Parní turbíny Rovnotlaký stupeň

Transkript

1 Parní turbíny Dominanci parních turbín v energetickém průmyslu vyvolaly provozní a ekonomické výhody,zejména: Menší investiční náklady, hmotnost a obestavěný prostor, vztažený na jednotku výkonu. Možnost téměř neomezeného růstu jednotkového výkonu Vyšší účinnost (s výjimkou turbín velmi malých výkonů) Pracovní médium (vodní pára) není znečištěna olejem Možnost použít velmi nízkého výstupního tlaku páry (cca 4 kpa) Možnost použití páry s nadkritickými admisními parametry Umožňuje regenerační ohřev napájecí vody a přihřívání páry. Obě tato opatření zvyšují tepelnou účinnost oběhu Rovnotlaký stupeň

2 Optimální rychlostní poměr rovnotlakého stupně: c cos α 2 u 1 1ad = 1 2 Curtisův stupeň parní turbíny Optimální rychlostní poměr Curtisova stupně: u cos α1 = c 1ad 4 opt. 1 4

3 Přetlakový stupeň parní turbíny Optimální rychlostní poměr přetlakového stupně: u c 1ad opt. = cos α1 1 Stupeň reakce r = h h R st Průběh termodynamické účinnosti a ztráty turbínových stupňů

4 U skutečného turbínového stupně s konečnou délkou lopatek, jejichž délka se stanoví z rovnice kontinuity, vznikají další ztráty, z nichž většina souvisí s horním a dolním okrajem lopatky. Mezi nejdůležitější patří zejména: a) Ztráta rázem na vstupu do lopatkové mříže. b) Ztráta vlhkostí páry b) Ztráty okrajové. c) Ztráta částečným ostřikem. c) Ventilační ztráta Konstrukční rozdíly rovnotlakého a přetlakového stupně Parciální ostřik stupně parní turbíny Poměrný ostřik ε = e π.d a) rovnotlaký stupeň b) přetlakový stupeň U přetlakových stupňů se parciální ostřik nepoužívá. Rozdíl tlaků před a za oběžnými lopatkami by způsobil únik páry mimo oblast ostřiku a vznikaly by značné energetické ztráty.

5 Rovnotlaká turbína Přetlaková turbína Rozdělení parních turbín podle využití výstupní páry a zapojení v tepelném oběhu Turbíny kondenzační výstupní pára kondenzuje v kondenzátoru, nejčastěji chlazeném vodou. Obvyklý tlak výstupní páry je cca 4 5 kpa. Turbíny kondenzační s výkonem řádově 100 až 1000 MW slouží zejména k výrobě elektrické energie a tvoří obvykle základ energetických soustav evropských zemí. Turbíny protitlaké výstupní pára s obvyklým tlakem 0,2 až 0,5MPa je využívána pro komunální (vytápění) nebo technologickou (chemický, strojírenský, hutnický průmysl) spotřebu. Turbíny s regulovanými odběry svými provozními vlastnostmi spojuje výhody kondenzačních a protitlakých turbín. Do určité míry odstraňuje závislost výroby elektrické energie na dodávce tepla, platnou u protitlaké turbíny. Turbíny s vysoušením páry po částečné expanzi v turbíně se zvýší suchost páry, obvykle mechanickým odloučením vlhkosti v páře (parní turbíny jaderných elektráren s reaktory typu VVER).

6 Regulace výkonu parních turbín Výkon turbíny je funkcí hmotnostního průtoku a rozdílu entalpií P sv = m p. h ad. η. η. η td m g Při jakékoliv regulaci výkonu turbíny dochází ve skutečnosti k současné změně všech parametrů výše uvedené rovnice Mění-li se při regulaci hlavně adiabatický spád, jedná se o regulaci škrcením, mění-li se hlavně hmotnostní průtok páry, jedná se o regulaci skupinovou. Při regulaci klouzavým tlakem se mění obě veličiny, m m Průtoková charakteristika parní turbíny 2 2 j p p j p p j Vztahy platí pouze pro soustavu kanálů (turbínových stupňů) s konstantními průtokovými průřezy.!!! index j jmenovitý stav; index 1 stav před stupněm nebo skupinou stupňů index 2 stav za stupněm nebo skupinou stupňů Regulace škrcením

