Сторінка 33 з 75
6.4. Типи парових турбін і області їх використання
Для розуміння місця і ролі парових турбін розглянемо їх загальну класифікацію. З великої різноманітності використовуваних парових турбін, перш за все можна виділити турбіни транспортні та стаціонарні.
Транспортні парові турбіни найчастіше використовуються для приводу гребних гвинтів великих суден.
Стаціонарні парові турбіни - це турбіни, що зберігають при експлуатації незмінним своє місце розташування. У цій книзі розглядаються тільки стаціонарні парові турбіни.
У свою чергу стаціонарні парові турбіни можна класифікувати по ряду ознак.
1. За призначенням розрізняють турбіни енергетичні, промислові та допоміжні.
Енергетичні турбіни служать для приводу електричного генератора, включеного в енергосистему, і відпустки тепла великим споживачам, наприклад житловим районам, містам і т.д. Їх встановлюють на великих ГРЕС, АЕС і ТЕЦ. Енергетичні турбіни характеризуються, перш за все, великою потужністю, а їх режим роботи - постійною частотою обертання, що визначається постійністю частоти мережі.
Основним виробником енергетичних парових турбін в Росії є Ленінградський металевий завод (Санкт-Петербург). Він випускає потужні парові турбіни для ТЕС (потужністю 1200, 800, 500, 300 і 200 МВт), ТЕЦ (потужністю 180, 80 і 50 МВт і менше), АЕС (потужністю 1000 МВт).
Іншим великим виробником енергетичних парових турбін є турбомоторний завод (ТМЗ, г. Екатеринбург). Він випускає тільки теплофікаційні турбіни (потужністю 250, 185, 140, 100 і 50 МВт і менше).
На ТЕС Росії встановлено досить багато потужних парових тур-бін Харківського турбінного заводу (ХТЗ, Україна) (потужністю 150, 300 і 500 МВт). Їм же проведені всі парові турбіни, встановлені на АЕС Росії потужністю 220, 500 і 1000 МВт.
Таким чином, в даний час в Росії функціонує лише два виробники потужних парових турбін. Якщо говорити про закордонні виробниках турбін, то їх число також є невеликим. Більшість з них є транснаціональними об'єднаннями. У Європі головними виробниками парових турбін є компанії Siemens (Німеччина), Acea Brown Bovery (ABB, німецько-швейцарське об'єднання), GEC-Alsthom (англо-французьке об'єднання), Scoda (Чехія). У США виробниками потужних енергетичних турбін є компанії General Electric і Westinghouse, в Японії - Hitachi, Toshiba, Mitsubisi. Всі перераховані виробники випускають парові турбіни аж до потужності 1000 МВт і вище. Технічний рівень деяких з них не тільки не поступається нашим виробникам, але і перевершує їх.
Промислові турбіни також служать для виробництва теплової та електричної енергії, проте їх головною метою є обслуговування промислового підприємства, наприклад, металургійного, текстильного, хімічного, цукроваріння і ін. Часто генератори таких турбін працюють на малопотужну індивідуальну електричну мережу, а іноді використовуються для приводу агрегатів з змінною частотою обертання, наприклад повітродувок доменних печей. Потужність промислових турбін істотно менше, ніж енергетичних. Основним виробником промислових турбін в Росії є Калузький турбінний завод (КТЗ).
Допоміжні турбіни використовуються для забезпечення технологічного процесу виробництва електроенергії - зазвичай для приводу живильних насосів і повітродувок котлів.
Живильні насоси енергоблоків потужністю аж до 200 МВт наводяться електродвигунами, а потужністю вище - за допомогою парових турбін, що живляться парою з відбору головною турбіни. Наприклад, на енергоблоках потужністю 800 і 1200 МВт встановлено відповідно по два і три поживних турбонасоса потужністю 17 МВт кожен, на енергоблоках потужністю 250 (для ТЕЦ) і 300 МВт - один живильний турбонасос потужністю 12 МВт; на енергоблоках потужністю 1000 МВт для АЕС використовується два поживних насоса потужністю 12 МВт.
