Как измениться мощность турбины

Влияние изменения параметров свежего пара на мощность турбины

Во время работы турбинной установки возникают отклонения не только расхода пара от расчетного, часто не соблюдаются расчетные параметры пара: давления и температуры свежего пара, давления и температуры промежуточного перегрева, имеют место те или иные отклонения в тепловой схеме от номинальных условий ее работы.

Отклонение начального давления пара

Отклонение давления свежего пара от номинального значения может существенно отражаться на развиваемой турбиной мощности. Влияние отклонения давления на мощность зависит от абсолютного уровня давления свежего пара, от противодавления, от способа парораспределения турбины и от режима, при котором работает турбина.

Если выразить внутреннюю мощность турбины таким образом:

изменение мощности может быть найдено как приращение

. Влиянием небольшого отклонения начального давления на КПД турбины обычно можно пренебречь.

Расход пара через сопловые сегменты первой ступени турбины при неизменном открытии регулирующих клапанов пропорционален давлению пара, поэтому можно записать:

Эта пропорциональность точно соблюдается для конденсационных турбин и для турбин, где в соплах регулирующей ступени возникает критическая скорость.

Располагаемый теплоперепад для процесса, протекающего в области перегретого пара, можно представить так:

при изменении только

начального давления, но неизменной энтальпии перегретого пара почти не меняется, находим после преобразования, что

Необходимо подчеркнуть, что этот результат получен в предположении постоянного открытия регулирующих органов парораспределения, причем изменение мощности в этом случае определяется изменением и расхода пара через турбину и располагаемого теплоперепада.

Если при выяснении влияния изменения начального давления на развиваемую турбиной мощность предположить, что расход пара должен сохраняться неизменным, то результат будет определяться условиями работы парораспределения.

Рассмотрим возможные в этом отношении частные случаи.

Допустим, во-первых, что турбина имеет дроссельное парораспределение. Тогда при частичных нагрузках турбины, когда дроссельный клапан открыт не полностью, давление свежего пара при постоянном его расходе через турбину вообще не отразится на мощности турбины. В самом деле, давление пара за дроссельным клапаном определяется только количеством протекающего через турбину пара, а так как это количество по условию сохраняется постоянным, то и давление пара перед первой ступенью сохраняется постоянным, а следовательно, и мощность турбины не изменится (рис. 8.26, а).

Другими словами, все изменения начального давления будут компенсироваться изменением степени дросселирования пара в клапане, т. е. разным открытием регулирующего клапана.

В турбине с сопловым парораспределением при повышении давления свежего пара количество пара, протекающего через полностью открытые сопловые группы, возрастает. Сохранение постоянства пропуска пара через всю турбину в этом случае может быть достигнуто, если, одновременно прикрывая регулирующий клапан, сократить пропуск пара через частично открытую сопловую группу. При этом потери от дросселирования пара в этой сопловой группе могут возрасти или сократиться в зависимости от того, какое положение занимал

последний по порядку открытия регулирующий клапан перед изменением начального давления (рис. 8.26, б). Чем больше число регулирующих клапанов, тем меньше влияние на общую экономичность потерь от дросселирования в каждом из них и тем больший выигрыш мощности будет достигаться при повышении давления.

Если турбина имеет сопловое парораспределение с таким большим числом клапанов, так что потерями дросселирования парового потока, протекающего через частично открытый клапан (идеальное сопловое парораспределение), можно пренебречь, то выигрыш мощности, возникающий от повышения давления свежего пара при неизменном его расходе, определится вторым слагаемым в формуле (8.20) и составит приближенно

и 0,1 МПа.

диаграмме дало практически одинаковые результаты в случае турбин с противодавлением, так как расширение пара происходит в области перегретого пара, где уравнения идеального газа более или менее приемлемы.

диаграммы (пунктирная линия), что объясняется переходом линии расширения в область влажного пара.

Как показывают формула (8.21а) и кривые диаграммы рис. 8.27, отклонение давления свежего пара тем сильнее сказывается на мощности, развиваемой турбиной, чем выше противодавление турбины.

Поэтому снижение давления свежего пара перед турбиной, работающей с противодавлением, приводит к большей потере мощности, чем понижение давления перед конденсационной турбиной.

