1078

Общая характеристика турбоустановок ТЭС и АЭС

Лекция

Энергетика

Классификация электрических станций. Обозначения паровых турбин. Основные этапы развития теплоэнергетики и турбостроения. Общее знакомство с паровой турбиной ТЭС. Компоновка тепловой электрической станции.

Русский

2013-01-06

1005 KB

206 чел.

Лекция №1. Общая характеристика турбоустановок ТЭС и АЭС

  1.  Классификация электрических станций

Основу современной энергетики составляют технологии трансформации энергии различных природных ее источников. В настоящее время в мире наиболее широко представлена теплоэнергетика, базирующаяся на источниках органического происхождения (нефтяное топливо, уголь и газ). В последние десятилетия активно развивалась и атомная энергетика с использованием реакторов на тепловых нейтронах типов ВВЭР и РБМК (первичный источник энергии – ядерное топливо). При этом в технологической цепочке выработки электроэнергии применяются паровые турбины ТЭС и АЭС, являющиеся основным оборудованием, соответственно, тепловых и атомных электрических станций (ЭС). В зависимости от вида вырабатываемой энергии различают конденсационные (для производства электрической энергии) и теплофикационные (для производства электрической и тепловой энергии) паротурбинные электростанции. Первые из них (КЭС) принято называть ГРЭС - Государственные районные электростанции, а вторые – ТЭЦ - теплоэлектроцентрали. Все шире находит применение парогазовая технология, на основе которой формируются парогазовые установки (ПГУ). В них наряду с паровыми турбинами используются и газовые энергетические турбины. Кроме того, электрическую энергию вырабатывают следующие виды электростанций: ГЭС – гидравлические; ГАЭС – гидроаккумулирующие; ВЭС – ветряные; СЭС – солнечные; ПЭС – приливные; ГеоТЭС – геотермальные.

  1.  Обозначения паровых турбин

Паровые турбины относятся к классу турбомашин. Турбомашинами (turbo - вихрь, вращение) называют лопастные машины, действие которых основано на преобразовании тепловой (потенциальной) энергии рабочей среды в механическую работу вращающегося вала (паровые и газовые турбины). К классу турбомашин относят также компрессоры, вентиляторы и насосы, в которых осуществляется процесс преобразования механической формы энергии (роторов, рабочих колес) в потенциальную энергию среды.

Паровые турбины маркируются следующим образом:

Тип

Электрическая мощность NЭ, МВт

Давление пара на входе р0, МПа (кгс/см2 ранее)

Модификация

Завод-изготовитель

К

1200

23,5 (240)

3

ЛМЗ

К

1000

5,9 (60)

2

ХТЗ

Т

250/300

23,5 (240)

1

ТМЗ

Р

100

12,8/1,5 (130/15)

3

ЛМЗ

ПТ

50/60

12,8/1,5 (130/15)

7

ТМЗ

ПТ

25/30

8,8/1,0 (90/10)

М

КТЗ

П

6

3,5/0,5 (35/5)

М

КТЗ

 

В представленных маркировках первые буквы (одна или две) обозначают тип турбины: К – конденсационная; Т – теплофикационная с отопительным отбором водяного пара; Р – с противодавлением; П – теплофикационная с производственным отбором пара для промышленного потребления; ПТ – теплофикационная с производственным и отопительным регулируемыми отборами пара; КТтеплофикационная с отопительным нерегулируемым отбором пара; ТК – теплофикационная с отопительным отбором и большой конденсационной мощностью. Далее указывается номинальное значение электрической мощности турбоагрегата (NЭ, МВт). Для турбин типа Т через косую черту указывается и мощность в конденсационном режиме их эксплуатации, а для турбин ПТ – мощность при отключенном в летнем периоде эксплуатации теплофикационном отборе. Далее в маркировке представляется значение давления водяного пара на входе в турбину (давление перед стопорным клапаном р0, МПа). Ранее в маркировках давление представлялось в кгс/см2. Для турбин типа ПТ и Р в маркировках присутствуют показатели давления пара (рп), отбираемого тепловому потребителю (через косую черту после р0, - р0п). Последняя цифра в маркировке показывает вид модификации турбины, определяемый заводом-изготовителем при изменениях в ее конструкции. В некоторых маркировках указывается буква М, что означает модернизированный вариант турбины.

