Микротурбины паровые: преимущества и недостатки

Опросный лист для заказа оборудования (doc. 210 Kb)

Эффективное управление энергетическим хозяйством предусматривает рациональное использование ресурсов и применение энергосберегающих технологий. Внедрение паровых турбин малой мощности, предназначенных для утилизации избыточной энергии водяного пара является активной мерой по энергосбережению. При использовании данной технологии, получение пара требуемых параметров происходит не путем дросселирования (безвозвратная потеря энергии), как в большинстве котельных, а при помощи расширения в турбине с получением дополнительной механической энергии.

Принципиальная схема применения энергосберегающих технологий с использованием паровых турбин на котельных

Паровые установки на атомных станциях

Устройство паровой турбины на АЭС можно рассматривать на примере установок насыщенного пара, которые имеются лишь на тех объектах, где используется водяной теплоноситель. Здесь стоит отметить, что начальные характеристики паровых турбин на атомных станциях, характеризуются низкими показателями. Это вынуждает пропускать большее количество рабочего вещества, чтобы добиться нужного результата. Кроме того, из-за этого образуется повышенная влажность, которая быстро нарастает по ступеням турбины. Это привело к тому, что на таких объектах приходится использовать внутритурбинные и внешние влагоулавливающие устройства.

Из-за высокой влажности используемого пара снижается коэффициент полезного действия, а также довольно быстро развивается эрозийный износ проточных частей. Для того чтобы избежать данной проблемы, приходится использовать различные методы укрепления поверхности. К таким способам относятся хромирование, закаливание, электроискровая обработка и т. д. Если на других объектах удается использовать простейшее устройство паровых турбин, то на АЭС нужно не только думать о защите от коррозии, но и об отводе влаги.

Наиболее эффективным способом отвода лишней влаги из турбины стал отбор пара. Отбор вещества осуществляется на регенеративные подогреватели. Тут важно отметить, что если такие отборы установлены после каждой ступени расширения, то необходимость в разработке дополнительных внутритурбинных влагоулавливателей отпадает. Также можно добавить, что допустимые пределы влажности пара основываются на диаметре лопатки, а также на скорости вращения.

Основные преимущества малых паровых турбин ПТМ и ПТГ:

• Широкий диапазон мощностей;
• Повышенный (в 1,2- 1,3 раза) внутренний КПД (~75%);
• Значительно уменьшенная длина установки (до 3 раз);
• Малые капитальные затраты на монтаж и ввод в эксплуатацию;
• Отсутствие системы маслоснабжения, что обеспечивает пожаробезопасность и допускает эксплуатацию в помещении котельной;
• Отсутствие редуктора между турбиной и приводимым механизмом, что повышает надежность работы и снижает уровень шума;
• Возможность плавного регулирования от 0 до номинальной частоты вращения вала турбины;
• Малый уровень шума (до 70 дБА);
• Малая удельная масса (до 6 кг/кВт установленной мощности)
• Высокий ресурс. Время работы турбины до вывода из эксплуатации не менее 40 лет.
• При сезонном использовании турбины срок окупаемости не превышает 3 лет.

Как не прекращает работу паровая турбина?

В сущности, паровые турбины являются важной частью сложной системы, призванной изменить энергию топлива в электричество, порой – в тепло.

Сейчас такой способ считается рентабельным. Технологически это происходит так:

• твёрдое или жидкое горючее сжигается в паровой котельне. В результате рабочее тело (вода) обращается в пар;
• получившийся пар дополнительно перегревается и может достигать температуры 435 ?С при давлении 3.43 МПа. Это нужно для того, чтобы достигнуть самого большого КПД работы всей системы;
• по трубопроводам рабочее тело транспортируется к турбине, где одинаково делится по соплам при помощи специализированных агрегатов;
• сопла подают острый пар на изогнутые лопатки, закрепленные на валу, и заставляет его вращаться. Подобным образом, кинетическая энергия расширяющегося пара переходит в механическое движение, это и есть рабочий принцип паровой турбины;
• вал генератора, представляющего собой «электрический двигатель наоборот», крутится ротором турбины, благодаря чему формируется электрическая энергия;
• отработанный пар проникает в конденсатор, где от соприкасания с охлажденной водой в теплообменном аппарате переходит в состояние жидкости и насосом опять подается в котел на прогрев.