для турбин с дроссельным парораспределением при неизменном пропуске пара давление свежего пара вообще не отражается на мощности турбины, если дроссельный клапан не полностью открыт;

для турбин с идеальным сопловым регулированием давление свежего пара сказывается на экономичности наиболее сильно.

Следует иметь в виду, что регенеративный подогрев питательной воды за счет нерегулируемых отборов из турбины влияет на зависимость экономичности турбины от начального давления (рис. 8.21). В самом деле, при выводе формулы (8.20) предполагалось, что все количество пара расширяется до конечного давления. В турбине с регенерацией часть пара отбирается при повышенных давлениях. Для каждого из потоков отбираемого пара зависимость экономичности от начального давления протекает тем круче, чем выше давление в отборе. Это обстоятельство следует иметь в виду при построении зависимости экономичности турбины с регенерацией от р0.

постоянна, то можно считать, что расход теплоты в котле на 1 кг пара остается неизменным. Поэтому найденное выше изменение мощности, вызванное изменением теплоперепада (но не расхода пара), отвечает изменению экономичности при отклонении начального давления.

Повышение начального давления при неизменной его температуре вызывает некоторое увеличение влажности в последних ступенях конденсационных турбин ТЭС без промежуточного перегрева. Это несколько снижает экономичность последних ступеней и ставит их лопатки в более тяжелые условия работы из-за возможно большей эрозии, а также коррозии под напряжением деталей, находящихся в зоне линии насыщения при повышенной температуре.

для

работа турбины допустима. Если позволяют условия надежности паропроводов, клапанной и сопловой коробок и других элементов в зоне паровпуска, желательно одновременно с повышением давления свежего пара повысить и его температуру. Если повышается начальное давление, то давления по ступеням не изменяются но сравнению с расчетным режимом, соответственно не меняются условия надежности элементов проточной части и осевые усилия. В случае одновременного увеличения расхода пара все эти характеристики надежности изменятся, что требует специальной проверки, особенно но изгибающим напряжениям в последней ступени турбины.

=0,005-^0,01).

Изменение температур свежего пара и промежуточного перегрева

, учитывая, что изменение температуры одновременно сказывается и на мощности, и на начальной энтальпии пара, а следовательно, и на количестве теплоты, расходуемой на 1 кг пара в котле.

Представим мощность турбины в таком виде:

Изменение мощности при отклонении начальной температуры можно определить как приращение

Наконец, третий член суммы

учитывает влияние температуры свежего пара на КПД турбины. В конденсационных турбинах нельзя пренебрегать этим влиянием, так как повышение начальной температуры пара приводит к уменьшению влажности в последних ступенях турбины и к сокращению ступеней, работающих во влажном паре. Это в свою очередь вызывает увеличение внутреннего КПД турбины.

то для конденсационной турбины высоких параметров можно считать, что при повышении начальной температуры на 30—40° С возрастает КПД турбины на 1 %. Это дает

причем следует принимать тем большую величину, чем большая доля теплового перепада приходится на область влажного пара.

получаем

, чему соответствует температура насыщения

и, подставляя найденные величины в уравнение (8.23), находим

Другими словами, при изменении начальной температуры на 1.0е С и при неизменном расходе теплоты мощность турбины изменяется на 0,55% или при неизменной мощности на ту же величину изменяется расход теплоты, т. е. экономичность установки.

за промежуточным перегревателем. Рассмотрим приближенно влияние отклонения этих температур на мощность или на экономичность турбины.

Для простоты дальнейших расчетов допустим, что в системе регенерации все отборы располагаются после промежуточного перегревателя, т. е. в частях среднего и низкого давления турбины.

Напишем выражение мощности турбины:

— использованный теплоперепад части высокого

— приведен-

ный использованный теплоперепад пара от давления за промежуточным перегревателем до давления отработавшего пара, подсчитанный для установки с развитой системой регенерации. Расход теплоты в установке с промежуточным перегревом

Здесь предполагается, что через промежуточный перегреватель протекает все количество пара.

и подставив его в формулу (8.24), получим

этих температур написать

так как

все расширение в ЧВД происходит в области перегретого пара.