В конце маркировки представлен завод-изготовитель паровой турбины. Основные заводы-изготовители паровых турбин в РФ (ныне Акционерные общества – АО) следующие: ЛМЗЛенинградский Металлический завод (г. Санкт-Петербург); ТМЗУральский Турбинный (ранее Турбомоторный) завод (г. Екатеринбург); КТЗКалужский Турбинный завод (г. Калуга). Кроме того, в российской энергетике используются паровые турбины, выпускаемые Харьковским турбинным заводом (НПО «Турбоатом», Украина). Ведущие зарубежные изготовители паровых и газовых турбин: «АВВ» (германско-швейцарское объединение), «Siemens» (Германия), «Westinqhouse» (США), «GEClsthom» (англо-французское объединение), «General Electric» (США), «Mitsubishi», «Hitachi», «Tochiba» (Япония).

Например, маркировка К-800-23,5-3 ЛМЗ представляет конденсационную паровую турбину, номинальное значение мощности которой NЭ=800 МВт, давление водяного пара на входе р0=23,5 МПа. Данная турбина (третья модификация) изготовлена АО «ЛМЗ». Теплофикационная паровая турбина Т-250/300-23,5-3 ТМЗ изготовлена Уральским турбомоторным заводом. Турбина имеет номинальную мощность 250 МВт, а максимальную – 300 МВт и выполнена на сверхкритические параметры водяного пара. Паровая турбина К-500-6,4/25-2 ХТЗ предназначена для АЭС и представляет тихоходный вариант исполнения турбоагрегата, что отмечается в маркировке  частотой вращения ротора n=25 с-1. При отсутствии указания частоты ее значение n=50 с-1.

  1.  Основные этапы развития теплоэнергетики и турбостроения

Начало формирования теплоэнергетики в мире определялось появлением первых единичных источников электроэнергии и ее потребителей в середине ХIХ века. Тогда приводами для электрогенераторов были локомобили и паровые машины. Первая в мире паровая турбина изготовлена в 1883 году (турбина шведского инженера Г. Лаваля на рис. 1.1). Она является прообразом современных турбин активного типа. В 1884 году Ч. Парсонсом (Англия) предложена многоступенчатая паровая турбина реактивного типа. Первая паровая турбина в России выпущена в 1907 году Петербургским Металлическим заводом - турбина мощностью 200 кВт (р0=1,3 МПа, t0=3000С). Этот завод основан в 1857 году и сначала производил металлоконструкции и паровые котлы. Сегодня АО «Ленинградский Металлический завод» - крупнейший производитель энергетических паровых и газовых турбин.

Рис. 1.1. Устройство простейшей паровой турбины

1 – вал; 2 – диск; 3 – лопатки; 4 - сопло

В 1883 г. в Санкт-Петербурге была введена в действие первая электростанция общего пользования (на ее основе появился первый в России электрический трамвай). Тогда же начиналось строительство электростанций в Москве, Новороссийске, Нижнем Новгороде, Иваново-Вознесенске и других городах. Первая в Москве Георгиевская электростанция (1888 год) вырабатывала постоянный ток с радиусом действия в полверсты. Ее максимальная нагрузка к 1905 году достигла 1500 кВт. В 1903 году на ГЭС-1 (Государственная электростанция на Раушской набережной г. Москвы) вместо паровых машин были установлены две турбины с единичной мощностью 2 МВт. К концу 1916 года общая мощность электростанций России составила 1192 МВт.