Котли енергоблоків потужністю 800 і 1200 МВт обладнані відповідно двома і трьома воздуходувками, привід яких здійснюється також паровими турбінами потужністю по 6 МВт кожна. Основним виробником допоміжних парових турбін в Росії є КТЗ.
2. По виду енергії, одержуваної від парової турбіни, їх ділять на конденсаційні і теплофікаційні.
У конденсаційних турбінах (типу К) пар з останнього ступеня відводиться в конденсатор, де вони мають регульованих відборів пари. хоча, як правило, мають багато нерегульованих відборів пари для регенеративного підігріву живильної води, а іноді і для зовнішніх теплових споживачів. Головне призначення конденсаційних турбін - забезпечувати виробництво електроенергії. тому вони є основними агрегатами потужних ТЕС і АЕС. Потужність найбільших конденсаційних турбоагрегатів досягає 1000-1500 МВт.
Теплофікаційні турбіни мають один або кілька регульованих відборів пари. в яких підтримується заданий тиск. Вони призначені для вироблення теплової та електричної енергії, і потужність найбільшою з них становить 250 МВт. Теплофікації турбіна може виконуватися з конденсацією пара і без неї. У першому випадку вона може мати опалювальні відбори пари (турбіни типу Т) для нагріву мережної води для обігріву будівель, підприємств і т.д. або виробничий відбір пара (турбіни типу П) для технологічних потреб промислових підприємств, або той і інший відбори (турбіни типу ПТ і ПР). У другому випадку турбіна носить назву турбіни з протитиском (турбіни типу Р). У ній пар з останнього ступеня спрямовується не в конденсатор, а зазвичай виробничому споживачеві. Таким чином, головним призначенням турбіни з протитиском є виробництво пара заданого тиску (в межах 0,3-3 МПа). Турбіна з протитиском може також мати і регульований теплофікаційний або промисловий відбір пара, і тоді вона відноситься до типу ТР або ПР.
Теплофікаційні турбіни з опалювальним відбором пари (типу Т) спроектовані так, щоб при максимальній теплофикационной навантаженні ступені, розташовані за зоною відбору, потужністю не виробляли. В останні роки ряд турбін проектуються так, що навіть при максимальному навантаженні останні ступені виробляють потужність. Такі турбіни відносяться до типу ТК.
3. По використовуваних початкових параметрів пари парові турбіни можна розділити на турбіни докритического і сверхкритического початкового тиску, перегрітого і насиченої пари, без проміжного перегріву і з проміжним перегрівом пари.
Як вже відомо (див. Лекції 1) критичний тиск для пара становить приблизно 22 МПа, тому всі турбіни, початковий тиск пара перед якими менше цього значення, відносяться до парових турбін докритического початкового тиску. У Росії стандартне докритичний тиск для парових турбін вибрано рівним 130 ат (12,8 МПа), крім того, є певний відсоток турбін на початковий тиск 90 ат (8,8 МПа). На докритичний параметри виконуються всі парові турбіни для АЕС і ТЕЦ (крім теплофикационной турбіни потужністю 250 МВт), а також турбіни потужністю менше 300 МВт для ТЕС. Докритичний початковий тиск зарубіжних парових турбін зазвичай становить 16-17 МПа, а максимальна одинична потужність досягає 600-700 МВт.
Всі потужні конденсаційні енергоблоки (300, 500, 800, 1200 МВт), а також теплофікаційний енергоблок потужністю 250 МВт виконують на сверхкритические параметри пара (СКД) - 240 ат (23,5 МПа) і 540 ° С. Перехід від докритичних параметрів пара до СКД дозволяє економити 3-4% палива.
Всі турбіни ТЕС і ТЕЦ працюють перегрітою парою, а АЕС - насиченим (з невеликим ступенем вологості).