Примечание. Как максимум КПД паровой турбины может достигать 60%, а всей системы – не больше 47%. Большая часть энергии топлива уходит с потерями тепла и тратится на преодоления силы трения во время вращения валов.

Ниже на практической схеме показан рабочий принцип паровой турбины одновременно с котельной, электрогенератором и прочими системными элементами:

Чтобы не допускать снижения рабочей эффективности, на роторном валу размещается максимальное расчетное количество лопаток. При этом между ними и корпусом статора обеспечивается минимальный просвет при помощи специализированных уплотнений. Обычными словами, чтобы пар «не крутился попусту» изнутри корпуса, все зазоры минимизируются. Лопатка сконструирована поэтому, чтобы увеличение пара продолжалось не только на выходе из сопла, но также и в ее углублении. Как это происходит, отображает рабочая схема паровой турбины:

Нужно сказать, что рабочее тело, чье давление после проникания на лопатки уменьшается, после рабочего цикла в первом блоке не сразу проникает в конденсатор. Ведь оно еще располагает достаточным запасом энергии тепла, а поэтому по трубопроводам пар отправляется во второй блок малого давления, где опять действует на вал при помощи лопаток другой конструкции. Как показано на рисунке, устройство паровой турбины может учитывать несколько подобных блоков:

1 – подача перегретого пара; 2 – пространство для работы блока; 3 – ротор с лопатками; 4 – вал; 5 – выход отработанного пара в конденсатор.

Для справки. Частота вращения ротора генератора достигает 30 000 оборотов в минуту, а мощность паровой турбины – до 1500 МВт.

Сравнительная таблица характеристик

Кликните, чтобы раскрыть всю таблицу или посмотреть таблицу картинкой

Классификация паровых турбин

По прин­ци­пу дей­ст­вия вы­де­ля­ют ак­тив­ные тур­би­ны и ре­ак­тив­ные тур­би­ны. По ко­ли­че­ст­ву сту­пе­ней П. т. под­раз­де­ля­ют на од­но­сту­пен­ча­тые и мно­го­сту­пен­ча­тые тур­би­ны. В од­но­сту­пен­ча­той П. т. не уда­ёт­ся дос­та­точ­но пол­но ис­поль­зо­вать энер­гию па­ра, по­это­му совр. П. т. стро­ят мно­го­сту­пен­ча­ты­ми. По на­прав­ле­нию по­то­ка ра­бо­че­го те­ла вы­де­ля­ют осе­вые (ак­си­аль­ные) П. т. (на­прав­ле­ние по­то­ка сов­па­да­ет с на­прав­ле­ни­ем оси ро­то­ра, наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный тип П. т., ис­поль­зуе­мых для при­во­да элек­тро­ге­не­ра­то­ров) и ра­ди­аль­ные П. т. (по­ток осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в ра­ди­аль­ном на­прав­ле­нии ли­бо от оси ро­то­ра к пе­ри­фе­рии дис­ков, ли­бо на­обо­рот – от пе­ри­фе­рии к оси). В за­ви­си­мо­сти от дав­ле­ния па­ра П. т. бы­ва­ют: низ­ко­го (не вы­ше 0,9 МПа), сред­не­го (не вы­ше 4 МПа), вы­со­ко­го (9–14 МПа) и сверх­кри­тич. дав­ле­ния (24 МПа и бо­лее).

В за­ви­си­мо­сти от ха­рак­те­ра те­п­ло­во­го про­цес­са П. т. под­раз­де­ля­ют на 3 груп­пы: кон­ден­са­ци­он­ные тур­би­ны, те­п­ло­фи­ка­ци­он­ные и спец. на­зна­че­ния.

