Паротурбинные установки. Циклы ПТУ.

Паровая турбина состоит из одной или нескольких последовательно расположенных ступеней, в которых происходит двойное преобразование энергии: потенциальная и внутренняя энергия пара преобразуются в соплах и лопатках в кинетическую энергию, а кинетическая энергия, а также работа сил, возникающих в процессе ее преобразования в рабочем колесе — в механическую энергию, передаваемую непрерывно вращающемуся валу.

По принципу работы паровые турбины классифицируются на активные (расширение пара происходит только в соплах) и реактивные (расширение пара происходит в соплах и на рабочих лопатках).

По типу паровые турбины принято разделять на: конденсационные турбины (тип К); конденсационные с теплофикационным отбором (Т); конденсационные с регулируемыми отборами на промышленные нужды и теплофикацию (ПТ); с противодавлением (тип Р); с противодавлением и отбором (ПР); конденсационные с отбором пара на промышленные нужды (П).

Принципиальная схема паротурбинной энергетической установки (ПТУ) приведена на рисунке.

Принципиальная схема паротурбинной энергетической установки

Свежий пар из котла 1 и пароперегревателя 2 поступает в турбину 3 и, расширяясь в ней, совершает работу, вращая ротор электрического генератора 5. После выходи из турбины пар поступает в конденсатор 4, где конденсируется. Далее конденсат отработавшего пара конденсатным насосом 6 прокачивается через подогреватель низкого давления 7 в деаэратор 8. Из деаэратора 8 питательным насосом 9 вода подается через подогреватель высокого давления 10 в котел 1.

Паровая турбина и электрогенератор представляют собой турбоагрегат. Подогреватели 7, 10 и деаэратор 8 образуют систему регенеративного подогрева питательной воды с использованием пара из нерегулируемых отборов паровой турбины.

Для эффективной работы пар в турбину должен подаваться с высоким давлением и температурой (от 13 кг/см2/190 oC до 240 кг/см2/550оС). Такие условия предъявляют повышенные требования к котельному оборудованию, что приводит к существенному росту капитальных вложений.

Преимуществом паротурбинной технологии является возможность использования в котле самого широкого спектра топлив, включая твердые. Однако использование тяжелых нефтяных фракций и твердого топлива снижает экологические показатели системы, которые определяются составом отходящих из котла продуктов горения.

На существующих тепловых электростанциях новые ПТУ целесообразно использовать при отсутствии возможности внедрения на них газотурбинных и парогазовых технологий.

Паровые турбины с противодавлением целесообразно использовать для модернизации котельных с промышленными паровыми котлами распространенных типов ДКВР, ДЕ (рабочее давление 1,3-1,4 МПа), у которых давление пара на выходе из котлов значительно выше, чем это необходимо для производственных нужд.

При установке в таких котельных паровых противодавленческих турбоагрегатов малой мощности, пропускаемый через ПТУ пар будет срабатываться от начальных параметров на котлах до давления, нужного потребителю, и в результате бесполезно теряемый до этого потенциал пара будет использоваться для выработки малозатратной электрической энергии.

Вырабатываемая ПТУ электроэнергия пойдет на покрытие собственных нужд котельной и предприятия, а ее избыток может продаваться в энергосистему. При этом основной задачей модернизированной котельной продолжает оставаться производство тепла, а электроэнергия является полезным сопутствующим продуктом его производства, значительно улучшающим технико-экономические показатели работы котельной, и может стать дополнительной статьей доходов.

КПД ПТУ в части генерации электроэнергии самый низкий из всех рассматриваемых технологий и составляет от 7 до 39%, но в составе теплофикационных систем суммарная эффективность паротурбинной установки может достигать 84% в расчете на условную единицу израсходованного топлива.