Всі потужні конденсаційні турбіни на докритичний і сверхкритические параметри пара виконують з проміжним перегрівом. З теплофікаційних турбін тільки турбіна ЛМЗ на докритичний параметри потужністю 180 МВт і турбіна ТМЗ на СКД потужністю 250 МВт мають проміжний перегрів. Застарілі конденсаційні турбіни потужністю 100 МВт і менше і численні теплофікаційні парові турбіни аж до потужності 185 МВт будуються без промперегрева.
4. За зоні використання турбін в графіку електричного навантаження парові турбіни можна розділити на базові та напівпікові. Базовиетурбіни працюють постійно при номінальному навантаженні або близькою до неї. Вони проектуються так, щоб і турбіна, і турбоустановки мали максимально можливу економічність. До цього типу турбін слід, безумовно, віднести атомні і теплофікаційні турбіни. Напівпікові турбіни створюються для роботи з періодичними зупинками на кінець тижня (з ночі п'ятниці до ранку в понеділок) і щодоби (на ніч). Напівпікові турбіни (і турбоустановки) з урахуванням їх малого числа годин роботи в році виконують більш простими і відповідно більш дешевими (на знижені параметри пара, з меншим числом циліндрів). Електроенергетика Росії в силу ряду причин завжди страждала від нестачі в енергосистемі напівпікових потужностей. Приблизно 25 років тому ЛМЗ спроектував напівпікову конденсаційну турбіну потужністю 500 МВт на параметри 12,8 МПа, 510 ° С / 510 ° С. Головний зразок цієї турбіни передбачалося встановити на Лукомльськой ГРЕС (б. Білорусія). Однак до сих пір жодної спеціальної напівпіковій турбіни в Росії не працює. Разом з тим в Японії і США працюють десятки напівпікових турбін спрощеної конструкції.
5. За конструктивними особливостями парові турбіни можна класифікувати за кількістю циліндрів, частоті обертання і числа валопроводов.
За кількістю циліндрів розрізняють турбіни одно- і багатоциліндрові. Кількість циліндрів визначається об'ємним пропуском пара в кінці процесу розширення. Чим менше щільність пара, тобто менше його кінцевий тиск, і чим більше потужність турбіни, тобто більше масова витрата, тим більше об'ємний пропуск і відповідно необхідна площа для проходу пара через робочі лопатки останнього ступеня. Однак якщо робочі лопатки робити довше, а радіус їх обертання більше, то відцентрові сили, що відривають профільну частину лопатки, можуть зрости настільки, що лопатка відірветься. Тому зі збільшенням потужності спочатку переходять на двухпоточний ЦНД, а потім збільшують їх число. Конденсаційні турбіни можна виконати одноциліндровими аж до потужності 50-60 МВт, двоциліндровими - до 100-150 МВт, трьохциліндровими - до 300 МВт, чотирициліндровими - до 500 МВт, п'ятициліндровими - аж до 1300 МВт.
За частотою обертання турбіни діляться на швидкохідні і тихохідні. Швидкохідні турбіни мають частоту обертання 3000 об / хв = 50 об / с. Вони призводять електрогенератор, ротор якого має два магнітних полюси, і тому частота виробляється їм струму дорівнює 50 Гц. На цю частоту будують більшість парових турбін для ТЕС, ТЕЦ і частково для АЕС в нашій країні і майже в усьому світі. У Північній Америці і на частині території Японії швидкохідні турбіни будують на частоту обертання 3600 об / хв = 60 об / с, так як там прийнята частота мережі дорівнює 60 Гц.
Раніше в лекції 5 говорилося про те, що оскільки через низькі початкових параметрів працездатність пара в турбінах АЕС мала, а зниження капітальних витрат вимагає збільшення потужності, тобто маси пропускається пара, то об'ємний витрата на виході з турбіни виявляється настільки значним, що виявляється доцільним перехід на меншу частоту обертання. Так як число магнітних полюсів в електрогенераторі має бути цілим і парних, то перехід на використання чотириполюсним електрогенератора і отримання тієї ж частоти мережі, що і при двополюсному електрогенераторі, вимагає зниження частоти вдвічі. Таким чином, тихохідні турбіни в нашій країні мають частоту обертання 1500 об / хв = 25 об / с.
