При сопловом парораспределении

При использовании соплового парораспределения и постоянного давления перед клапанами при частичной нагрузке одни регулирующие клапаны (РК) могут быть полностью открыты, а другие - лишь частично (рис. 5.3, 5.4).

Рис.5.4. Схема соплового парораспределения Рис.5.5. Процесс расширения пара на частичной нагрузке с сопловым парораспределением и постоянным давлением перед турбиной→

►S

Весь поток пара условно можно разделить на потоки, идущие через полностью и частично открытые клапаны. В первом случае поток дросселированию не подвергается, во втором - дросселирование происходит в зависимости от степени открытия клапана. В камере регулирующей ступени (РС) оба потока перемешиваются, параметры выравниваются и становятся равны параметрам смешения.

Дальнейшее расширение условно представляют идущим из точки смешения.

Наибольшим механическим нагрузкам подвергается РС. Теплоперепады по различным потокам и перепады давлений в них различны (давление в сегментах сопловой коробки и в камере РС изменяются пропорционально изменению расхода), диск РС нагружается механически неравномерно и в нём возникают изгибные напряжения. Чтобы по возможности избежать одностороннего давления пара на диск РС выбирают соответствующую очерёдность подачи пара в сопловую коробку: одновременно с диаметрально-противоположных сторон.

Р ис.5.6. Изменение КПД регулирующей ступени

Т.к. трудно точно построить отдельные процессы для потоков в регулирующей ступени, заводы выдают итоговую зависимость КПД регулирующей ступени от расхода пара (рис. 5.6) =

Экономичность турбины при частичных нагрузках при сопловом парораспределении выше, чем при дроссельном.

КПД регулирующей ступени всегда ниже, чем последующих ступеней, что связано также с потерями энергии за счёт парциальности подвода пара.

------------------------------------------------------------------------------------------------------

Работа турбины при скользящем начальном давлении

Использование скользящего давления возможно при блочной компоновке оборудования. В этом случае начальное давление понижается за счет уменьшения расхода питательной воды и регулирования его насосом. При этом начальная температура остается постоянной, а регулирующие клапаны остаются в открытом положении.

Процесс расширения (рис. 5.7) при Р₀=const идет от hо, а при Р₀=var от hо_ск. При Р₀=var и tо=const начальная энтальпия hо_ск даже возрастает; температурное состояние регулирующей ступени, всей проточной части и температура пара на выходе из ЧВД остается более высокой из-за отсутствия процесса дросселирования. Т.к. температурное состояние регулирующей ступени практически не меняется во всем диапазоне изменения нагрузки, надежность этого режима для турбоагрегата выше.

При скользящем давлении с изменением режима меняется также цикл ПТУ (рис. 5.8.). На номинальном режиме на Ts-диаграмме он изображается контуром a₀b₀c₀d₀e₀, а при частичном – a₀bcde. Удаление параметров цикла от оптимальных по мере снижения нагрузки определяет снижение термического к.п.д. _t , которое, однако менее интенсивное, чем при дросселировании. Это объясняется тем, что процесс дросселирования пара в регулирующих в регулирующих клапанах турбины d₀d₁ (см. рис 5.8.) сопровождается понижением температуры пара перед турбиной. Поскольку с термодинамической точки зрения эффективность цикла определяется параметрами пара перед турбиной и не зависит от линии подвода теплоты, полученный цикл a₀b₀c₀d₁e₁ эквивалентен циклу a₀bcd₁e₁

Рис. 5.7. Процесс расширения пара при скользящих параметрах.

Последний же практически совпадает с циклом скользящего давления по давлению перед турбиной, но отличается от него меньшей температурой. Вследствие отмеченного скользящее давление по термическому к.п.д. цикла при частичных нагрузках превосходит постоянное, сочетаемое с дроссельным парораспределением. Этот термодинамический выигрыш,

Рис 5.8. Циклы ПТУ при постоянном и скользящем начальном давлении пара.

