к чему приводит повышение конечного давления пара в конденсационной турбине

Как влияет изменение конечного давления пара на мощность, надежность, экономичность турбины.

Примеры, которые приводят к понижению р_к:

· сезонные колебания температуры охлаждающей воды;

· увеличение присосов воздуха в вакуумную систему;

· загрязнение трубок конденсатора.

С точки зрения экономичности понижение давления р_к приводит к увеличению термического КПД и мощности. Это связано, в первую очередь, с увеличением располагаемого теплоперепада турбины. С повышением р_к как мощность турбины так и экономичность турбины понижается. В процессе эксплуатации, р_к по сравнению с р_0, t₀, изменяется в широких пределах и довольно часто. Дело в том, что р_0, t₀ поддерживаются постоянными, а р_к в принципе регулированию не подлежит. В то же время на этот параметр влияют сезонные изменения (зима- лето), через температуру охлаждающей воды, эксплуатационные условия (частота поверхности теплообмена конденсатора, воздушная плотность конденсатора).

Изменение мощности турбины при отклонении р_к принято рассматривать по отношению к режиму, при котором в выходном сечении рабочей решетки последней ступени устанавливается критическое давление. При этом рассматриваются два случая:

1. Режим докритического истечения потока пара из рабочей решетки последней ступени.

2. Режим сверхкритического истечения потока пара из рабочей решетки последней ступени с дополнительным расширением в косом срезе рабочей решетки.

При докритических режимах истечения потока из последних ступеней существует прямо пропорциональнальная зависимость между давлением и мощностью. При сверхкритических скоростях истечения потока из последних ступеней давление р_к не влияет на параметры в предыдущих ступенях, т.е. мощность турбины меняется только за счет изменения мощности последней ступени.

При понижении р_к мощность турбины будет увеличиваться до тех пор пока не будет достигнута точка соответствующая предельному расширению потока в косом срезе решетки.

Давление р_к, соответствующее этому пределу, получило название предельного вакуума. Наряду с предельным вакуумом существует понятие экономического вакуума. Экономическому вакуумому соответствует максимальная полезная мощность, т.е. мощность, которую вырабатывает турбина за вычетом затрат мощности на привод циркуляционных насосов.

Для большинства турбин можно считать, что изменение р_к на 0,01 атм, приводит к изменению мощности на ± 1%.

Влияние р_к на надежность турбины типа К повышение р_к ведет к уменьшению располагаемого теплоперепада и, следовательно, к уменьшению напряжения в ступенях. В то же время повышение р_к приводит к увеличению степени реактивности, что в свою очередь приводит к росту осевых усилий, что может вывести из строя опорно-упорный подшипник.

Кроме того, с повышением р_к увеличивается температура выхлопного патрубка турбины, что нарушает схему компенсации тепловых расширений. Как правило, температура выхлопного патрубка ограничивается 60°С.

áр_к связано с:

· Повышением влажности в последних ступенях;

· Перегрузкой последних ступеней из-за увеличения располагаемого теплоперепада.

Для турбин типа Р повышение р_к вызывает более значительный рост осевых усилий; понижение р_к ведет к перегрузке последних ступеней, поэтому на таких турбинах ставятся защиты от понижения р_к.

Теоретические исследования и натурные испытания ряда турбин показали, что для каждой турбины может быть построена универсальная зависимость относительного прироста мощности от относительного давления отработавшего пара ΔN/G_к=f(р_к/G_к ).

Участок АВ характеризует режим до критического истечения, участок ВС- режим сверхкритического истечения, ВД- характеризует режим работы ступени, при которых используется расширительная способность косого среза сопл и лопаток. На участке СД, где исчерпана расширительная способность косого среза, мощность последней ступени с уменьшением противодавления не увеличивается, а мощность турбины в целом даже уменьшается (линия ДЕ) за счет увеличения отбора пара в первый по ходу воды подогреватель низкого давления

Для конденсационных турбин давление отработавшего пара, соответствующее режиму, при котором исчерпывается расширительная способность косого среза и прекращается прирост мощности, наз. предельным вакуумом. При эксплуатации предельный вакуум не достигается, т. к. быстрее устанавливается экономический вакуум, при котором полезная мощность ТУ (за вычетом затрат мощности на привод цирк. насосов) при данном расходе пара в конденсаторе достигает максимального значения.

