Турбинная ступень.

Она состоит из двух частей в следующей последовательности:

неподвижная часть (сопла)

вращающаяся часть (рабочее колесо)

Ступень активного типа – это ступень, в которой все расширение пара и связанное с ним ускорение парового потока происходит только в соплах, а в каналах рабочего колеса происходит преобразование кинетической энергии пара в механическую энергию вращения рабочего колеса, связанного с вращением вала.

Ступень реактивного типа – ступень, в которой расширение пара и ускорение потока происходит не только в соплах, но и в каналах рабочего колеса, где происходит преобразование кинетической энергии пара в механическую энергию ротора.

Конструктивный элемент.

В турбине есть подвижные и неподвижные части.

Неподвижная часть: диафрагма с соплами, лабиринтные уплотнения и корпус турбины. Лабиринтные уплотнения уменьшают зазор между вращающимися и неподвижными телами, тем самым, снижая потери пара.

Вращающаяся часть: диск, на который насажаны рабочие лопатки (рабочее колесо) и вал (ротор)

6. Цикл Ренкина и его изображение в P, V и T, S диаграммах. Термический КПД цикла и способы его повышения.

Цикл Ренкина характеризуется последовательностью следующих процессов:

• Изобарного (р1=const) процесса производства пара в котле

• Адиабатного расширения пара

• Изобарного теплоотвода пара от отработавшего пара в конденсаторе с образованием конденсата.

• Адиабатного процесса подачи конденсата в котел с увеличением давления до первоначального

Важнейшими с позиции экономической эффективности являются вопросы повышения КПД тепловых электростанций. Теоретический анализ дат различные способы повышения тепловой эффективности цикла Ренкина.

Повышение начального давления пара. Увеличение КПД цикла ПТУ можно достигнуть путём повышения начального давления пара в котле от p₁ до p₁’ при сохранении его конечного давления р₂ и максимальной температуры цикла T₁ (рис а). Это приводит к возрастанию средней температуры теплоподвода за счёт повышения температуры насыщения, а следовательно, и η_г цикла Ренкина, в области давлений до 10 Мпа. Увеличение начального давления пара приводит к повышению его влажности в последних ступенях турбины (левое смещение точки 2 к 2_р), что приводит к излишним потерям работы и эрозии лопаток турбины.

Повышение температуры перегрева пара. Увеличения средней температуры теплопровода, а следовательно, КПД цикла Ренкина можно добиться повышением температуры пара перед турбиной Т₁ до Т’₁ (рис. б) за счёт его перегрева при сохранении нижней температуры в конденсаторе Т₂ . Это приводит к благоприятному для эффективной работы турбины снижению конечной влажности пара (точка 2_т).

Уменьшение конечного давления пара от р₂ до р₂ вызывает снижение температуры его конденсации Т₂ (температуры теплоотвода), что приводит к увеличению КПД цикла Ренкина (рис.в). Теоритически понижать давление пара можно до р₂, соответствующего температуре насыщения, равной температуре окружающей среды.

Применение промежуточного перегрева пара. Повышение влажности пара в турбине при увеличении начального давления можно уменьшить, если применить промежуточный перегрев (рис. г). Для этого после частичного расширения пара в турбине его направляют в специальный пароперегреватель и снова перегревают, обычно до первоначальной температуры Т_1. Многократный промежуточный перегрев пара приближает процесс теплоподвода к изотермическому. Применение промежуточного перегрева повышает КПД на 3-4%.

рис.г

Применение регенеративного цикла. Значительное увеличение экономичности цикла Ренкина можно достичь, если применить принцип регенерации теплоты внутри цикла. Для этого пар отбирается из промежуточных ступеней турбины и направляется в специальные теплообменники (регенераторы Р₁ и Р₂ (рис. 1 (а),б),в)))). В них пар отдает теплоту питательной воде перед её поступлением в котел.

Этим достигается снижение необходимых потерь энтальпии всего пара, попадающего в конденсатор, за счёт возврата (регенерации) части теплоты (q_рег) в цикл ( процесс 2-2_отб). Следствием этого является снижение удельного расхода топлива на получение 1 кг пара необходимых параметров.