определяемый параметрами пара перед турбиной и в конденсаторе, не зависит от того, каким путем достигается скользящее давление: изменением угловой скорости питательного насоса или дросселированием рабочей среды в питательных клапанах котла либо в специальных задвижках, встроенных в пароводяной тракт. Из этого следует, что термодинамический выигрыш от применения скользящего давления вместо дроссельного парораспределения при постоянном давлении обусловлен не самим по себе устранением дросселирования рабочего тела, а непостоянством удельной теплоемкости пара C_p, вследствие чего при дросселировании свежего пара понижается его температура.

При использовании водяного пара этот выигрыш тем больше, чем круче изотермы на is-диаграмме, т. е. возрастает с повышением номинального давления свежего пара.

При идеальном сопловом парораспределении (кривая 3 на рис.5.9.,а.и.б) _t во всем диапазоне режимов выше, чем при скользящем давлении.

Реальная же установка с сопловым парораспределением, имеющая четыре сегмента сопел регулирующей ступени, в которой подвод пара к первым двум сегментам сопл изменяется одновременно, совпадает по _t с предыдущей, как показано выше, только при номинальной нагрузке и режиме с полным подводом пара к этим двум группам (точки А и В на рис.5.9.). При меньших нагрузках реальное сопловое парораспределение превращается, по существу, в дроссельное. Это связано с заметным снижением термического к.п.д. цикла (кривая 4).

Как следует из графика, в области низких нагрузок скользящее давление по _t превосходит реальное сопловое парораспределение. Вместе с тем в определенной области высоких нагрузок выше _t турбин с реальным сопловым парораспределением. Ширина этой области тем меньше, чем выше параметры свежего пара при номинальном режиме и чем больше нагрузка, обеспечиваемая двумя группами сопел регулирующей ступени.

Рис.5.9. Зависимость термодинамического к.п.д. цикла ПТУ от относительного расхода пара: а – без промперегрева пара; б – с промперегревом пара. 1 – скользящее давление; 2 – постоянное давление, дроссельное парораспределе-ние; 3 – постоянное давление, идеальное сопловое парораспределение; 4 –реальное сопловое парораспределение; 5 – комбинированное регулирование.

Рассмотрим влияние промперегрева пара на эффективность применения СНД.

ЧНД турбины с промперегревом можно рассматривать как конденсационную турбину, работающую при скользящем давлении p_п в промежуточном перегревателе. Процессы расширения C₀D₀ и CD (см. рис. 5.10) в этой части соответственно при номинальном и частичном расходе пара не зависят от способа регулирования ЧВД. Количество теплоты, отводимое от пара в конденсаторе, при равных расходах пара одинаково для турбин с ЧВД, работающими при постоянном и скользящем давлении.

Процессы изоэнтропийного расширения в ЧВД при частичной нагрузке изображаются соответственно линиями А₀B" для соплового парораспределения, A₀B – для дроссельного парораспределения при постоянном давлении и A'B' при скользящем. Повышение энтальпии пара за ЧВД при скользящем давлении уменьшает количество теплоты, которое должно быть подведено к пару в промежуточном перегревателе. Этот возврат теплоты приносит дополнительный выигрыш для турбин, работающих при скользящем давлении.

Рис. 5.10. Процессы изоэнтропного расширения в турбине с промперегревом при скользящем и постоянном давлении А0B" – сопловое парораспределение; A0B – дроссельное парораспределение; A'B' – скользящее парораспределение; C0D0 – номинальная нагрузка; CD – частичная нагрузка, независимо от типа парораспределения.

Недостатком использования скользящего давления является снижение мобильности блока. В этом случае мобильность блока целиком определяется мобильностью котла, инерция которого весьма значительна и измеряется минутами. Поэтому энергоблоки, которые эксплуатируются на скользящем давлении, не могут участвовать в регулировании частоты сети, когда изменение мощности требуется в течение нескольких секунд.