Вопрос № 342

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Источник

Влияние конечного давления пара на мощность турбины

На мощность паровых турбин

При эксплуатации турбин отклонение начальных и конечных параметров пара от номинальных значений сопровождается изменением мощности и экономичности, а также надежности элементов турбин. Последующий анализ изменения внутренней мощности N_i=GH₀h_oi турбины при изменении названных параметров (¶П) пара осуществляется на основе следующего выражения:

. (14.1)

Влияние начального давления на мощность турбин

При незначительном отклонении давления свежего пара Dр₀ от номинального значения р₀ (t₀=const) изменение внутренней мощности турбины определяется из выражения:

. (14.2)

Введем коэффициенты, характеризующие изменение мощности турбины при отклонении давления р₀, обусловленные, соответственно, изменениями расхода пара G, располагаемого теплоперепада Н₀ и относительного внутреннего КПД h_oi с их оценкой, принятой в инженерных расчетах:

, (14.3)

где р₂, v_2t – давление и теоретическое значение удельного объема пара за последней ступенью турбины. Тогда выражение (14.2) после преобразований примет следующий вид:

. (14.4)

Из (14.4) следует, что для всех турбин, не имеющих регулируемых отборов, в том числе и для турбин с промежуточным перегревом пара, приращение мощности пропорционально изменению давления р₀. При полностью открытых клапанах увеличение начального давления вызывает перегрузку и снижение надежности всех ступеней турбины и особенно последней, за которой давление р₂ сохраняется неизменным. Поэтому ограничивают расход пара так, чтобы давление в камере регулирующей ступени не превышало допустимого значения. В условиях длительной эксплуатации на повышенном давлении ограничивают ход последнего регулирующего клапана на его открытие, а при кратковременной – вводят в работу ограничители мощности. При этом расход пара снижается до расчетного значения, что обеспечивает нормальные условия работы всех ступеней турбины. При повышенном давлении р₀ опасным является режим работы с одним открытым клапаном, так как в рабочих лопатках регулирующей ступени возникают наибольшие изгибающие напряжения из-за максимального значения теплового перепада в этом режиме. Понижение р₀ ограничивается только условиями работы вспомогательного оборудования.

Из выражения (14.4) видно, что значительное влияние на мощность имеет отклонение р₀ для турбин с противодавлением. Для них при полностью открытых клапанах увеличение начального давления приводит к опасному росту напряжений в диафрагме последней ступени. При этом снижение давления свежего пара перед турбиной приводит к большему снижению мощности, чем понижение давления перед конденсационной турбиной. На рис.14.1 показаны кривые изменения относительного изменения мощности от отношения р₀ 1 /р_0,ном, полученные для двух значений давления р₂ за турбиной с противодавлением (e₂=р₂/р₀) и для конденсационной турбины.

Рис. 14.1. Относительное изменение внутренней мощности паровой турбины

(р₀=8,8 МПа, t₀=500 0 С) при отклонении давления р₀ от номинального значения (р₀ 1 /р_{0, ном})

в зависимости от противодавления р₂

В турбинах с дроссельным парораспределением при частичных нагрузках изменение начального давления пара при постоянном его расходе через турбину не отражается на ее мощности и режиме работы последней ступени, поскольку это изменение будет компенсироваться в процессе дросселирования пара в регулирующих клапанах.

В турбинах с сопловым парораспределением постоянство расхода пара обеспечивается изменением положения исполнительных органов регулирующих клапанов и изменением расхода пара через частично открытую сопловую группу. При этом потери от дросселирования в этой сопловой группе изменяются в зависимости от первоначального положения последнего регулирующего клапана перед моментом изменения начального давления.