На рис. 6.15 показана тихохідна атомна турбіна фірми ABB потужністю 1160 МВт на частоту обертання 30 об / с. Гігантські розміри турбіни добре видно в порівнянні з фігурою людини, що стоїть у середньої опори її валопровода. Турбіна не має ЦСД, і пар з ЦВД направляється в два горизонтальних сепаратора-пароперегрівача (СПП), а з них - лунає на три двопоточних ЦНД. За такою ж схемою на частоту обертання 25 об / с побудовані енергоблоки потужністю 1000 МВт на Балаковської і Ростовської АЕС.
Для АЕС, побудованих для теплих кліматичних умов, тобто для високої температури охолоджуючої води і відповідно високого тиску в конденсаторі (див. рис. 1.2), можна будувати і швидкохідні атомні турбіни (рис. 6.16). Пар до ЦВД турбіни надходить з реакторного відділення по чотирьом паропроводах 11. Пройшовши ЦВД, пар надходить до СПП 10 вертикального типу, а після них за допомогою ресивера 3 лунає на три однакових двопоточних ЦНД 4. Під кожним ЦНД встановлено свій конденсатор, також добре видний на макеті.
За кількістю валопроводов розрізняють турбіни одновальні (мають один валопровод - з'єднані муфтами ротори окремих циліндрів і генератора) і двухвальні (мають два валопровода кожен зі своїм генератором і пов'язані тільки потоком пара). На російських теплових електростанціях використовують тільки одновальні турбіни (на початку 70-х років на Слов'янській ГРЕС на Україні побудована єдина двухвальная турбіна потужністю 800 МВт, та й то тому, що в той час не було електрогенератора потужністю 800 МВт).
Для позначення типів турбін ГОСТ передбачає спеціальне маркування, що складається з буквеної і цифрової частин. Буквена частина вказує тип турбіни, наступне за нею число - номінальну потужність турбіни в мегаватах. Якщо необхідно вказати і максимальну потужність турбіни, то її значення призводять через косу риску. Наступне число вказує номінальний тиск пара перед турбіною в МПа: для теплофікаційних турбін далі через косу риску вказують тиск у відборах або протитиск в МПа. Нарешті, остання цифра, якщо вона є, вказує номер модифікації турбіни, прийнятий на заводі-виробнику.
Наведемо кілька прикладів позначень турбін.
Турбіна К-210-12,8-3 - типу К, номінальною потужністю 210 МВт з початковим абсолютним тиском пари 12,8 МПа (130 кгс / см 2), третьої модифікації.
Трубіна П-6-3,4 / 0,5 - типу П, номінальною потужністю 6 МВт, з на-чільного абсолютним тиском пари 3,4 МПа і абсолютним тиском відібраного пара 0,5 МПа.
Турбіна Т-110 / 120-12,8 - типу Т, номінальною потужністю 110 МВт і максимальною потужністю 120 МВт, з початковим абсолютним тиском пари 12,8 МПа.
Турбіна ПТ-25 / 30-8,8 / 1 - типу ПТ, номінальною потужністю 25 МВт і максимальною потужністю 30 МВт, з початковим абсолютним тиском пари 8,8 МПа (90 ат) і абсолютним тиском відібраного пара 1 МПа.
Турбіна Р-100 / 105-12,8 / 1,45 - типу Р, номінальною потужністю 100 МВт максимальною потужністю 105 МВт, з початковим абсолютним тиском пари 12,8 МПа і абсолютним противодавлением 1,45 МПа.
Турбіна ПР-12 / 15-8,8 / 1,45 / 0,7 - типу ПР, номінальною потужністю 12 МВт і максимальною потужністю 15 МВт, з початковим абсолютним тиском 8,8 МПа, тиском у відборі 1,45 МПа і протитиском 0,7 МПа.