7 Regulace skupinová h pd h Regulace klouzavým tlakem

8 Regulace protitlakové turbíny Q ( kj/h ) α 1- α Q/Qmax Důležitým provozně ekonomickým údajem u protitlakových turbín je tzv. teplárenský součinitel α = Q Q T max Q T [ GJ / h] [ GJ / h] Q max.max. množství tepla dodaného parou prošlou turbínou při plné hltnosti.max. množství tepelné energie dodané odběrateli Regulace turbíny s regulovaným odběrem páry Regulace umožňuje: m VT m VT = mo Změnu odběrového množství při zachování podmínky P sv = konst. p o = konst. Změnu svorkového výkonu při zachování podmínky p o = konst. M o =konst.

9 Kondenzační zařízení parních turbín Provozní tlak a tedy i teplota kondenzace je jednoznačně limitována výstupní teplotou chladící vody! p e he t(o C) t t w2 k =f(p k ) t w2 t w1 t w1 t k S( m 2 )

10 Energetická bilance kondenzátoru: m k. h e + m w. c w. t = m. c. t + m. c. t Q ( he cw. tk ) = mw. cw. t 12 w1 k w k w w w2 k k w = m. Obvyklé hodnoty: t w12 = 7 15 o 1 [ kg s ] m w. Tepelný výkon kondenzátoru Q C 50 až 100 násobek hmotnostního průtoku emisní páry = k.s. k t stř t stř 1 2 = 1 ln W.m Průměrná hodnota prostupního součinitele se pohybuje v rozsahu ( ) k =.10.K Hlavní příčiny špatného (neekonomického) provozu kondenzace: Nadměrná netěsnost podtlakové části oběhu ( NT díly turbíny, kondenzátor) Chybnáčinnost nebo porucha čerpadel chladícího okruhu Nedostatečná činnost vývěv

11

12

13

14 Neúspěšný pokus o řešení (neodstraňovala se příčina ale následek!!)

15 Úspěšné řešení. Postup: 1) Odhalit příčinu poruchy studený vzduch x podchlazená vodní tříšť 2) Hledání technicky a ekonomicky schůdného řešení, které odstraní ( nebo alespoň potlačí ) příčinu poruchy.

16 Vliv provozních poruch na ekonomické ukazatele energetického zařízení. Nutno věnovat pozornost nejen vlastnímu prvku, u kterého došlo k poruše, ale i umístění prvku v tepelném oběhu, kteréčasto rozhodujícím způsobem ovlivňuje odezvu prvku na poruchu a tím i výsledný dopad na provozní parametry a provozní ekonomii celého energetického zařízení!!! A. Odezva kondenzačního zařízení na provozní poruchy Kondenzátor se v rozsahu nehavarijních změn provozních parametrů chová samoregulačně!! Nejčastěji se vyskytující provozní změny : a) Snížení hmotnostního průtoku chladící vody b) Zvýšení vstupní teploty chladící vody při zachování původního hmotnostního průtoku c) Znečištění vnitřního povrchu trubek kondenzátoru k = 1 α s λ + 1 α [ W.m.K ] d) Snížení účinnosti chladících věží při oběhovém chlazení

17 t k t k t kj t w2 t kj t w2 t w2j t w1 t w2j t w1j t w1j S (m 2) S (m 2) a) Snížení hmotnostního průtoku chadící vody b) Zvýšení vstupní teploty chladící vody t k t k t kj t kj t w2 t w2j = t w2 t w2j t w1j t w1j S (m 2) S (m 2) c) Znečištění vnitřního povrchu trubek kondenzátoru d) Snížení účinnosti chladící věže

18 B) Vliv odstavení vysokotlakého regeneračního ohříváku. t ( o C) Závěr: Vypnutím jednoho nebo i několika VT ohříváků se dá zvýšit výkon turbíny za cenu snížení provozní ekonomie bloku. Celková provozní ekonomie bloku se ale sníží (tepelná účinnost oběhu se sníží).

19 C) Vliv odstavení nízkotlakého regeneračního ohříváku t( oc) Závěr: Odstávkou NT ohříváku tedy při stejné spotřebě paliva klesne!! svorkový výkon turbíny, což opět vyvolá snížení provozní ekonomie bloku.