После преобразований найдем

Отклонение от номинального значения начальной степени сухости пара

и что согласно формуле (2.88) коэф-

фициенты расхода обратно пропорциональны квадратному корню из степени сухости, то вместо выражения (7.40) получим

расход пара несколько возрастет, немного снизится

располагаемый теплоперепад ЦВД. Недостаточно однозначно изменение при этом КПД проточной части ЦВД. С одной стороны, в первых ступенях потери от влажности могут снизиться, так как согласно § 2.8 и 4.4 в случае практически насыщенного, мелкодисперсного пара перед сопловой решеткой первой ступени потери в связи с неравновесностью процесса могут быть значительными, а при повышенной на входе в ступень влажности и обычно дополнительным выпадением капель влаги они могут даже несколько понизиться. С другой стороны, в последних ступенях ЦВД при повышенной начальной влажности возрастает и степень влажности, и доля в ней крупной влаги, т. е. потери возрастут. Несколько при этом усложнятся условия работы СПП.

записать

Источник

Способы регулирования мощности паровых турбин

На мощность турбины влияют следующие факторы:

расход пара через турбину;
начальные параметры (давление и температура) пара перед турбиной;
конечные параметры пара за турбиной (параметры пара в главном конденсаторе).

Регулировать мощность паровой турбины можно изменением любого из этих параметров. При этом возможно осуществление:

качественного регулирования , при котором мощность турбоагрегата регулируется за счет изменения начальных параметров пара (давления и температуры) при постоянном его расходе через проточную часть;
количественного регулирования , при котором мощность турбоагрегата регулируется за счет изменения расхода пара через проточную часть без изменения его начальных параметров перед турбиной;
смешанного регулирования , представляющего собой комбинацию качественного и количественного регулирования.

Качественный, количественный и комбинированный способы регулирования мощности паровой турбины могут быть осуществлены на практике с помощью следующих мероприятий:

Дроссельное регулирование осуществляется путем изменения степени открытия маневрового клапана – МК перед турбиной (рис. 62), и является простейшим способом регулирования. Максимальная мощность турбины может быть получена при полностью открытом маневровом клапане. При этом проходное сечение клапана максимально и в турбине срабатывается максимально возможный теплоперепад – H_a . Для уменьшения мощности турбины маневровый клапан закрывают. При частично закрытом маневровом клапане в зазоре между клапанной тарелкой и седлом клапана происходит дросселирование пара, которое тем больше, чем больше степень закрытия клапана. Давление пара при этом снижается от значения p до маневрового клапана до некоторого значения p_МК после маневрового клапана при неизменном расходе пара через него. Процесс дросселирования происходит при постоянной энтальпии (i = const , линия А -А на диаграмме), тепловая энергия при этом не расходуется, но способность ее превращаться в механическую работу снижается. Происходит так называемое явление обесценивания теплоперепада. При этом в турбине срабатывается теплоперепад Н_а меньший по значению, чем теплоперепад при полностью открытом клапане Н_а.

Отношение теплоперепадов, срабатываемых в турбине при дросселировании пара в маневровом клапане и без него, называется коэффициентом дросселирования:

Дроссельное регулирование относится к качественному способу регулирования, так как при этом происходит изменение параметров пара перед первой ступенью турбины без изменения его расхода через проточную часть. Основным преимуществом дроссельного способа является его простота, поэтому обычно он используется для регулирования мощности турбоприводов вспомогательных механизмов и турбин заднего хода.

Сопловое регулирование осуществляется изменением числа и комбинации полностью открытых сопловых клапанов и относится к количественному способу регулирования. Весь сопловый аппарат турбины разделяется на группы сопл с индивидуальным подводом пара к каждой группе через свой сопловый клапан – СК (рис. 63.а). При сопловом регулировании изменяется количество работающих сопл и, следовательно, расход пара через проточную часть, при неизменных параметрах пара перед первой ступенью турбины.

Каждая группа сопл рассчитана на определенное фиксированное значение расхода пара: 10, 20, 30 и 50 % от максимального. Комбинируя сочетания работающих групп сопл можно ступенчато, с шагом в 10 %, изменять мощность турбины от 10 до 110 %. Сопловый способ регулирования является более экономичным, чем дроссельный, но не позволяет получить достаточно плавную кривую изменения мощности. Плавность регулирования мощности при сопловом способе регулирования можно обеспечить увеличением количества групп сопл и уменьшением количества сопл в каждой группе, но при этом значительно усложняется система управления турбоагрегатом и конструкция маневрового устройства. Обычно в конструкциях судовых паровых турбин используют не более 3 ÷ 6 групп сопл. Сопловый способ регулирования применим только для активных турбин, или турбин, у которых в качестве первой (регулировочной) ступени применена ступень активного типа.