14.2. Влияние начальной температуры пара и его температуры после

промежуточного перегрева на мощность турбины

Изменение внутренней мощности турбины при отклонении начальной температуры на Dt₀ при постоянном давлении р₀ определяется из соотношения

. (14.6)

Внутренняя мощность турбины при расходе Q₀ теплоты на турбоустановку, энтальпии свежего пара h₀ и энтальпии питательной вода h_пв

. (14.7)

Совместное решение (14.6) и (14.7) дает различные расчетные уравнения для относительного изменения мощности в зависимости от условий, при которых происходит изменение температуры t₀ пара. При этом в анализ вводятся следующие коэффициенты:

— , учитывающий изменение мощности, вызванное изменением располагаемого теплоперепада турбины;

— , учитывающий изменение затрат теплоты на производство 1 кг водяного пара при изменении начальной температуры;

— , учитывающий влияние температуры свежего пара на h_oi турбины;

— , учитывающий изменение мощности, вызванное изменением расхода пара.

Тогда расчетные уравнения представляются:

1. при постоянстве расхода теплоты на турбоустановку (Q₀=const)

; (14.8)

2. при постоянно открытых регулирующих клапанах (F_кл=const)

; (14.9)

3. при постоянном расходе пара (G=const)

. (14.10)

В практике приведенные ранее коэффициенты влияния определяются следующим образом:

(14.11)

Тогда, например, изменение мощности при постоянном расходе пара (G=const)

и отклонении его начальной температуры Т₀ на Dt₀ вычисляется по выражению

, (14.12)

а при постоянно открытых регулирующих клапанах (F_кл=const)

. (14.13)

Повышение температуры свежего пара вызывает следующие явления:

1. увеличение тепловых расширений и деформаций элементов турбины, что приводит к повышенному уровню ее вибрации;

2. понижение прочностных свойств металла из-за ползучести (увеличение размеров паропроводов, клапанных коробок, рабочих лопаток и пр.) и релаксацию напряжений (ослабление посадки дисков на вал, уменьшение напряжений в шпильках горизонтального разъема корпуса турбины);

3. перегрузку лопаточного аппарата регулирующей ступени из-за увеличения ее теплового перепада.

Обычно число часов работы турбины при повышенной температуре регламентируется и не должно превышать 200…300 часов в год. Снижение t₀ сопровождается ростом влажности в последних ступенях турбины, что приводит к росту эрозионных процессов в их лопаточном аппарате. При снижении t₀ уменьшается располагаемый теплоперепад турбины и ее мощность. Восстановление мощности можно было бы осуществить увеличением расхода пара в турбину, но это приводит к увеличению напряжений в ее проточной части и, прежде всего, к перегрузке последней ступени. Кроме того, растут и осевые усилия. Поэтому заводы-изготовители указывают для турбины ограничение мощности при снижении начальной температуры водяного пара. Быстрое снижение начальной температуры может вызвать охлаждение ротора и сокращение его длины относительно корпуса турбины, что может служить причиной задеваний в проточной части, включая концевые уплотнения.

В турбинах с промежуточным перегревом изменение t₀ приводит к изменению расхода пара через все ступени турбины. Однако это изменение расхода не столь значимо, как в турбинах без промперегрева. При увеличении температуры пара t_пп после промежуточного перегрева (t₀=const) давление в промежуточном перегревателе растет, что приводит к некоторой разгрузке ступеней ЧВД, но к перегрузке последней ступени турбины. При этом меняются и осевые усилия в ее роторе. Понижение t_пп приводит к понижению давления в промежуточном перегревателе, вследствие чего перегруженной окажется последняя ступень ЦВД турбины. При этом ступени ЧСД и ЧНД будут работать с повышенной степенью реактивности, что приведет к изменению осевого усилия. В инструкциях по эксплуатации каждого турбоагрегата указывается порядок снижения допустимой нагрузки при снижении соответствующих температур.

На рис. 14.2 показан график относительного изменения удельного расхода теплоты при изменении температуры свежего пара и температуры пара после промежуточного перегрева, отражающий степень влияния изменения соответствующих температур на тепловую экономичность турбоустановки.

