Парова турбіна складається з однієї або декількох послідовно розташованих рівнів, в яких відбувається подвійне перетворення енергії: потенційна і внутрішня енергія пара перетворюються в соплах і лопатках в кінетичну енергію, а кінетична енергія, а також робота сил, що виникають в процесі її перетворення в робочому колесі - в механічну енергію, передану безперервно обертається валу.
За принципом роботи парові турбіни класифікуються на активні (розширення пара відбувається тільки в соплах) і реактивні (розширення пара відбувається в соплах і на робочих лопатках).
За типом парові турбіни прийнято розділяти на: конденсаційні турбіни (тип К); конденсаційні з теплофікаційних відбором (Т); конденсаційні з регульованими відборами на промислові потреби і теплофікацію (ПТ); з протитиском (тип Р); з протитиском і відбором (ПР); конденсаційні з відбором пари на промислові потреби (П).
Принципова схема паротурбінної енергетичної установки (ПТУ) приведена на рисунку.
Принципова схема паротурбінної енергетичної установки
Свіжий пар з котла 1 і пароперегрівача 2 надходить в турбіну 3 і, розширюючись в ній, здійснює роботу, обертаючи ротор електричного генератора 5. Після виходь з турбіни пар надходить в конденсатор 4, де конденсується. Далі конденсат відпрацьованої пари конденсатні насосом 6 прокачується через підігрівач низького тиску 7 в деаератор 8. З деаератора 8 живильним насосом 9 вода подається через підігрівач високого тиску 10 в котел 1.
Парова турбіна і електрогенератор представляють собою турбоагрегат. Підігрівачі 7, 10 і деаератор 8 утворюють систему регенеративного підігріву живильної води з використанням пара з нерегульованих відборів парової турбіни.
Для ефективної роботи пар в турбіну повинен подаватися з високим тиском і температурою (від 13 кг / см2 / 190 oC до 240 кг / см2 / 550оС). Такі умови висувають підвищені вимоги до котельного устаткування, що призводить до суттєвого зростання капітальних вкладень.
Перевагою паротурбінної технології є можливість використання в котлі найширшого спектра палив, включаючи тверді. Однак використання важких нафтових фракцій і твердого палива знижує екологічні показники системи, які визначаються складом відхідних з котла продуктів горіння.
На існуючих теплових електростанціях нові ПТУ доцільно використовувати при відсутності можливості впровадження на них газотурбінних і парогазових технологій.
Парові турбіни з протитиском доцільно використовувати для модернізації котелень з промисловими паровими котлами поширених типів ДКВР, ДЕ (робочий тиск 1,3-1,4 МПа), у яких тиск пари на виході з котлів значно вище, ніж це необхідно для виробничих потреб.
При установці в таких котелень парових протитискових турбоагрегатів малої потужності, що пропускається через ПТУ пар буде спрацьовуватися від початкових параметрів на котлах до тиску, потрібного споживачеві, і в результаті марно втрачається до цього потенціал пара буде використовуватися для вироблення маловитратною електричної енергії.
Виробляється ПТУ електроенергія піде на покриття власних потреб котельні та підприємства, а її надлишок може продаватися в енергосистему. При цьому основним завданням модернізованої котельні продовжує залишатися виробництво тепла, а електроенергія є корисним супутнім продуктом його виробництва, значно поліпшує техніко-економічні показники роботи котельні, і може стати додатковою статтею доходів.
ККД ПТУ в частині генерації електроенергії найнижчий з усіх розглянутих технологій і становить від 7 до 39%, але в складі теплофікаційних систем сумарна ефективність паротурбінної установки може досягати 84% в розрахунку на умовну одиницю витраченого палива.
Зміна електричного ККД конденсаційних паротурбінних установок наведено на рисунку
Зміна електричного ККД при зміні одиничної потужності конденсаційних паротурбінних установок
Складність комплексної оцінки інформації по паротурбінних установок полягає в їх великій різноманітності як по типу (К, П, ПТ, Т, Р, ПР), так і за початковими параметрами (від 13 кг / см2 і нижче до 240 кг / см2). У теплофікаційних ПТУ електрична потужність, витрата пари на турбіну визначається величиною теплового навантаження в парі і в мережевій воді. Техніко-економічні показники кожної турбіни повинні визначатися по діаграмах режимів з урахуванням всіх особливостей її роботи.