Те­п­ло­фи­ка­ци­он­ные П. т. слу­жат для од­но­врем. по­лу­че­ния элек­трич. и те­п­ло­вой энер­гии. Осн. ко­неч­ный про­дукт та­ких П. т. – те­п­ло­та. ТЭС, на ко­то­рых ус­та­нов­ле­ны те­п­ло­фи­ка­ци­он­ные П. т., на­зы­ва­ют­ся те­п­ло­элек­тро­цен­тра­ля­ми. К те­п­ло­фи­ка­ци­он­ным П. т. от­но­сят­ся тур­би­ны с про­ти­во­дав­ле­ни­ем, с ре­гу­ли­руе­мым от­бо­ром па­ра, а так­же с от­бо­ром и про­ти­во­дав­ле­ни­ем. У тур­бин с про­ти­во­дав­ле­ни­ем от­сут­ст­ву­ет кон­ден­са­тор. От­ра­бо­тав­ший пар, имею­щий дав­ле­ние вы­ше ат­мо­сфер­но­го, по­сту­па­ет в спец. сбор­ный кол­лек­тор, от­ку­да на­прав­ля­ет­ся к те­п­ло­вым по­тре­би­те­лям для тех­но­ло­гич. це­лей (вар­ка, суш­ка, ото­пле­ние и др.). В тур­би­нах с ре­гу­ли­руе­мым от­бо­ром часть па­ра от­во­дит­ся из пер­вой или вто­рой про­ме­жу­точ­ных сту­пе­ней, а ос­таль­ной пар идёт в кон­ден­са­тор. Дав­ле­ние от­би­рае­мо­го па­ра на всех ре­жи­мах ра­бо­ты тур­бо­аг­ре­га­та ав­то­ма­ти­че­ски под­дер­жи­ва­ет­ся по­сто­ян­ным или же ре­гу­ли­ру­ет­ся в за­дан­ных пре­де­лах, с тем что­бы по­тре­би­тель по­лу­чал пар оп­ре­де­лён­но­го ка­че­ст­ва. Су­ще­ст­ву­ет два ви­да те­п­ло­вых по­тре­би­те­лей: про­мыш­лен­ные, где тре­бу­ет­ся пар с дав­ле­ни­ем до 1,3–1,5 МПа (про­из­водств. от­бор), и ото­пи­тель­ные, с дав­ле­ни­ем 0,05–0,25 МПа (те­п­ло­фи­ка­ци­он­ный от­бор). Ес­ли тре­бу­ет­ся пар как про­из­вод­ст­вен­но­го, так и ото­пит. на­зна­че­ния, то в од­ной тур­би­не мо­гут быть осу­ще­ст­в­ле­ны два ре­гу­ли­руе­мых от­бо­ра; ме­сто от­бо­ра (сту­пень тур­би­ны) вы­би­ра­ют в за­ви­си­мо­сти от нуж­ных па­ра­мет­ров па­ра. У тур­бин с от­бо­ром и про­ти­во­дав­ле­ни­ем часть па­ра от­во­дит­ся из пер­вой или вто­рой про­ме­жу­точ­ных сту­пе­ней, а весь от­ра­бо­тав­ший пар на­прав­ля­ет­ся из вы­пу­ск­но­го пат­руб­ка в ото­пит. сис­те­му или к се­те­вым по­до­гре­ва­те­лям.