В 1920 году создана Государственная комиссия по электрификации России (ГОЭЛРО) для разработки плана развития электроэнергетики. Этот план был рассчитан на 15 лет и состоял из двух программы: А и Б. Программой А намечалось восстановление, реконструкция и объединение имеющихся электростанций в единую сеть, а программой Б – строительство 30 новых электростанций (20 ТЭС и 10 ГЭС) общей мощностью 1750 МВт. Программа А была выполнена в 1928 году. К 1923 году ЛМЗ восстановил около 30 паровых турбин иностранного производства, а в 1924 году выпустил собственную турбину мощностью 2 МВт. Основные задачи, намеченные программой Б, были выполнены в 1930 году. Уже в 1935 году СССР вышел по производству электроэнергии на второе место в Европе и третье в мире. Паровые турбины небольшой мощности производились с 1931 года Кировским заводом, а с 1937 года – Невским заводом в Ленинграде (ныне АО «НЗЛ»). В 1934 г. завершено строительство Харьковского турбостроительного завода, который до второй мировой войны выпускал тихоходные турбины (n=25 с-1) мощностью 50 и 100 МВт. Перед Великой Отечественной войной (1938 г.) в г. Свердловске был построен Уральский турбинный завод (ранее «Турбомоторный завод»). В 1950 году вступил в строй Калужский турбинный завод, ориентированный на производство паровых турбин небольшой мощности.

С 1957 года началось изготовление паровой турбины К-200-130 ЛМЗ (ПВК-200), которых в разных модификациях выпущено более 340 шт. С выпуском турбин К-300-23,5 в 1961 году осуществлен переход на сверхкритические параметры водяного пара (давление р0=23,5 МПа, температура t0=540-560 0С). В 1965 году выпущена турбина К-800-23,5 ЛМЗ (сначала двухвальный агрегат для Славянской ГРЭС) и К-500-23,5 ХТЗ (для Рефтинской и Назаровской ГРЭС). С 1969 года серийно выпускаются одновальные турбины К-800-23,5 ЛМЗ. С 1982 года на Костромской ГРЭС эксплуатируется паровая турбина К-1200-23,5 ЛМЗ мощностью 1200 МВт. Уральский Турбомоторный завод был ориентирован на производство теплофикационных турбин. Большим достижением стала изготовленная в 1970 году турбина Т-250/300-23,5. Крупнейшими тепловыми электростанциями являются: Березовская ГРЭС-1 (энергоблоки мощностью 800 МВт на канско-ачинских углях); Экибастузские ГРЭС-1, ГРЭС-2 и Рефтинская ГРЭС (энергоблоки мощностью 500 МВт на экибастузских углях); Сургутская ГРЭС-2 и Пермская ГРЭС (энергоблоки 800 МВт на газовом топливе). Крупнейшими атомными электростанциями являются Ленинградская, Нововоронежская, Курская АЭС. Для них заводами подготовлены паровые турбины мощностью 500 и 1000 МВт как тихоходные (ХТЗ), так и быстроходные (ЛМЗ). Первая в мире атомная ТЭЦ (АТЭЦ) сооружена в г. Билибино.

  1.  Общее знакомство с паровой турбиной ТЭС

На рис. 1.2 показана компоновка ТЭС, основное генерирующее оборудование которой установлено в турбинном (паровая турбина и электрический генератор) и котельном (энергетический котел) отделениях.

Рис. 1.2. Компоновка тепловой электрической станции

Далее (рис. 1.3) рассматривается конструкция трехцилиндровой паровой турбины.  Главными элементами турбины являются ее цилиндры: ЦВД - цилиндр высокого давления; ЦСД – среднего давления; ЦНД – низкого давления, в турбинных ступенях которых происходят процессы преобразования тепловой энергии водяного пара. Каждый цилиндр состоит из корпуса и ротора. Все корпуса имеют горизонтальный фланцевый разъем. В паровых турбинах совокупность всех неподвижных ее частей принято называть статором, а вращающихся - ротором. Система роторов высокого давления (РВД), среднего давления (РСД), низкого давления (РНД) совместно с роторами электрогенератора и возбудителя называется валопроводом турбоагрегата. Валопровод располагается в подшипниках, устанавливаемых в соответствующих корпусах.

