Междинна подгряваща турбина

Парна турбина за междинно прегряване

Парната турбина с междинно прегряване е агрегат за производство на енергия, който използва технология за прегряване на пара за подобряване на топлинната ефективност. Използва се предимно в големи топлоелектрически централи и системи за комбинирано производство на топлина и електроенергия (когенерация). Оборудването работи чрез връщане на частично разширена пара от цилиндъра за високо налягане към прегревателя на котела за вторично нагряване. След като температурата ѝ се възстанови близка до първоначалните параметри, парата се насочва към цилиндрите за междинно и ниско налягане, за да продължи да извършва работа, като в крайна сметка се изпуска в кондензатора, за да завърши цикъла на преобразуване на енергия.

Тази турбинна единица използва многоцилиндрова структурна конструкция, състояща се от цилиндри за високо, средно и ниско налягане. Лопатките на крайния етап могат да достигнат дължина до 1,5 метра, за да се приспособят към работните условия с ниско налягане и висок обем на потока. Цикълът на повторно подгряване помага за контролиране на съдържанието на влага в парата в приемливи граници, което подобрява относителната вътрешна ефективност на турбината и подобрява условията на работа на лопатките на крайния етап. Системата, заедно с котела и кондензатора, образува цикъл на Ранкин, постигайки обща ефективност над 45%.

Принцип на работа на парните турбини с междинно прегряване: Парата, постъпваща в турбината, се разширява до определено налягане, след което се извлича изцяло и се изпраща към прегревателя на котела за нагряване. След това се връща в турбината, за да продължи разширяването си и да извърши работа. В сравнение с кондензационните турбини и турбините с контролирано прегряване, единствената структурна разлика на турбината с междинно прегряване се състои в нейната система за междинно прегряване, която е значителна по мащаб. Освен това, мощността, генерирана от прегрятата пара, преминаваща през цилиндрите с междинно и ниско налягане, представлява приблизително две трети от общата мощност на агрегата. Следователно, по време на събитие за отказ на товар, турбината е склонна към силно превишаване на скоростта поради тази характеристика.

Парната турбина с междинно подгряване оптимизира значително процеса на преобразуване на енергия чрез вграждане на подгревател между цилиндъра за високо налягане и цилиндрите с междинно/ниско налягане. Парата, частично разширена в цилиндъра за високо налягане, се пренасочва към котела за повторно нагряване до температура, близка до началната си стойност, преди да бъде допусната до следващите цилиндри за по-нататъшна работа.

Основните характеристики включват:

1. Подобрена топлинна ефективност и икономически показатели: Процесът на повторно нагряване увеличава работния капацитет на парата, намалява загубите от студен източник, повишава ефективността на цикъла до над 45% и намалява изравнените разходи за електроенергия при дългосрочна работа.

2. Намалено съдържание на влага и риск от ерозия в лопатките на крайния етап: Повторното нагряване подобрява сухотата на парата, като ефективно контролира съдържанието на влага в отработените газове, смекчава ерозията на лопатките на крайния етап и удължава експлоатационния живот на оборудването.

3. Структурна сложност и многоцилиндров дизайн: Изисква конфигурация на цилиндри за високо, средно и ниско налягане, заедно със свързващи тръбопроводи, което води до висока системна интеграция. Подходящ за агрегати с голям капацитет (напр. над 200 МВ).

4. Характеристики на регулирането и предизвикателства пред контрола: Парата, съхранявана в тръбопроводите за повторно нагряване по време на отхвърляне на товара, може да причини бързо увеличаване на скоростта, което налага използването на главни спирателни/регулиращи вентили на цилиндрите със средно налягане, байпасни системи и динамични стратегии за контрол на преотварянето, за да се осигури стабилност.

5. Сценарии на приложение и мащабиране на капацитета: Използва се предимно във високопараметрични, големи топлоелектрически централи и когенерационни системи. Проектите могат да включват единични или двойни етапи на повторно подгряване, за да отговарят на различни нива на налягане (напр. начално налягане на парата над 12 МПа), като по този начин се измества горната граница на капацитета на един блок.

Чрез въвеждане на цикъл на повторно подгряване в процеса на разширяване на парата, парната турбина с междинно повторно подгряване значително подобрява термодинамичната ефективност на цикъла и подобрява експлоатационните характеристики. Основните ѝ функции включват повишаване на топлинната ефективност, контрол на влажността на парата, повишаване на мощността и оптимизиране на условията на работа на лопатките в крайния етап.

1. Подобряване на топлинната ефективност: Тази технология включва връщане на парата след отвеждане на работното налягане в цилиндъра за високо налягане към подгревателя на котела за вторично нагряване до температура, близка до началната, след което се подава към цилиндрите за междинно и ниско налягане за продължаващо разширение. Това ефективно увеличава спада на енталпията в цилиндъра за ниско налягане, намалява загубите от източника на студ и повишава общата топлинна ефективност на цикъла до над 45%, което я прави особено подходяща за топлоелектрически агрегати с голям капацитет.

2. Контролиране на влажността на парата: С повишаване на налягането на парата, простото изентропично разширение води до по-висока влажност на отработените газове, причинявайки повреди от ерозия на водни капки. Междинното повторно нагряване значително намалява крайното съдържание на влага след разширението, като възстановява прегряването чрез вторично нагряване, като по този начин смекчава ерозията на лопатките на крайния етап и удължава живота на оборудването.

3. Подобряване на мощността и адаптивността: Цикълът на повторно нагряване позволява на парата да освободи повече енергия в цилиндрите с междинно и ниско налягане, подобрявайки относителната вътрешна ефективност на агрегата и общата мощност. Едновременно с това системата оптимизира реакцията на натоварване чрез регулиращи клапани с междинно налягане и байпасни системи, предотвратява превишаване на скоростта по време на отказ на товара и разрешава несъответствията между предлагането и търсенето на пара между турбината и котела при ниски натоварвания.

4. Оптимизиране на работните условия на лопатките в крайния етап: Чрез контролиране на съдържанието на влага, процесът на разширяване в цилиндъра с ниско налягане става по-плавен, намалявайки удара на капките и подобрявайки работната среда за лопатките в крайния етап (които могат да достигнат 1,5 метра дължина), като по този начин повишава експлоатационната надеждност.