П. т. спе­ци­аль­но­го на­зна­че­ния обыч­но ра­бо­та­ют на от­брос­ном те­п­ле ме­тал­лур­гич., ма­ши­но­стро­ит. и хи­мич. пред­при­ятий. К ним от­но­сят­ся П. т. «мя­то­го па­ра», с про­ме­жу­точ­ным под­во­дом па­ра (тур­би­ны двух дав­ле­ний) и пред­вклю­чён­ные. П. т. «мя­то­го па­ра» ис­поль­зу­ют от­ра­бо­тав­ший пар низ­ко­го дав­ле­ния по­сле тех­но­ло­гич. про­цес­сов (пар порш­не­вых ма­шин, па­ро­вых мо­ло­тов и прес­сов), ко­то­рый по к.-л. при­чи­нам не мо­жет быть ис­поль­зо­ван для ото­пит. или тех­но­ло­гич. нужд. Дав­ле­ние та­ко­го па­ра обыч­но несколько вы­ше ат­мо­сфер­но­го, и он на­прав­ля­ет­ся в спец. кон­ден­сац. тур­би­ну (тур­би­ну «мя­то­го па­ра»). П. т. двух дав­ле­ний ра­бо­та­ют как на све­жем, так и на от­ра­бо­тав­шем па­ре па­ро­вых ме­ха­низ­мов, под­во­ди­мом в од­ну из про­ме­жу­точ­ных сту­пе­ней. Пред­вклю­чён­ные П. т. пред­став­ля­ют со­бой тур­би­ны с вы­со­ким на­чаль­ным дав­ле­ни­ем и вы­со­ким про­ти­во­дав­ле­ни­ем; весь от­ра­бо­тав­ший пар этих П. т. на­прав­ля­ют да­лее в обыч­ные кон­ден­са­ци­он­ные тур­би­ны.

Эффективное использование паровых турбин ПТМ и ПТГ

Могут использоваться на всех предприятиях где есть источник пара:

• Металлургические производства, имеющие контур охлаждения;
• Химические и фармацевтические заводы, использующие систему выпаривания;
• На любых паровых котельнях;
• Предприятия деревообработки;
• На предприятиях сельхоз. переработки;
• На предприятиях по переработке органических отходов методом окисления;
• На мусоросжигающих заводах;
• На ТЭЦ, ГРЭС;
• На микро ТЭЦ;
• В турбодетандерных установках;
• На атомных электростанциях.

Работа паровой турбины

В турбинной установке находящейся в котле, три среды: вода, пар, и также конденсат создают такой себе закрытый цикл. В процессе изменения, при этом, теряется лишь минимальное количество пара и воды. Это кол-во воды регулярно восполняется добавкой в установку сырой воды, которая проходит заранее через фильтр для очистки воды. Там вода обрабатывается химическими составами, нужными для убирания находящихся в водной массе, не необходимых примесей.

Рабочий принцип:

• Отработавший пар с достаточно-таки пониженными давлением и температурой проникает из турбины в конденсатор.
• Там он встречает на пути систему разных трубок, по которой постоянно прокачивается при помощи насоса циркуляционного охлаждающая вода. Берут ее в основном из рек, озер или водоемов.
• Соприкасаясь с холодной поверхностью трубка конденсатора, выработавший пар конденсируется, превращаясь таким образом, в воду (конденсат).
• Постоянно откачиваясь из конденсатора специализированным насосом, конденсат через подогреватель проникает в деаэратор.
• Оттуда насос передает его в паровой котел.

В установке есть также турбонаддув и подогреватель. Его функцией считается необходимость сообщить конденсату добавочное кол-во тепла. Современные паротурбинные установки в основном оснащены несколькими подогревателями. К тому же, для подогрева питательной жидкости нужна, в основном, теплота от пара, который отбирается из промежуточных ступенек самой турбины в границах 15-30% от совокупного расхода пара. Это даёт прекрасное увеличение КПД установки.

Пример использования — турбопривод дымососа

Характеристики турбопривода ПТМ-800

Пример использования — турбопривод сетевого насоса

Использование турбопривода насоса позволяет:

• Получить экономическую выгоду от экономии электроэнергии 245 кВт/час на привод сетевого насоса;
• Более эффективно использовать энергоресурсы;
• Повысить надёжность работы котельной в аварийных случаях отключения электроэнергии в сети;
• Повысить плавность регулирования;
• Понизить уровень шума.

Характеристики турбопривода насоса ПТНД -175/90-25-250/13:4