Водяной пар из котельного агрегата энергоблока по главным паропроводам через стопорные и регулирующие клапаны поступает в проточную часть ЦВД, после расширения в которой направляется на промежуточный перегрев. После промперегрева пар через регулирующие клапаны направляется в проточную часть ЦСД и далее, через ресиверные трубы, в двухпоточный ЦНД. После расширения в ЦНД водяной пар направляется в конденсатор турбоустановки, в котором происходит его конденсация. Именно здесь имеет место основная потеря теплоты в турбоустановке. В проточной части турбины от первой до последней ее ступеней удельный объем водяного пара по мере понижения его давления (в процессе расширения пара) увеличивается, что требует роста площадей проходных сечений проточной части турбинных ступеней. Это достигается увеличением размеров лопаточного аппарата этих ступеней. Например, длина рабочих лопаток первой ступени ЦВД паровой турбины составляет 20-50 мм, а последней ЦНД может достигать значений 960-1200 мм..

Рис. 1.3. Внешний вид паровой турбины К-215-12,8 ЛМЗ

В процессе расширения водяного пара в турбинных ступенях соответствующих цилиндров турбины в роторе формируется крутящий момент, обеспечивающий вращение валопровода с заданной частотой n. В энергетических турбинах ТЭС России частота вращения n=50 с-1 определяется частотой вырабатываемого в электрогенераторе электрического тока f=50 Гц. Для поддержания заданной частоты вращения при различных нагрузках паровая турбина обеспечена системой автоматического регулирования.

Итак, паровая турбина является турбомашиной, в которой тепловая энергия водяного пара превращается в механическую энергию вращающегося ротора, которая затрачивается на вращение ротора электрического генератора.

                                                                                      Лектор: В.Ф. Касилов


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7952. Педагогическая психология. Учебник 1.96 MB
  Педагогическая психология Содержание ЧАСТЬ. ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ ПСИХОЛОГИЯ: СТАНОВЛЕНИЕ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ Глава. Педагогическая психология - междисциплинарная отрасль научного знания. Общенаучная характеристика педагогической психологии...
7953. Специальная педагогика. Учебное пособие 2.02 MB
  На страницах американских педагогических журналов пятнадцать лет назад обсуждались проблемы взаимодействия массового образования и образования лиц с недостатками в развитии (инвалидов). Отмечалась изолированность одной системы от другой, нежелание у...
7954. Педагогика. Учебник 2.86 MB
  В учебном пособии раскрываются антропологические, аксиологические основы педагогики, теория и практика целостного педагогического процесса организационно-деятельнсстные основы формирования базовой культуры школьника. Дается характеристика педагогич...
7955. Психология и педагогика. Учебник для вузов 2.69 MB
  Учебник представляет собой компактный и высокоинформативный очерк психологии и педагогики. Эта книга задумана как попытка удовлетворить любознательность и потребность студентов в знаниях о психологии человека, механизмах и закономерностях памяти...
7956. Педагогика для студентов педагогических учебных заведений 3.18 MB
  ПЕДАГОГИКА Пособие создано с учетом закономерностей развития и формирования у будущих учителей педагогического профессионализма. В пособие включены материалы не только школьной, но и вузовской дидактики, что расширяет возможности свободы выбора студ...
7957. Поисковая оптимизация - SEO 137 KB
  Введение. Цели курса. Кто такие оптимизаторы. Спрос на услуги оптимизации порождает рост предложения. Для кого же делают сайты? Белое и черное в работе оптимизатора. Виды сайтов, их аудитория, источники входящего потока посети...
7958. Предмет і метод політичної економії 421 KB
  Предмет і метод політичної економії 1. Предмет політичної економії: а) зародження і розвиток предмету б) трактування різними школами в) економічні категорії і закони. 2. Методи економічних досліджень. 3. Функції політичної економії: а) основ...
7959. Культурология. Лекции. Предмет и функции культурологии 498.5 KB
  Тема № 1. Предмет и функции культурологи. История становления представлений о культуре. Культура относится к числу древнейших явлений человеческой жизни. Однако интерес к ее изучению и осмыслению как особого явления действительности сложился относит...
7960. Понятие, сущность и классификация страхования 615 KB
  Понятие, сущность и классификация страхования Понятие и сущность страхования Понятие и сущность Страхование - это отношения по защите имущественных интересов граждан и юридических лиц при наступлении определенных непредвиденных неблагоприятных ...