Турбіна проміжного перегріву

Парова турбіна проміжного перегріву

Парова турбіна проміжного перегріву — це енергогенеруюча установка, яка використовує технологію перегріву пари для підвищення теплової ефективності, в основному використовується на великих теплових електростанціях та системах комбінованого виробництва тепла та електроенергії (ТЕЦ). Обладнання працює шляхом повернення частково розширеної пари з циліндра високого тиску до перегрівача котла для вторинного нагрівання. Після того, як її температура відновлюється близько до початкових параметрів, пара направляється в циліндри проміжного та низького тиску для продовження виконання роботи, зрештою випускаючись у конденсатор для завершення циклу перетворення енергії.

Ця турбоагрегатна установка має багатоциліндрову конструкцію, що включає циліндри високого, середнього та низького тиску. Лопаті останнього ступеня можуть досягати довжини до 1,5 метрів, що дозволяє працювати за умов низького тиску та високого об'ємного потоку. Цикл повторного підігріву допомагає контролювати вміст вологи в парі в прийнятному діапазоні, що покращує відносний внутрішній ККД турбіни та покращує умови роботи лопатей останнього ступеня. Система разом з котлом та конденсатором утворює цикл Ренкіна, досягаючи загального ККД понад 45%.

Принцип роботи парових турбін проміжного перегріву: Пара, що надходить у турбіну, розширюється до певного тиску, після чого повністю відсмоктується та направляється до перегрівача котла для нагрівання. Потім вона повертається до турбіни для продовження розширення та виконання роботи. Порівняно з конденсаційними турбінами та турбінами з регульованим відсмоктуванням, єдина структурна відмінність турбіни проміжного перегріву полягає в її системі проміжного перегріву, яка є значною за розміром. Крім того, потужність, що виробляється перегрітою парою, що проходить через циліндри проміжного та низького тиску, становить приблизно дві третини від загальної потужності установки. Отже, під час відмови навантаження турбіна схильна до значного перевищення швидкості через цю характеристику.

Парова турбіна проміжного нагріву значно оптимізує процес перетворення енергії завдяки вбудовуванню перегрівача між циліндром високого тиску та циліндрами проміжного/низького тиску. Пара, частково розширена в циліндрі високого тиску, перенаправляється до котла для нагріву до температури, близької до початкового значення, перш ніж потрапити до наступних циліндрів для подальшої роботи.

Основні характеристики включають:

1. Підвищена теплова ефективність та економічні показники: процес повторного нагрівання збільшує робочу здатність пари, зменшує втрати холодопостачання, підвищує коефіцієнт корисної дії циклу до понад 45% та знижує нормалізовану вартість електроенергії протягом тривалої експлуатації.

2. Зниження вмісту вологи та ризику ерозії лопаток останнього ступеня: повторне нагрівання покращує сухість пари, ефективно контролюючи вміст вологи у вихлопних газах, зменшуючи ерозію лопаток останнього ступеня та подовжуючи термін служби обладнання.

3. Структурна складність та багатоциліндрова конструкція: вимагає конфігурації циліндрів високого, середнього та низького тиску разом зі з'єднувальними трубопроводами, що призводить до високої системної інтеграції. Підходить для блоків великої потужності (наприклад, понад 200 МВт).

4. Характеристики регулювання та проблеми керування: Пара, що зберігається в трубопроводах повторного нагріву під час скидання навантаження, може призвести до швидкого збільшення швидкості, що вимагає використання головних запірних/регулювальних клапанів циліндрів середнього тиску, байпасних систем та динамічних стратегій керування надмірним відкриттям для забезпечення стабільності.

5. Сценарії застосування та масштабування потужності: В основному використовується на великих теплових електростанціях та системах ТЕЦ з високими параметрами. Конструкції можуть включати одинарні або подвійні ступені повторного нагрівання для різних рівнів тиску (наприклад, початковий тиск пари понад 12 МПа), що розширює верхню межу потужності одного блоку.

Завдяки впровадженню циклу повторного нагрівання в процес розширення пари, парова турбіна з проміжним повторним нагріванням значно підвищує термодинамічну ефективність циклу та покращує експлуатаційні характеристики. Її основні функції включають підвищення теплового ККД, контроль вологості пари, збільшення вихідної потужності та оптимізацію робочих умов лопатей кінцевого ступеня.

1. Підвищення теплової ефективності: Ця технологія передбачає повернення пари після відбору в циліндрі високого тиску до перегрівача котла для вторинного нагрівання до температури, близької до початкової, а потім її подачу в циліндри проміжного та низького тиску для подальшого розширення. Це ефективно збільшує падіння ентальпії в циліндрі низького тиску, зменшує втрати холоду та підвищує загальний тепловий ККД циклу до понад 45%, що робить її особливо придатною для великопотужних теплових енергоблоків.

2. Контроль вологості пари: Зі збільшенням тиску пари просте ізоентропічне розширення призводить до підвищення вологості вихлопних газів, що спричиняє пошкодження внаслідок ерозії крапель води. Проміжний повторний нагрів значно знижує кінцевий вміст вологи після розширення, відновлюючи перегрів шляхом вторинного нагрівання, тим самим зменшуючи ерозію лопатей останнього ступеня та подовжуючи термін служби обладнання.

3. Підвищення вихідної потужності та адаптивності: Цикл повторного підігріву дозволяє парі вивільняти більше енергії в циліндрах проміжного та низького тиску, покращуючи відносний внутрішній ККД установки та загальну вихідну потужність. Одночасно система оптимізує реакцію на навантаження за допомогою регулювальних клапанів проміжного тиску та байпасних систем, запобігає перевищенню швидкості під час скидання навантаження та вирішує невідповідності між подачею та потребою в парі між турбіною та котлом при низьких навантаженнях.

4. Оптимізація робочих умов лопатей кінцевого ступеня: Завдяки контролю вмісту вологи процес розширення в циліндрі низького тиску стає більш плавним, зменшуючи удар крапель та покращуючи робоче середовище для лопатей кінцевого ступеня (які можуть досягати 1,5 метра в довжину), тим самим підвищуючи експлуатаційну надійність.