1094

Обводное парораспределение. Регулирование мощности способом скользящего начального давления

Лекция

Энергетика

Обводное (байпасное) парораспределение. Выбор способа парораспределения паровых турбин. Регулирование мощности энергоблоков способом скользящего давления. Особенности перевода энергоблока на скользящее начальное давление.

Русский

2013-01-06

340 KB

91 чел.

Лекция №17..  Обводное парораспределение. Регулирование мощности способом скользящего начального давления

17.1. Обводное (байпасное) парораспределение

Схема турбины с обводным парораспределением показана на рис. 17.1. К первой ступени (все ступени выполнены со степенью парциальности е=1) водяной пар подводится через клапан 1, который работает как дроссельный до тех пор, пока давление перед соплами первой ступени не станет равным давлению свежего пара. После этого начинает открываться клапан 2, через который часть пара, обходя первую группу ступеней, направляется непосредственно к ступеням второго отсека. Открытие клапана 2 позволяет пропустить через турбину увеличенное количество водяного пара и тем самым достигнуть повышения мощности турбины. Обводное парораспределение чаще всего применяют в сочетании с дроссельным, но иногда и с сопловым парораспределением.

Рис. 17.1. Схема паровой турбины с обводным парораспределением

1 – основные РК; 2 – РК обводной системы; 3 – камера смешения (перегрузочная камера)

 

По мере открытия клапана  2 давление рх в перегрузочной камере будет повышаться, что приведет к сокращению пропуска пара G1 через первый регулирующий клапан. Долю расхода пара, протекающего через группу ступеней первого отсека, можно найти по формуле:

                                                          .                                            (17.1)

На рис. 17.2 показано распределение расходов водяного пара при обводном парораспределении конденсационной турбины. Иногда для уменьшения потерь при дросселировании водяного пара выполняется двукратный обвод. Из диаграммы обводного парораспределения видно, что расход пара через первый отсек достигнет максимального значения G1мах при отношении р10=1, т.е. когда давление р1 перед первой ступенью турбины равно давлению р0 свежего пара. Дуга эллипса ab (рис. 17.2), разделяющая суммарный пропуск пара на два потока, нанесена на диаграмму после расчета относительного расхода G1/G0 через первую группу ступеней при различных суммарных расходах через турбину. При однократном обводе перегрузка турбины начинается с G/G0=0,5 и сразу же вызывает интенсивное снижение КПД из-за потерь от дросселирования в обводном клапане. Рассматриваемое снижение КПД при G/G0=0,7 достигает около 2% в относительном измерении.

                  

Рис. 17.2. Распределение расходов пара в отсеках турбины с обводным парораспределением  

В турбинах с обводным парораспределением при высокой начальной температуре водяного пара вместо наружного применяют внутренний обвод, осуществляемый обычно из камеры регулирующей ступени в одну из промежуточных ступеней (рис. 17.3).

Рис. 17.3. Схема парораспределения с внутренним обводом

Здесь после достижения экономической нагрузки и допустимых параметров пара в камере регулирующей ступени дальнейшее повышение мощности турбины производится одновременным открытием обводного и регулирующего клапанов. Регулирующий клапан управляет расходом пара через дополнительный сопловой сегмент регулирующей ступени. Это позволяет сохранить давление в камере регулирующей ступени (ррс=const), а температура пара при этом не превышает допустимый уровень.

Характер изменения давления за регулирующими клапанами, в ступенях турбины с сопловым парораспределением, а также расходов через регулирующие и обводной клапаны при переменной нагрузке, показан на рис. 17.4. При изменении расхода пара от нуля до 0,8G0 работает обычное сопловое парораспределение с тремя сопловыми группами, которые открываются последовательно. Давление в камере регулирующей ступени при этом изменяется пропорционально расходу. При дальнейшем повышении нагрузки одновременно открывается клапан дополнительной сопловой группы и клапан внутреннего обвода.

             

Рис. 17.4. Диаграмма распределений относительных давлений и расходов водяного пара для турбины с внутренним обводным парораспределением

17.2. Выбор способа парораспределения паровых турбин

При выборе системы парораспределения исходят из особенностей эксплуатации и назначения турбоустановки в энергосистеме. Если она предназначена для покрытия ее базовой нагрузки, то паровую турбину следует проектировать с максимальным КПД. Для таких условий более эффективным является применение дроссельного парораспределения, которое обычно используется в мощных паровых турбинах АЭС. Но большинство паротурбинных установок ТЭС, включая для энергоблоков мощностью 500 и 800 МВт, вынуждены работать длительное время с частичными нагрузками (до 50% по мощности турбоагрегатов). Поэтому для паровых турбин таких энергоблоков выбирается сопловое парораспределение. При этом в турбинах, работающих длительное время с полной нагрузкой, предпочтительно выбирать меньший теплоперепад для регулирующей ступени, а в турбинах, работающих с резко изменяющейся нагрузкой, – больший теплоперепад.

