Турбина промежуточного перегрева

Паровая турбина с промежуточным перегревом

Паровая турбина с промежуточным перегревом пара — это энергогенерирующая установка, использующая технологию перегрева пара для повышения тепловой эффективности, в основном применяемая на крупных тепловых электростанциях и в системах комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ). Принцип работы оборудования заключается в возврате частично расширенного пара из цилиндра высокого давления в перегреватель котла для вторичного нагрева. После восстановления температуры до значений, близких к исходным, пар направляется в цилиндры среднего и низкого давления для продолжения работы, в конечном итоге отводясь в конденсатор для завершения цикла преобразования энергии.

Данная турбинная установка имеет многоцилиндровую конструкцию, включающую цилиндры высокого, среднего и низкого давления. Длина лопаток конечной ступени может достигать 1,5 метров, что позволяет работать в условиях низкого давления и большого расхода пара. Цикл повторного подогрева помогает контролировать содержание влаги в паре в допустимых пределах, что повышает относительную внутреннюю эффективность турбины и улучшает условия работы лопаток конечной ступени. Система, вместе с котлом и конденсатором, образует цикл Ранкина, обеспечивая общую эффективность, превышающую 45%.

Принцип работы паровых турбин с промежуточным перегревом: Пар, поступающий в турбину, расширяется до определенного давления, после чего полностью отводится и направляется в подогреватель котла для нагрева. Затем он возвращается в турбину, чтобы продолжить расширение и совершить работу. По сравнению с конденсационными турбинами и турбинами с регулируемым отбором пара, единственное структурное отличие турбины с промежуточным перегревом заключается в ее системе промежуточного перегрева, которая имеет значительные масштабы. Кроме того, мощность, вырабатываемая перегретым паром, проходящим через цилиндры промежуточного и низкого давления, составляет приблизительно две трети от общей выходной мощности агрегата. Следовательно, при сбросе нагрузки турбина подвержена значительному превышению скорости вращения из-за этой особенности.

Паровая турбина с промежуточным подогревом пара значительно оптимизирует процесс преобразования энергии за счет установки подогревателя между цилиндром высокого давления и цилиндрами среднего/низкого давления. Пар, частично расширившийся в цилиндре высокого давления, направляется в котел для повторного нагрева до температуры, близкой к его исходному значению, после чего поступает в последующие цилиндры для дальнейшей работы.

К основным характеристикам относятся:

1. Повышенная тепловая эффективность и экономичность: процесс повторного нагрева увеличивает рабочую мощность пара, снижает потери холода, повышает КПД цикла более чем на 45% и снижает удельную стоимость электроэнергии в долгосрочной перспективе.

2. Снижение содержания влаги и риска эрозии в лопатках конечной ступени: повторный нагрев улучшает сухость пара, эффективно контролируя содержание влаги в отработанном воздухе, снижая эрозию лопаток конечной ступени и продлевая срок службы оборудования.

3. Сложная конструкция и многоцилиндровое исполнение: Требуется конфигурация цилиндров высокого, среднего и низкого давления, а также соединительных трубопроводов, что обеспечивает высокую степень интеграции системы. Подходит для энергоблоков большой мощности (например, более 200 МВт).

4. Характеристики регулирования и проблемы управления: Пар, хранящийся в трубопроводе повторного подогрева во время сброса нагрузки, может вызывать резкое увеличение скорости, что требует использования главных запорных/регулирующих клапанов цилиндров промежуточного давления, байпасных систем и стратегий динамического управления перекрытием для обеспечения стабильности.

5. Сценарии применения и масштабирование мощности: В основном используется на крупных тепловых электростанциях с большим количеством параметров и в системах комбинированного производства тепла и электроэнергии. Конструкции могут включать одну или две ступени повторного подогрева для соответствия различным уровням давления (например, начальное давление пара превышает 12 МПа), что расширяет верхний предел мощности отдельного энергоблока.

Введение цикла повторного подогрева в процесс расширения пара позволяет паровой турбине с промежуточным повторным подогревом значительно повысить эффективность термодинамического цикла и улучшить эксплуатационные характеристики. К её основным функциям относятся повышение тепловой эффективности, контроль влажности пара, увеличение выходной мощности и оптимизация условий работы лопаток на заключительной стадии.

1. Повышение тепловой эффективности: Эта технология предполагает возврат пара после отбора рабочей массы из цилиндра высокого давления в подогреватель котла для вторичного нагрева до температуры, близкой к начальной, а затем его подачу в цилиндры среднего и низкого давления для дальнейшего расширения. Это эффективно увеличивает падение энтальпии в цилиндре низкого давления, снижает потери холода и повышает общую тепловую эффективность цикла до более чем 45%, что делает его особенно подходящим для тепловых электростанций большой мощности.

2. Контроль влажности пара: По мере увеличения давления пара простое изоэнтропическое расширение приводит к повышению влажности отработанного пара, вызывая эрозию, вызванную каплями воды. Промежуточный подогрев значительно снижает конечное содержание влаги после расширения за счет восстановления перегрева посредством вторичного нагрева, тем самым уменьшая эрозию лопаток конечной ступени и продлевая срок службы оборудования.

3. Повышение выходной мощности и адаптивности: Цикл повторного подогрева позволяет пару высвобождать больше энергии в цилиндрах среднего и низкого давления, повышая относительную внутреннюю эффективность агрегата и общую выходную мощность. Одновременно система оптимизирует реакцию на нагрузку с помощью регулирующих клапанов среднего давления и байпасных систем, предотвращает превышение скорости при сбросе нагрузки и устраняет несоответствие между потребностью и подачей пара в турбину и котел при низких нагрузках.

4. Оптимизация условий работы лопаток на заключительном этапе: контролируя содержание влаги, процесс расширения в цилиндре низкого давления становится более плавным, уменьшая воздействие капель и улучшая условия работы лопаток на заключительном этапе (длина которых может достигать 1,5 метра), тем самым повышая надежность эксплуатации.