Применение теплофикационного цикла. Анализ циклов Ренкина показывает, что основные потери теплоты (52-55%) происходят в конденсаторе, где теплота парообразования отработанного пара уносится охлаждающей водой и эффективно нигде не может использоваться из-за сравнительно низкой её конечной температуры (t~20 C). Это соответствует давлению в конденсаторе р₂ =4 кПа, а следовательно, и температуре насыщения пара t_н~29 С. Для цикла 1-2-3-4-5-1 (рис 2) эти потери изображаются площадью 2-3-8-10-2.

рис 2

Чтобы повысить температурный потенциал охлаждающей воды необходимо увеличить температуру отработанного пара, т.е. повысить конечное давление р₂, например до атмосферного ( точка 6). Это приводит к уменьшению полезной работы турбины ( пл. 1-6-7-4-5-1), но перегревает отработанную остаточную теплоту (пл. 6-10-9-7-6) в пригодную для удовлетворения нужд потребителей. Поэтому степень использования первичной теплоты q₁ в подобных ПТУ, называемых теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), значительно повышается.

7. Система КПД паротурбинной установки конденсационного типа. Диапазон изменения величин абсолютного и относительного КПД.

8. Многоступенчатые паровые турбины, основные преимущества по сравнению с одноступенчатыми. Изображение процесса расширения пара в турбине в h,S диаграмме. Определение мощности турбины через теплоперепад.

9. Определение полного расхода пара для турбин без отборов и с отборами пара (например, для регенеративного подогрева питательной воды). Определение удельного расхода пара.

Уравнение мощности или уравнение расхода для турбин без отборов.

D = 860 / (i₀ -i_k) ∙ η_мη_г – удельный расход пара для турбины без отборов.

N_эк = N_н

Рисунок 43.

y = ax + b

y = D

x = N

b = D_хх

a = (D_н - D_хх) / N_н

D = (D_н - D_хх)/ N_н ∙ N + D_хх = x ∙ d_н ∙ N_н+ (1-x) d_н∙ N = D

D_н - D_хх= D_н - x ∙ d_н ∙ N_н= d_н ∙ N_н- x ∙ d_н ∙ N_н= (1-x) d_н∙ N_н

D = x ∙ d_н ∙ N_н + (1-x) d_н ∙ N – уравнение мощности для турбин без отборов.

D = D / N = (x ∙ d_н ∙ N_н)/N+(1-x) d_н = x ∙ d_н ∙ 1/β + (1-x) d_н, при N=N_н d = d_н – без отбора.

N/N_н= β

d = x ∙ d_н ∙ 1/β + (1-x) d_н (без отборов)

Если x = 0 не будет зависеть от β, d = const

Уравнение мощности или уравнение расхода для турбин c отборами.

Рисунок44.

Рисунок 45.

D = D₁ + D₂ + D_к

N = N₁ + N₂ + N_к

860 N₁ = D₁ (i₀ –i₁) ∙ η_м η_г

860 N₂ = D₂ (i₀ –i₂) ∙ η_м η_г

860 N_к = D_к (i₀ -i_k) ∙ η_м η_г

D_к= D - D₁ – D₂

860 (N₁ + N₂ + N_к) = η_м η_г [D₁ (i₀ –i₁) + D₂ (i₀ –i₂) + D - D₁ – D₂(i₀ -i_k)]

(860 N) / (η_м η_г) = D₁ (i₀ –i₁) + D₂ (i₀ –i₂) +D(i₀ -i_k) - D₁ (i₀ -i_k) - D₂(i₀ -i_k)

(860 N) / (η_м η_г) = D(i₀ -i_k) + D₁ (i₁ -i_k) - D₂(i₂ -i_k)

D₁i_o - D₁i₁ - Д₁i_o - D₁i_k= - D₁ (i₁ -i_k)

Разделим левую и правую части уравнения на (i₀ -i_k)

860 / (i₀ -i_k) η_м η_г = D - D₁(i₁ -i_k)/ (i₀ -i_k) - D₂(i₂ -i_k) / (i₀ -i_k),

гдеy₁= (i₁ -i_k)/ (i₀ -i_k), y₂ = (i₂ -i_k) / (i₀ -i_k) – коэффициентынедовыработкиэлектроэнергии.

y = 1 ÷ 0

_{без отбора с отбором}

dN= D - y₁D₁ - y₂ D₂

_{с отбором без отбора}

D = dN + y₁D₁ + y₂ d₂ = dN+ ,

n – число отборов, n = 2

_{с отбором}

D = x ∙ d_н ∙ N_н + (1-x) d_н ∙ N + - уравнение расхода для турбин с отборами.

