Работа блока на частичных нагрузках

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 17Следующая ⇒

Одним из вариантов перехода блока с одного режима на другой является изменение расхода пара через турбину, которое достигается различными способами парораспределения, что влияет на тепловой процесс турбины.

Мощность турбоагрегата рассчитывается следующим образом:

где — срабатываемый теплоперепад в турбине.

Таким образом, существует несколько путей повлиять на мощность турбины:

1) Изменением расхода пара в голову турбины (количественное регулирование), тогда:

;

следовательно, необходимо держать параметры p и t постоянными.

2) Применением качественного регулирования, в этом случае:

;

Количественное регулирование имеет один существенный недостаток — необходимость настройки системы регулирования для поддержания
, что является тяжелым процессом и с экономической точки зрения считается нецелесообразным.

Недостаток качественного регулирования заключается в переходных процессах, происходящих в проточной части турбины и влияющих на надежность не только самой паровой турбины, но и на работу хвостового оборудования — конденсатора, ПНД.

Исходя из этого на всех турбинах применяется комбинированное регулирование:

;

Такое регулирование наиболее оптимально при любом виде парораспределения. Сложность такого регулирования заключается в том, чтобы для каждого установить соответствующий теплоперепад , т.е. должно выполняться соответствие следующему уравнению:

Рассмотрим два способа парораспределения: дроссельное и сопловое.

Дроссельное парораспределение

При дроссельном парораспределении все количество пара, подводимого к турбине при сниженных нагрузках, подвергается дросселированию, что является существенным недостатком данного способа парораспределения, после чего пар поступает в общую для всех клапанов сопловую группу.

Рассмотрим тепловой процесс расширения пара в h, s-диаграмме для турбины с дроссельным парораспределением, представленным на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Процесс расширения пара в h, s-диаграмме для турбины с дроссельным парораспределением

Представим, что при расчетном режиме дроссельный клапан полностью открыт, тогда процесс расширения пара в турбине будет представлен линией ab. При снижении нагрузки дроссельный клапан чуть прикрывается, при этом энтальпия остается той же (точка c), а давление пара перед соплами первой ступени понизится с до . Давление отработавшего пара при расчетной и сниженной нагрузке будем считать постоянным и равным .

Располагаемый теплоперепад проточной части турбины при снижении расхода пара уменьшится с до и процесс расширения пара будет представлен линией cd.

Относительный внутренний КПД турбины при снижении расхода пара также уменьшится и станет равным:

Умножая числитель и знаменатель на располагаемый теплоперепад , взятый по состоянию пара за дроссельным клапаном, получаем:

Таким образом относительный внутренний КПД турбины с дроссельным парораспределением зависит от двух показателей: от степени совершенства работы проточной части турбины при изменяющемся в результате дросселирования располагаемом теплоперепаде ( ) и от коэффициента дросселирования . Коэффициент дросселирования определяется только относительным расходом пара, протекающего через турбину, и его параметрами.

Для исключения недостатка дроссельного регулирования применяют сопловое.

Сопловое парораспределение

ЦВД условно делят на две части (до и после регулирующей ступени (РС)) и применяют парциальную подачу пара:

Рис. 5.3. Парциальная подача пара в турбину

Свежий пар по двум паропроводам смешивается в паросборнике и разделяется на четыре потока. За РС пар смешивается и общим потоком идет в ЦВД.

Давление пара за РС, как и в любой точке конденсационной турбины рассчитывается по упрощенной формуле Стодола-Флюгеля:

Три клапана обеспечивают номинальный режим работы, а четвертый клапан называется перегрузочным и предназначен для работы при нагрузках выше номинальных.

Режим работы турбины при полностью открытой I группы регулирующих клапанов, а остальные закрыты, по условиям прочности является наиболее тяжелым для сопловых и особенно для рабочих лопаток РС, так как изгибающее напряжение в рабочей решетке при этом режиме максимальны и эти напряжения действуют периодически, во время прохождения лопаток возле открытой сопловой решетки I группы клапанов. Таким образом, эти колебания повторяются каждый раз при последующем обороте вала турбины, что приводит к опасным колебаниям лопаток, приводящих к усталостным поломкам.

Поэтому на сегодняшний день применяют следующую схему подвода пара:

Рис. 5.4. Современное распределение подвода пара в турбину

Как видно, из рис. 5.4 для смягчения выкручивающего момента во-первых подвод пара осуществляют к разделенным противорасположенным окошкам во-вторых сделали так, что I и II группа клапанов работает одновременно.

Рассмотрим тепловой процесс расширения пара в h, s-диаграмме для турбины с сопловым парораспределением, представленным на рис. 5.5.

