Parní turbíny Dominanci parních turbín v energetickém průmyslu

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
Optimální rychlostní poměr
rovnotlakého stupně:
u
c 1ad
=
cos α 1 1
≅
2
2
Curtisův stupeň parní turbíny
Optimální rychlostní poměr
Curtisova stupně:
 u 
cos α 1 1

 =
≅
4
4
 c 1ad  opt .
Přetlakový stupeň parní turbíny
Optimální rychlostní poměr
přetlakového stupně:
 u

 c1ad

 = cos α 1 ≅ 1
 opt .
∆hR
Stupeň reakce r =
∆hst
Průběh termodynamické účinnosti a ztráty turbínových stupňů
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
a) rovnotlaký stupeň
b) přetlakový stupeň
ε=
e
π .D
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.
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).
Regulace výkonu parních turbín
Výkon turbíny je funkcí hmotnostního průtoku a rozdílu entalpií
Psv = M p .∆
∆had .η td .η m .η 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
≅
Průtoková charakteristika parní turbíny
Mj
index j – jmenovitý stav;
p 12 − p 22
p 12j − p 22 j
Vztahy platí pouze pro soustavu kanálů
(turbínových stupňů) s konstantními
průtokovými průřezy.!!!
index 1 – stav před stupněm nebo skupinou stupňů index 2 – stav za stupněm nebo skupinou stupňů
Regulace škrcením
Regulace skupinová
h
h
Regulace klouzavým tlakem
Regulace protitlakové turbíny
Důležitým provozně ekonomickým údajem u protitlakových turbín je tzv. teplárenský součinitel
α=
QT
Q max
QT [GJ / h]
Q max [GJ / h]
….max. množství tepla dodaného parou prošlou turbínou při plné hltnosti
….max. množství tepelné energie dodané odběrateli
Regulace turbíny s regulovaným odběrem páry
Regulace umožňuje:
Změnu odběrového
množství při zachování
podmínky
Psv = konst .
p o = konst.
Změnu svorkového
výkonu při zachování
podmínky
p o = konst. M o =konst.