_{с отбором без отбора}

Если N = N_н D = d_н ∙ N_н+ ,

при чем в этом случае удельный расход пара без отбора будет равен:

_{с отбором без отбора}

d_н= d_н + (Σy_jD_j) / N_н

_{с отбором без отбора}

D = dN_н

_{с отбором без отбора}

d_н= d_н + (Σα_jy_jD_j) / N_н

_{с отбором без отбора с отбором}

d_н= d_н +Σα_jy_jd_н

D_j = α_j ∙ D_н

α_j = D_j / D_н– в долях.

_{с отбором с отбором без отбора}

d_н= Σα_jy_jd = d_н

_{с отбором без отбора}

d_н= d_н / (1- Σ α_jy_j)

10. Конденсационные установки паровых турбин, назначение отдельных элементов. Определение величины кратности охлаждения. Диапазон ее изменения.

11. Методика расчета схемы регенеративного подогрева питательной воды. Примеры тепловых балансов подогревателей поверхностного и смешивающего типов.

12. Основные методы восполнения потерь пара и конденсата на ТЭС.

13. Принципиальные тепловые схемы отпуска пара и тепла с ТЭЦ.

Схема отпуска тепла с ТЭЦ

Теплоподготовительные системы (ТПС):

• теплофикационная установка (ТУ)

• общестанционная установка (ОУ)

Существуют 2 вида ТПС:

• для ТЭЦ с турбинами мощностью 25 МВт и меньше, а так же ГРЭС большой мощности. Для этого типа ТПС теплофикационная установка турбины состоит из основного и пикового подогревателя, а общие станционные установки включают: сетевые насосы, установки по умягчению подпиточной воды, насосы и деаэраторы подпиточной воды

• для ТЭЦ с турбинами мощность которых больше 50 МВт. Для этого типа теплофикационные установки турбины состоят из 2-х последовательно включенных основных подогревателей (верхний и нижний) и насосов сетевой воды с 2-ч ступенчатой перекачкой: 1 насос стоит до нижнего основного подогревателя, а насос 2-ой ступени – после верхнего основного подогревателя. Обще станционные установки состоят из пикового водогрейного котла (ПВК), установок по умягчению подпиточной воды, деаэраторов и насосов подпиточной воды.

См лекции стр 52, лекция 17

14. Коэффициент теплофикации α _ТЭЦ. Способы покрытия пиковой тепловой нагрузки на ТЭЦ.

Способы покрытия пиковой нагрузки:

• Пиковый водогрейный котел

• Редуцированный пар

Для расчета тепла со станции на отопление используются коэффициенты теплофикации:

α_ТЭЦ = Q_отбор/Q_сети

где Q_отбор – то количество тепла, которое мы отбираем из отбора турбины Q_сети – то количество тепла, которое мы должны сообщить сетевой воде на станции

15. Деаэрация питательной воды. Типы деаэраторов. Тепловой баланс деаэратора.

Деаэратор (Д) – подогреватель смешивающего типа. Типы деаэраторов: 1) повышенного давения; 2) атмосферного давления; 3) вакуумные. Правило оставления теплового баланса для подогревателя смешивающего типа: количество тепла, которое привносится в подогреватель со всеми входящими потоками должно равняться количеству тепла, которое выносится со всеми выходящими потоками.

D_пв* i^’₂= [D₂* i₂ + i_пв3*( D_к+ D₃) + D_хов* i_хов + D₁* i^’₁]* η_q,

где η_q – потери тепла в окружающую среду (около 5%).

Расходы смотрим по всей схеме в целом, а энтальпии у подогревателя.

D_хов= α_потерь* D_о

d₁= α₁* d_о

D_пв= (1+α_потерь )* D_о

Для определения Д₃+ Д_к необходимо составить материальный баланс:

D_о= D₁+ D₂+ D₃+ D_к

D₃+ D_к= D_о- D₁- D₂ = D_о- α₁* D_о - D₂ = (1- α₁)* D_о - D₂;

D₂= α₂* D_о

16. Выбор парогенераторов для электростанций различных типов. Назначение питательных насосов. Электропривод и турбопривод питательных насосов.

17. Техническое водоснабжение ТЭС. Потребности воды на ТЭС. Определение расхода охлаждающей воды для конденсации пара. Преимущества и недостатки основных систем водоснабжения. Охладители оборотной системы водоснабжения.