Рис. 5.5. Процесс расширения пара в h, s-диаграмме для потоков в регулирующей ступени

При сопловом парораспределении следует различать два потока пара. Первый поток, основной, протекающий через полностью открытые регулирующие клапана и подходящий к сопловым сегментам регулирующей ступени почти без дросселирования с начальным давлением , близким к давлению свежего пара. Второй поток пара, проходящий через частично открытый клапан и подвергающийся дросселированию, имеет давление значительно меньше давления свежего пара. Таким образом, теплоперепад и абсолютная скорость выхода пара из сопловой решетки в первом потоке выше, чем во втором.

В камере регулирующей ступени происходит смешивание обоих потоков пара с энтальпией, выражаемой из уравнения смешения:

где — расход основного потока пара, — расход пара, подвергающегося дросселированию в частично открытом клапане; — суммарный расход пара через турбину, равный .

Роль использования соплового регулирования заключается в получение экономической выгоды по сравнению с дроссельным регулированием.

График зависимости распределения давлений по клапанам от коэффициента нагрузки по расходу пара представлен на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Распределение давлений по клапанам от нагрузки при сопловом регулировании

Скользящее регулирование

Для исключения недостатков дроссельного и соплового парораспределения при изменении нагрузки применяют скользящее регулирование.

При блочной компоновки пуск турбины производится одновременно с растопкой котла, т.е. на скользящих параметрах пара. При этом повышение нагрузки турбины вплоть до номинальной осуществляется при постепенно нарастающих давлениях и температуре свежего пара, при полностью открытых клапанах. Нагрузка изменяется примерно пропорционально давлению свежего пара, длительная работа при пониженном давлении повышает надежность и долговечность поверхностей нагрева котла и паропроводов, идущих к турбине.

Еще одно преимущество заключается в том, что давление перед турбиной меняется плавно, а температура остается постоянной, благодаря чему температура большинства ответственных элементов турбины сохраняется неизменной: отсутствует неравномерность температурных полей в поперечных сечениях корпуса турбины; отсутствие относительного теплового расширения (или укорочения) ротора; снижение напряжений изгиба в лопатках первой ступени. Следовательно улучшается маневренность и надежность работы турбины.

Рассмотрим тепловой процесс расширения пара в h, s-диаграмме для турбины с дроссельным (сплошная линия) и скользящем (штриховая линия) регулированием при сниженных нагрузках, представленным на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Процесс расширения пара в h, s-диаграмме для потоков в регулирующей ступени

При постоянной температуре после промперегрева давление за ЦВД при полностью открытых клапанах ЦСД будет меняться пропорционально расходу пара и при одном и том же коэффициенте нагрузки по расходу процессы расширения пара в ЦСД и ЦНД для дроссельного и скользящего регулирования будут одинаковыми. Следовательно, мощность ЦСД и ЦНД не зависит от способа регулирования.

При скользящем давлении свежего пара температура и давление его перед первой ступенью ЦВД при сниженных нагрузках выше, чем при дроссельном регулировании, поэтому, начальная энтальпия выше. Энтальпия пара за ЦВД при этом тоже выше, но на несколько меньшее значение.

Таким образом, внутренняя мощность ЦВД при регулировании скользящем давлением больше, чем при дроссельном, на величину:

Так как , .

Для случая, когда расход пара после промперегрева равен расходу свежего пара, абсолютный внутренний КПД турбины при сниженной нагрузке можно выразить как:

	(5.1)
	(5.2)

где — используемый теплоперепад ЦСД и ЦНД турбины с учетом регенеративных отборов.

Анализируя вышеприведенные формулы (5.1) и (5.2) можно прийти к заключению, что , поскольку . Таким образом, скользящее регулирование с точки зрения экономичности более предпочтительнее, чем дроссельное.

Однако, расчеты показывают, что при сравнении скользящего регулирования с сопловым экономичность турбоустановки может отличаться как в положительную, так и в отрицательную сторону. При нагрузках > 0, 8 экономичность соплового парораспределения несколько выше, а при = 0, 53…0, 58 она одинакова, как при скользящем так и при сопловом регулировании.

Рассмотрим два режима работы при = 0, 5 (красная линия) и = 0, 7 (синяя линия) и выясним как будет изменяться давление пара перед РС турбиной, снабженной сопловым парораспределением при скользящем регулировании (см. рис. 5.1).

Как видно из графика при нагрузке = 0, 5 и полном открытии I, II и III группы клапанов давление перед РС турбиной окажется равным , а при нагрузке = 0, 7 и полном открытии I, II, III и IV группы клапанов давление перед турбиной окажется равным

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