные машины (дымососы и дутьевые вентиляторы), главные паропроводы

ипитательные трубопроводы, регенеративные подогреватели питательной воды, деаэраторы и другое оборудование.

3.1.5.1.Насосы и газодувные машины

В водяном тракте ТЭС применяют конденсатные, питательные, дренажные и прочие насосы. Для охлаждения отработавшего пара в конденсаторе турбины применяют циркуляционные насосы охлаждающей воды. Для теплоснабжения и горячего водоснабжения потребителей применяют сетевые насосы. Газодувные машины (дутьевые вентиляторы и дымососы) обеспечивают работу котельных агрегатов. Ниже рассмотрены вопросы выбора различных насосов и газодувных машин, а также их резервирования.

116

Конденсатные насосы. Устанавливаются два или три таких насоса на турбину. При установке трех насосов подача каждого принимается равной 50 % полной, т.е. при выходе из строя одного насоса два оставшихся обеспечивают полную подачу. При установке двух насосов каждый из них должен обеспечивать 100 % подачи. Наличие конденсатоочистки вызывает необходимость устанавливать две группы конденсатных насосов. Напор, создаваемый конденсатным насосом, определяется по давлению в деаэраторе и сумме потерь давления в тракте конденсата с учетом разницы геометрических отметок мест установки насосов и деаэраторов. При бездеаэраторной схеме конденсатный насос можно рассматривать как буферный по отношению к питательному насосу, и выбор их необходимо проводить совместно.

Питательные насосы. Питательный насос (ПН) подает воду в паровой котел. ПН бывают поршневыми и центробежными как с электрическим, так и с паровым приводом. Давление, создаваемое ПН котлов с естественной циркуляцией, должно быть на 0,2–0,3 МН/м2 (2–3 кгс/см2) больше давления воды в барабане котла. Напор ПН прямоточных котлов должен преодолеть гидравлическое сопротивление всего пароводяного тракта. ПН – важный элемент котельной установки, так как даже кратковременное прекращение подачи воды в котел может привести к аварии. Производительность, типы ПН и их приводов для производственно-отопительных и энергетических котельных регламентированы в РФ правилами котлонадзора и правилами технической эксплуатации электростанций.

Циркуляционные насосы охлаждающей воды. Эти насосы имеют большую подачу со сравнительно малым напором. Подача насосов определяется при работе в летнем режиме. Используются осевые и центробежные насосы с рабочим колесом одно- и двухстороннего входа.

117

Как правило, при устройстве береговых насосных станций устанавливаются осевые или центробежные насосы вертикального типа.

При централизованной схеме подачи охлажденной воды устанавливается несколько насосов (не менее четырех), работающих на общую магистраль. При этом резерв предусматривается только при использовании морской воды.

При блочной схеме для каждой турбины устанавливают по два насоса без резерва.

Сетевые, дренажные и прочие насосы ТЭС. Установка сетевых насосов возможна в виде насосной группы без привязки к конкретным турбинам. Если число насосов не более трех в группе, предусматривают дополнительно один резервный насос; при большем числе работающих насосов резервные насосы не требуются. При блочном принципе установки сетевых насосов их размещают по два у каждой турбины при мощности подачи по 50 % от полной мощности.

При установке подпиточных насосов теплосети предусматривают резерв не менее двух при закрытой и не менее трех насосов при открытой системе теплоснабжения.

Дренажные насосы регенеративных подогревателей устанавливают без резервов; насосы питательной воды испарителей (градирен), паропреобразователей и конденсатные насосы сетевой установки имеют резерв.

Выбор других насосов производится в зависимости от конкретных условий их работы. Так, два и более насоса устанавливают в аварийных системах, в элементах тепловой схемы, где требуется высокая надежность работы или есть большая вероятность периодического выхода из строя насоса.

Газодувные машины ТЭС. Газодувное или тягодутьевое устройство (ТУ) – комплекс механизмов и сооружений, обеспечивающий подачу воздуха в топку котлоагрегата или печи и

118

удаление дымовых газов из топки. К основным газодувным машинам ТЭС относятся дымососы и дутьевые вентиляторы.

В качестве вентиляторов горячего дутья и мельничных вентиляторов используются, как правило, центробежные машины, выбор которых производится по каталогу для конкретного котла. Дутьевые вентиляторы засасывают горячий воздух и направляют его в топку под давлением до 5 кН/м2.

ТУ, состоящие обычно из дымососов и дымовой трубы, создают в газоходах разрежение до 3–4 кН/м2, под воздействием которого газы удаляются в атмосферу. У котлоагрегатов, работающих под наддувом, ТУ включает в себя лишь вентиляторы, подающие воздух под давлением около 10 кН/м2. Дымососы и вентиляторы ТУ обычно приводятся в действие электродвигателями, а на мощных котлоагрегатах – паровыми турбинами. ТУ тепловых электростанций потребляют 1–2 % всей вырабатываемой станцией энергии.

Количество продуктов сгорания (топлива) и воздуха, перемещаемое этими машинами, определяется из теплового и аэродинамического расчета парового котла. Сами машины выбираются по каталогу с запасом по напору (15 % для вентиляторов и 25 % для дымососов) и количеству перемещаемых газов или воздуха (10 %). На каждый котел устанавливаются, как правило, по два дымососа и вентилятора без резерва. При выходе из строя одного такого механизма другой обеспечивает работу парового котла с 50%-ной нагрузкой. Для крупных блоков применяются осевые дымососы и дутьевые вентиляторы двухстороннего всасывания, имеющие высокий (более 80 %) КПД и двухскоростные электродвигатели, позволяющие регулировать подачу и напор. Подачу дымососов и вентиляторов регулируют в основном направляющим аппаратом, устанавливаемым на входе потока газа или воздуха. В последние годы в качестве регулируемых электроприводов дымососов и вентиляторов находят применение более

119

экономичные частотно-регулируемые асинхронные электроприводы, позволяющие экономить до 40 % электроэнергии.

3.1.5.2.Главные паропроводы

ипитательные трубопроводы ТЭС

Основу полной тепловой схемы (ПТС) составляют главные трубопроводы ТЭС, к которым относятся главные паропроводы и главные питательные трубопроводы, обеспечивающие главные связи между основным оборудованием – котельными и турбинными агрегатами.

Выше уже отмечалось, что следует различать блочные ПТС, в которых отсутствуют поперечные связи между энергоблоками, и неблочные ПТС, характеризующиеся наличием поперечных связей для основных потоков пара и воды.

На рис. 3.13 показана схема главных паропроводов неблочной ТЭС. Такая схема называется секционной схемой с переключательной магистралью. Установленная запорная арматура позволяет вывести в ремонт котел или турбину, отключив их согласно правилам техники безопасности двумя запорными органами. К переключательной линии

могут быть подключены резервный котел, а также редукци- онно-охладительные установки (РОУ) для подачи пара на собственные нужды ТЭС. Схема построена так, чтобы исключить выход из строя всей станции из-за отказа одного запорного органа, и позволяет выделить при необходимости блок котел–турбина или отключить переключательную магистраль для ремонта. К главным паропроводам подсоединена

120