Рис. 14.2. График изменения удельного расхода теплоты при изменении t₀ (1) и t_пп (2)

Влияние конечного давления пара на мощность турбины

В процессе эксплуатации конденсационных турбин давление р_к в конденсаторе изменяется в зависимости от времени года, изменения паровой нагрузки конденсатора, загрязнения его трубок, ухудшения плотности и ряда других причин. При этом изменяются располагаемый теплоперепад турбины и относительный внутренний h_oi ее последних ступеней, потери с выходной скоростью и расход пара в конденсатор, а также степень влажности пара в ЧНД турбины. При этом изменение конечного давления в основном сказывается на режиме работы последних ступеней.

Различают два возможных случая работы последних ступеней:

Критическое давление, устанавливающее границу между этими режимами, определяется выражением:

Пусть при докритическом режиме давление в конденсаторе увеличилось с расчетного значения р_к0 до р_к. Это приведет к уменьшению теплового перепада турбины на DН₀, изменениям влажности пара, потерь с выходной скоростью DН_вс в последней ступени, а также расхода пара в первом по ходу конденсата регенеративном подогревателе низкого давления (в связи с изменением температуры конденсата на входе в подогреватель из-за изменения давления р_к). В результате уменьшение внутренней мощности турбины составит:

где Н_i0 и DН_i – соответственно, использованный теплоперепад группы ступеней части низкого давления турбины за последним нерегулируемым отбором пара в расчетном режиме и изменение этого теплоперепада; G_к0 – расход пара в конденсатор в исходном режиме, а DG_к – его изменение.

Изменение использованного теплового перепада турбины

где h_oi – относительный внутренний КПД процесса расширения пара в интервале между изобарами р_к и р_к0 без учета потерь от влажности и с выходной скоростью; y_ср – среднее значение степени влажности пара, определяемое по h,s— диаграмме.

В свою очередь, изменение расхода пара в конденсатор определяется изменением расхода в ранее рассмотренном ПНД регенеративной системы турбоустановки:

(14.16)

где h_п и h_п 1 – энтальпии отбираемого (греющего) пара и его конденсата; h_к 1 – энтальпия основного конденсата.

Изменение потерь с выходной скоростью

где значения абсолютных скоростей определяются по треугольникам скоростей.

Итак, для режимов с докритическими скоростями существует прямая связь между приращением теплоперепада и мощности. В турбине с противодавлением относительное изменение конечного давления влияет в большей степени на режим ее работы, в сравнении с конденсационной турбиной. Это объясняется сравнительно малым теплоперепадом, приходящимся на турбину типа Р и отсутствием условий для формирования критических скоростей в ее нерегулируемых ступенях.

При сверхкритических режимах изменение конечного давления р_к для конденсационной турбины не сказывается на параметрах пара перед ее последней ступенью. Поэтому мощность всех ступеней, кроме последней, остается постоянной. До тех пор, пока не реализуется предельное расширение в косом срезе ее решеток, будет происходить увеличение мощности по мере снижения давления р_к (см. рис.8.3, 8.4). Давление отработавшего пара, соответствующее режиму, при котором исчерпывается расширительная способность косого среза и прекращается прирост мощности, называется предельным вакуумом. Испытания паровых турбин показали, что для каждой из них может быть построена универсальная зависимость относительного прироста мощности от относительного давления отработавшего пара.