На рис. 17.5 показаны отличия в изменениях мощности турбин с различными системами парораспределения в зависимости от относительных расходов водяного пара. Здесь  линия ba представляет идеальное сопловое парораспределение с бесконечно большим числом сопловых групп регулирующей ступени. При четырех сопловых коробках, используемых в современных турбинах, изменение мощности представлено линией bheg. Линией bc показано изменение мощности турбины с дроссельным парораспределением. Штриховками отмечены соответствующие выигрыши мощности при использовании соплового парораспределения в сравнении с дроссельным в условиях частичных нагрузок турбоагрегата.

Рис. 17.5. Изменение мощности турбины от расхода

при различных системах парораспределения

17.3. Регулирование мощности энергоблоков способом скользящего давления

Скользящим называют плавное изменение параметров рабочей среды энергоблока (давления и температуры). Различают: 1. скользящие параметры водяного пара (р, t) в период растопки котла, когда при полностью открытых регулирующих клапанах турбины осуществляется постепенный рост давления и температуры свежего пара одновременно с ростом частоты вращения турбоагрегата и, далее, с повышением его нагрузки; 2. скользящее начальное давление (р0=var) в период изменения мощности турбоагрегата как способ регулирования мощности энергоблока. При скользящем начальном давлении (СНД) водяного пара в турбине его температура остается неизменной (t0=const). Благодаря этому повышается маневренность турбоустановки при изменении нагрузки и отсутствует неравномерность температурных полей в поперечных сечениях корпуса турбины.

Рассмотрим процесс расширения водяного пара для ЦВД турбины с дроссельным парораспределением при постоянном и скользящем давлениях свежего пара (рис. 17.6). Сплошные линии процесса даны для случая р0=const, h0=const, а пунктирными – р0=var, t0=const. Если температура пара после промежуточного перегрева поддерживается постоянной, то его давление за ЦВД при полностью открытых клапанах ЦСД будет меняться пропорционально расходу. Тогда при одном и том же соотношении G/G0 процессы расширения пара в ЦСД и ЦНД при скользящем давлении будут такими же, как и при дроссельном регулировании (НiЦСД+ЦНД=const). Давление пара перед первой ступенью ЦВД будет определяться его расходом, причем при сниженной нагрузке в режиме скользящего давления р0ск будет несколько выше, чем при дроссельном парораспределении из-за большего удельного объема пара, обусловленного более высокой температурой. Энтальпия пара за ЦВД при использовании СНД h2скh2др (разница составляет значение h2). Такое же неравенство энтальпий имеет место для водяного пара на входе в ЦВД турбины (h0ск1h0др1) с разницей h0. Можно показать, что h0h2, т.е. при скользящем давлении имеется выигрыш в экономичности. Тогда прирост внутренней мощности при использовании СНД

                                            Ni=NiскЦВД-NiдрЦВД=G(h0-h2)=Ghск.                          (17.2)

Рис. 17.6. Процесс расширения в ЦВД конденсационной турбины с дроссельным

парораспределением при постоянном и скользящем начальных давлениях

Регулирование мощности способом скользящего начального давления применяется в крупных энергоблоках в сочетании с сопловым парораспределением турбины. Для блоков мощностью Nэ1000 МВт скользящее начальное давление совмещают и с дроссельным парораспределением турбин. При этом термодинамический выигрыш, определяемый параметрами водяного пара перед турбиной и в конденсаторе, не зависит от того, каким путем достигается скользящее давление перед турбиной: изменением частоты вращения питательного насоса, или дросселированием рабочей среды в питательных клапанах котла, либо дросселированием в специальных задвижках.

Термодинамический выигрыш от применения СНД вместо, например, дроссельного парораспределения обусловлен не самим по себе устранением дросселирования водяного пара в регулирующих клапанах турбины, а непостоянством его удельной теплоемкости, вследствие чего при дросселировании свежего пара понижается его температура.  Если бы вместо водяного пара в качестве рабочей среды использовался совершенный газ с ср=const, то рассмотренного эффекта не было бы. Для водяного пара выигрыш от использования СНД тем больше, чем круче изотермы в h,s- диаграмме, т.е. возрастает с повышением начального давления р0 и температуры t0. Эффективность использования СНД увеличивается при наличии промежуточного перегрева в энергоблоке, поскольку рост конечной  энтальпии h2ск в ЦВД турбины (рис. 17.6) уменьшает расход теплоты во вторичном пароперегревателе.