Дроссельно-сопловое регулирование является смешанным видом регулирования мощности паровой турбины, сочетающим в себе количественное (сопловое) регулирование на основных режимах работы и качественное (дроссельное) – на промежуточных (рис. 63.б).

От маневрового устройства пар по паропроводу направляется непосредственно в нижнюю группу сопл. Регулирование мощности турбины от 0 до 50 % производится только за счет дросселирования пара в маневровом устройстве – МУ. При увеличении мощности турбины от 50 до 100 % вступают в работу сопловые клапаны СК. Путем сочетания открытых сопловых клапанов и частичного дросселирования пара в МУ можно добиться плавной кривой изменения мощности турбины.

В некоторых установках, с целью упрощения системы управления сопловыми клапанами, их открытие осуществляется последовательно от одного приводного механизма: каждый последующий сопловый клапан начинает открываться только после полного открытия предыдущего. При этом дросселирование пара происходит только в частично открытом сопловом клапане, а через полностью открытые клапаны к соплам турбины поступает пар полных параметров. Такой способ регулирования получил название дроссельно-соплового регулирования с блокированными сопловыми клапанами.

Регулирование переменными параметрами пара предполагает изменение мощности паровой турбины за счет изменения параметров пара, вырабатываемого главными котлами. При этом возможны следующие варианты использования переменных параметров пара в котлах (рис. 64):

ступенчатые параметры пара (рис. 64.а). Главные паровые котлы имеют несколько фиксированных значений параметров пара. Каждой ступени давления пара соответствует свой диапазон значений мощности турбины и, соответственно, диапазон скорости хода судна. На участках постоянного давления пара регулирование мощности турбины осуществляется сопловым, дроссельным или дроссельно-сопловым способом;
скользящие параметры пара (рис. 64.б). При таком способе регулирования каждому значению мощности турбины и скорости хода судна соответствует определенное значение давления пара, вырабатываемого главными котлами. Этот способ является наиболее экономичным, но маневренность установки полностью зависит от маневренных качеств главных котлов. Второй особенностью данного способа регулирования является то, что снижение давления пара в главных котлах возможно до некоторого минимального значения, обеспечивающего устойчивую работу вспомогательных механизмов энергетической установки, имеющих турбинный привод;
полускользящие параметры пара (рис. 64.в). При таком способе регулирования мощности всем ходам судна в диапазоне от «СТОП» до определенного уменьшенного хода соответствует фиксированное пониженное значение давления пара в главных котлах. При этом управление турбиной производится сопловыми клапанами (сопловый или смешанный способы регулирования). После полного открытия сопловых клапанов дальнейшее развитие хода судна осуществляется плавным повышением давления пара в главных котлах.

Обводное регулирование применяется при наличии в составе турбоагрегата ступеней экономического хода (рис. 51). На режимах малых ходов судна пар последовательно проходит через проточные части ступеней экономического и полного хода. Увеличение мощности ГТЗА осуществляется постепенным уменьшением расхода пара на ступени экономического хода (вплоть до полного их отключения) за счет открытия байпасных клапанов, перепускающих пар помимо ступеней экономического хода на ступени полного хода. В зависимости от расположения ступеней экономического хода в проточной части турбины различают регулирование с внутренним и с внешним обводом пара (рис. 51).

В современных КТЭУ регулирование мощности главных турбин чаще всего производится комбинированным способом:

на режимах малых ходов применяется дроссельно-сопловое регулирование при поддержании постоянных пониженных параметров пара в главных котлах;
на режимах увеличенных ходов применяется дроссельно-сопловое регулирование в сочетании с обводным регулированием за счет перепуска части пара помимо ступеней экономического хода на ступени полного хода, при поддержании постоянных пониженных параметров пара в главных котлах;
после полного открытия сопловых и байпасных клапанов дальнейшее развитие хода осуществляется плавным повышением параметров пара в главных котлах.

Литература

Судовые энергетические установки. Котлотурбинные энергетические установки. Болдырев О.Н. [2004]

Источник