Источник

Влияние начальных и конечных параметров водяного пара на мощность паровых турбин

Главная > Лекция >Промышленность, производство

Лекция №14. Влияние начальных и конечных параметров водяного пара на мощность паровых турбин

При эксплуатации турбин отклонение начальных и конечных параметров пара от номинальных значений сопровождается изменением мощности и экономичности, а также надежности элементов турбин. Последующий анализ изменения внутренней мощности N i = GH 0  oi паровой турбины при изменении названных параметров ( П ) водяного пара осуществляется на основе следующего выражения:

14.1. Влияние начального давления на мощность турбин

При незначительном отклонении давления свежего пара  р 0 от номинального значения р 0 ( t 0 =const) изменение внутренней мощности турбины определяется из выражения:

Рис. 14.1. Относительное изменение внутренней мощности паровой турбины

( р 0 =8,8 МПа, t 0 =500 0 С) п ри отклонении давления р 0 от номинального значения ( р 0 1 /р 0, ном )

в зависимости от противодавления р 2

В турбинах с дроссельным парораспределением при частичных нагрузках изменение начального давления пара при постоянном его расходе через турбину не отражается на ее мощности и режиме работы последней ступени, поскольку это изменение будет компенсироваться в процессе дросселирования пара в регулирующих клапанах. В турбинах с сопловым парораспределением постоянство расхода пара обеспечивается изменением положения исполнительных органов регулирующих клапанов и изменением расхода пара через частично открытую сопловую группу. При этом потери от дросселирования в этой сопловой группе изменяются в зависимости от первоначального положения последнего регулирующего клапана перед моментом изменения начального давления. Если турбина имеет сопловое парораспределение с большим числом клапанов, так что потерями от дросселирования пара, протекающего через частично открытый клапан, можно пренебречь, изменение мощности при отклонении р 0 от номинального значения определяется выражением:

14.2. Влияние начальной температуры пара и его температуры после промежуточного перегрева на мощность турбины

Изменение внутренней мощности турбины при отклонении начальной температуры на  t 0 при постоянном давлении р 0 определяется из соотношения

Внутренняя мощность турбины при расходе Q 0 теплоты на турбоустановку, энтальпии свежего пара h 0 и энтальпии питательной вода h пв

Совместное решение (14.6) и (14.7) дает различные расчетные уравнения для относительного изменения мощности в зависимости от условий, при которых происходит изменение температуры t 0 пара. При этом в анализ вводятся следующие коэффициенты:

Тогда расчетные уравнения представляются:

при постоянстве расхода теплоты на турбоустановку ( Q 0 =const)

при постоянно открытых регулирующих клапанах (F кл =const)

при постоянном расходе пара (G=const)

В практике приведенные ранее коэффициенты влияния определяются следующим образом:

Тогда, например, изменение мощности при постоянном расходе пара и отклонении его начальной температуры Т 0 на  t 0 вычисляется по выражению

Повышение температуры свежего пара вызывает следующие явления:

увеличение тепловых расширений и деформаций элементов турбины, что приводит к повышенному уровню ее вибрации;

понижение прочностных свойств металла из-за ползучести (увеличение размеров паропроводов, клапанных коробок, рабочих лопаток и пр.) и релаксацию напряжений (ослабление посадки дисков на вал, уменьшение напряжений в шпильках горизонтального разъема корпуса турбины);

перегрузку лопаточного аппарата регулирующей ступени из-за увеличения ее теплового перепада.

Обычно число часов работы турбины при повышенной температуре регламентируется и не должно превышать 200…300 часов в год. Снижение t 0 сопровождается ростом влажности в последних ступенях турбины, что приводит к росту эрозионных процессов в их лопаточном аппарате. При снижении t 0 уменьшается располагаемый теплоперепад турбины и ее мощность. Восстановление мощности можно было бы осуществить увеличением расхода пара в турбину, но это приводит к увеличению напряжений в ее проточной части и, прежде всего, к перегрузке последней ступени. Кроме того, растут и осевые усилия. Поэтому заводы-изготовители указывают для турбины ограничение мощности при снижении начальной температуры водяного пара. Быстрое снижение начальной температуры может вызвать охлаждение ротора и сокращение его длины относительно корпуса турбины, что может служить причиной задеваний в проточной части, включая концевые уплотнения.