       Преимущества от использования СНД в энергоблоках:

  1.  увеличивается маневренность блока, т.к. температура водяного пара перед первой ступенью турбины всегда постоянна и, следовательно, температура наиболее горячих элементов ЦВД. Температурное состояние турбины в целом позволяет производить изменение нагрузки с любой скоростью;
  2.  возрастает срок службы главного паропровода, котла, клапанов и задвижек (до 30%), т.к. они при СНД работают длительное время при меньших давлениях и постоянной температуре;
  3.  при использовании СНД растает располагаемый теплоперепад турбины во всем диапазоне частичных нагрузок, что экономически выгодно;
  4.  уменьшение изменений в тепловом состоянии турбины при частичных нагрузках дает возможность использовать следующие скорости набора нагрузки для энергоблоков: с газомазутными котлами 4%/мин от номинального значения; с пылеугольными котлами 2%/мин; в аварийных режимах до 7%/мин;
  5.  возможен перевод деаэратора на режим скользящего давления, что дает около 0,3-0,4% прироста экономичности энергоблока;
  6.  минимально допустимая нагрузка турбины при использовании СНД не ограничивается.

Использование СНД, например, для энергоблока мощностью Nэ=300 МВт дает экономию 2750 т твердого и 5200 т жидкого топлива в год.

Недостатки, связанные с применением СНД в энергоблоках:

  1.  ухудшается в 1,5…2 раза приемистость блока при наборе нагрузки, т.к. она определяется приемистостью котла, которая при переводе на СНД снижается. Этот недостаток компенсируется перефорсировкой топочной камеры котла, которая дает скорость изменения нагрузки 10-15 %/мин от номинального значения;
  2.  для турбин с сопловым парораспределением наличие СНД в области высоких нагрузок {(0,75…1,0)Nэ,ном} не дает преимуществ. Поэтому до уровня 0,75Nэ,ном используется регулирование мощности турбины посредством обычного соплового парораспределения, а далее до уровня 0,3Nэ,ном при двух закрытых сопловых коробках применяется регулирование способом скользящего начального давления. Ниже нагрузки 0,3Nэ,ном работа котла становится неустойчивой.

17.4. Особенности перевода энергоблока на скользящее начальное давление

Общая последовательность перехода на режим СНД приводится на примере энергоблока мощностью 800 МВт:

  1.  изменяют нагрузку блока до 720 МВт закрытием регулирующего клапана турбины при неизменном давлении свежего пара (р0=const) со скоростью 10-15 МВт/мин;
  2.  дальнейшее снижение нагрузки осуществляют при скользящем начальном давлении со скоростью до 20 МВт/мин;
  3.  при исчерпании диапазона регулирования турбопитательным насосом (ТПН) система регулирования котла переводится на управление регулирующими питательными клапанами (РПК) котла;
  4.  при перепаде давления на РПК около 5 МПа дальнейшее снижение нагрузки осуществляется прикрытием регулирующих клапанов турбины.

Надежность работы энергоблоков СКД на скользящем давлении в диапазоне давления р0=10-25 МПа определяется устойчивостью движения двухфазной среды в экранных поверхностях нагрева котла. При понижении давления до 10-14 МПа возникают пульсации давления и неравномерная раздача рабочей среды в коллекторах. Поэтому требуются мероприятия для уменьшения теплогидравлических разверок. Например, установка перемычек в низкорадиационной части котла и дроссельных шайб в подводящих трубах позволяют разгружать котел до 40%.

    Особенности в использовании питательных насосов при регулировании мощности энергоблока способом СНД:

  1.  для турбопривода питательного насоса также осуществляется режим скользящего давления, что позволяет уменьшить затраты энергии на его привод;
  2.  выгоднее использовать конденсационную турбину для привода питательного насоса в сравнении с турбиной типа Р (турбиной с противодавлением);
  3.  для блоков 300 МВт переход энергоблока на СНД требует помимо ТПН установки питательных электронасосов (ПЭН);
  4.  для блоков мощностью более 300 МВт применяется переключение приводной турбины питательного насоса на отбор пара с более высокими параметрами;
  5.  для энергоблоков, где используются только питательные электронасосы, при регулировании способом СНД сначала  отключают один ПЭН, а далее для изменения давления используется РПК котла. Расширение регулировочного диапазона асинхронных двигателей ПЭН возможно на основе применения резисторных установок.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21095. Національне відродження 20-х рр. XX ст 24.41 KB
  громадянська війна в Україні закінчилася. Відомо що в період громадянської війни етнічні українці у більшовицькій партії в Україні складали тільки близько 1 . Тому політика коренізації здійснювалась у двох напрямах: українізації та створення необхідних політичних соціальних і економічних умов для культурного розвитку національних меншин. У цей час в Україні працював видатний педагог і письменник Антон Семенович Макаренко 18881939.
21096. Культура України 30-х рр. XX ст. «Розстріляне відродження» 28.22 KB
  Українізацію було повністю згорнуто а найпомітніших діячів національної культури ніби на підтвердження пророчих слів одного з персонажів сатиричної комедії М. становлять собою не тільки одну з найтрагічніших сторінок української історії але й відвертий злочин проти традиційної селянської культури життя і господарювання на звязках з якою розвивалася вся попередня національна культурна традиція. Однак добре розвивалася лише технічна і природознавча діяльність тоді як гуманітарні науки викладалися вкрай тенденційно і обмежено що пізніше...
21097. Культура України в 40-80-х рр. XX ст 25.78 KB
  Культура України в 4080х рр. Всього за межі України було вивезено понад 40 тис. Брутальній критиці та обвинуваченням у перекрученнях буржуазнонаціоналістичного характеру були піддані роботи істориків України Короткий курс історії України Нарис історії України. Рильського за його доповідь Київ в історії України Річниця Шевченка поетичні твори Київські октави.
21098. Культура незалежної України 23.73 KB
  Культура незалежної України Проголошення незалежності України 24 серпня 1991 р. Верховна Рада України ухвалила Основи законодавства про культуру якими передбачені заходи подальшого розвитку української національної культури. Верховна Рада України провела слухання на тему Культурна політика в Україні: пріоритети принципи та шляхи реалізації. показав що українська мова є рідною для 675 населення України.
21099. Визначення поняття «культура», її структура та основні функції 19.29 KB
  Термін культура вперше зустрічається в одному з творів знаменитого римського оратора Цицерона 45 р. Як самостійна наукова категорія культура фіксується вперше у працях німецького юриста С. У подальшому слово культура отримало ще більш узагальнене значення яке охоплювало собою сукупність створених людськими спільнотами традиційних благ і цінностей.
21100. Перші паростки культури на українських землях у найдавніші часи 17.16 KB
  Перші паростки культури на українських землях у найдавніші часи. Виникнення культури нерозривно повязано з появою людини. Загальні закономірності розвитку культури у первісну добу на українських землях були такими самими як в інших регіонах земної кулі проте були й деякі особливості. З огляду на це питання про генетичні витоки української культури має сьогодні неабияке значення і викликає у своєму розвязанні доволі гострі зумовлені актуальними проблемами в житті нашого суспільства суперечки.
21101. Трипільська культура 18.72 KB
  Трипільська культура. Найбільшого розвитку в цей час в добу енеоліту досягла трипільська культура названа так від с. Потретє за своїм походженням трипільська культура хоч і була повязана з БалканоНижньодунайським регіоном але в процесі поширення на нові східні території включала в себе на різних етапах елементи місцевих неолітичних та енеолітичних культур. Почетверте трипільська культура відзначається розташуванням поселень певними зосередженими групами з проміжними менш заселеними територіями.
21102. Кімерійці, скіфи, сармати, їх культура та світогляд 19.74 KB
  Але історичні відомості про скіфів містяться в іноземних джерелах. Одним із перших про скіфів написав Геродот який присвятив їм окрему книгу своєї Історії і не лише яскраво змалював побут і звичаї тих народів які заселяли українські землі під назвою скіфів а й навів дані про їх релігійні погляди міфологію. У випадку скіфів такою ознакою послужила характерна форма півсферичних посудинчаш характерних для кочівників і більш позаднього часу. Поховання кочівницьких скіфів відрізняються від поховань осідлого населення.
21103. Давньогрецька культура на теренах України 15.24 KB
  Північне Причорноморя входило до сфери колонізації руху греків яких привертали сюди родючі землі велика кількість риби в гирлах річок можливість вести широку торгівлю з племенами північних причорноморських степів скіфами синдами меотами та ін. Античні міста Північного Причорноморя жили самостійним життям зберігаючи проте торгові та культурні звязки зі своїми метрополіями. Велику роль в їх економічному житті відігравала торгівля з містами Греції та Малої Азії а також з племенами причорноморських степів. В містах Північного...