В турбинах с промежуточным перегревом изменение t 0 приводит к изменению расхода пара через все ступени турбины. Однако это изменение расхода не столь значимо, как в турбинах без промперегрева. При увеличении температуры пара t пп после промежуточного перегрева ( t 0 = const ) давление в промежуточном перегревателе растет, что приводит к некоторой разгрузке ступеней ЧВД, но к перегрузке последней ступени турбины. При этом меняются и осевые усилия в ее роторе. Понижение t пп приводит к понижению давления в промежуточном перегревателе, вследствие чего перегруженной окажется последняя ступень ЦВД турбины. При этом ступени ЧСД и ЧНД будут работать с повышенной степенью реактивности, что приведет к изменению осевого усилия. В инструкциях по эксплуатации каждого турбоагрегата указывается порядок снижения допустимой нагрузки при снижении соответствующих температур.

На рис. 14.2 показан график относительного изменения удельного расхода теплоты при изменении температуры свежего пара и температуры пара после промежуточного перегрева, отражающий степень влияния изменения соответствующих температур на тепловую экономичность турбоустановки.

Рис. 14.2. График изменения удельного расхода теплоты при изменении t 0 (1) и t пп (2)

14.3. Влияние конечного давления пара на мощность турбины

В процессе эксплуатации конденсационных турбин давление р к в конденсаторе изменяется в зависимости от времени года, изменения паровой нагрузки конденсатора, загрязнения его трубок, ухудшения вакуумной плотности и ряда других причин. При этом изменяются располагаемый теплоперепад турбины и относительный внутренний  oi ее последних ступеней, потери с выходной скоростью и расход пара в конденсатор, а также степень влажности водяного пара в ЧНД турбины. При этом изменение конечного давления в основном сказывается на режиме работы последних ступеней.

Различают два возможных случая работы последних ступеней:

режим с докритическими скоростями истечения пара из рабочей решетки (  к =р к /р 2кр 1);

режимы при критическом и сверхкритическом истечении с дополнительным расширением пара в косом срезе решетки (  к =р к /р 2кр 1).

Критическое давление, устанавливающее границу между этими режимами, определяется выражением:

где Н i 0 и  Н i – соответственно, использованный теплоперепад группы ступеней части низкого давления турбины за последним нерегулируемым отбором пара в расчетном режиме и изменение этого теплоперепада; G к0 – расход пара в конденсатор в исходном режиме, а  G к – его изменение.

Изменение использованного теплового перепада турбины

В свою очередь, изменение расхода пара в конденсатор определяется изменением расхода в ранее рассмотренном ПНД регенеративной системы турбоустановки:

где h п и h п 1 – энтальпии отбираемого (греющего) пара и его конденсата; h к 1 – энтальпия основного конденсата.

Изменение потерь с выходной скоростью

где значения абсолютных скоростей определяются по треугольникам скоростей.

Итак, для режимов с докритическими скоростями существует прямая связь между приращением теплоперепада и мощности. В турбине с противодавлением относительное изменение конечного давления влияет в большей степени на режим ее работы, в сравнении с конденсационной турбиной. Это объясняется сравнительно малым теплоперепадом, приходящимся на турбину типа Р и отсутствием условий для формирования критических скоростей в ее нерегулируемых ступенях.

Универсальная кривая приращения мощности от давления в конденсаторе вида

показана на рис. 14.3.

Рис. 14.3. Универсальная зависимость прироста мощности конденсационной турбины

от конечного давления

Линия АВ в ней отражает приращение мощности при снижении р к в докритических режимах истечения. Точка В соответствует формированию критической скорости течения в последней ступени турбины, а участок ВС отражает прирост мощности за счет расширительной способности косого среза рабочей решетки. В точке С эта способность исчерпывается и при дальнейшем понижении давления в конденсаторе мощность турбины изменяться не будет. Поскольку при снижении р к уменьшается энтальпия конденсата на входе в ПНД-1, то расход отбираемого пара в него возрастает. Следовательно, уменьшится расход пара через последний отсек ЦНД турбины и ее мощность. Поэтому на универсальной кривой вместо участка неизменной (максимальной) мощности пунктиром показана кривая ее снижения.

Рис. 14.4. Поправки к мощности турбины К-800-23,5

Источник