В турбинах с регулируемым отбором часть пара отбирается из 1 или 2 промежуточных ступеней, а оставшийся пар поступает в конденсатор. Давление отбора поддерживается в определенных пределах системой управления. Точка отбора (ступень турбины) выбирается в соответствии с требуемыми параметрами пара.
Паровые и газовые турбины: преимущества и недостатки
Паровые и газовые турбины используются для привода генератора, вырабатывающего электроэнергию. Они различаются по типу используемого сырья. Объединяя преимущества обоих типов турбин, создается комбинированная система газовых и паровых турбин, которая позволяет значительно повысить эффективность.
Назначение силовой турбины
Силовая турбина – это движущий механизм электростанции для выработки тепла и электроэнергии. Она состоит из вращающегося вала с лопастями, на который подается рабочая среда. Генератор, соединенный с валом, начинает работать, оказывая давление на лопасти и вырабатывая энергию.
Турбины делятся на два типа в зависимости от рабочей среды: паровые турбины и газовые турбины.
В конструкции этих машин есть несколько различий. В обеих турбинах рабочая среда проходит через камеру сгорания, после чего продукты сгорания находятся под давлением и давят на лопатки, приводя в движение вал.
Преимущества парового двигателя
- Использование любого горючего топлива. Ключевым преимуществом таких машин, как двигатели внешнего сгорания, является то, что, поскольку котел изолирован от компонентов парового двигателя, можно использовать любое топливо, от древесины до урана. Самым ярким примером этого преимущества является использование ядерной энергии, поскольку реактор не способен вырабатывать механическую энергию, но генерирует тепло, которое используется для испарения жидкости, приводящей в движение паровые двигатели (обычно турбины).
- Использование возобновляемых источников энергии. Еще одним важным фактором является то, что существуют другие источники энергии, которые не могут быть использованы в других двигателях внутреннего сгорания, такие как, например, солнечная энергия или гидроэнергия. Использование разницы во внутренней энергии океанов на разных глубинах также является интересной разработкой.
- Стабильность работы не зависит от значений атмосферного давления. Паровые локомотивы хорошо подходят для работы на большой высоте, поскольку их эффективность не снижается при понижении атмосферного давления. Паровозы до сих пор используются в горах Латинской Америки.
- Малый вес по сравнению с другими типами двигателей. Паровые поезда также намного легче своих дизельных или электрических аналогов, что чрезвычайно важно на горных маршрутах. Особенностью паровых машин является то, что они не нуждаются в зубчатых передачах – мощность передается непосредственно на колеса.
- В настоящее время они безальтернативно используются на электростанциях. Паровые турбины, по сути являющиеся разновидностью парового двигателя, широко используются в качестве привода электрогенераторов. Около 86% электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с помощью паровых турбин.
Применение паровых двигателей
До конца первой половины двадцатого века паровые двигатели широко использовались во многих областях экономической деятельности, благодаря своим многочисленным преимуществам (высокая надежность, работа при больших перепадах нагрузки, простота). Области применения включают: транспорт. Легкая и тяжелая промышленность с потреблением электроэнергии и тепла:
Однозначно используется в качестве привода в насосных станциях, паровозах, паровых машинах, тракторах, лесопилках и сушилках и т.д.
Недостатки
- Инерция. Ввод ротора в эксплуатацию – сложный процесс, требующий много времени и энергии. Перед вводом в эксплуатацию сначала необходимо проверить исправность всех запорных клапанов, предохранительных механизмов, регулирующих клапанов и т.д. Затем паропроводы, клапаны и ротор нагреваются до заданной температуры и давления пара. Генератор синхронизируется, а затем запускается под полную нагрузку. Все это занимает несколько дней. На остановку и охлаждение турбины для планового технического обслуживания уходит пять-шесть дней.
- Сложность установки, обслуживания. Для транспортировки и установки турбины создаются особые условия. Ее перевозят специальными поездами или по железной дороге в собранном виде, чтобы исключить попадание пыли и грязи. Паровая турбина загружается/разгружается, устанавливается/демонтируется с помощью тяжелых кранов, такелажного оборудования, а для монтажа и обслуживания требуется большое количество компетентных техников. Для установки, обслуживания и ремонта требуется большое количество компетентных специалистов: операторы паровых турбин, электрики, слесари, монтажники, инженеры и другие мастера.
- Дорого. Это высокотехнологичное оборудование. Его стоимость зависит от производителя, размера и мощности. Чем выше мощность, тем выше цена. Одна паровая турбина стоит от 5 000 до 200 000 долларов США.
- Загрязнение окружающей среды. Для нагрева воды до пара при температуре около 400-600 о С используются различные виды топлива. Это может быть мазут, уголь или газ. Для их сгорания требуется кислород, который берется из воздуха, и в атмосферу выделяется большое количество продуктов сгорания, вредных для человека и окружающей среды. К ним относятся углекислый газ, хлор, соединения серы, угарный газ, оксид азота и свинец. Кроме того, отработанные водяные пары выбрасываются в атмосферу, усиливая "парниковый эффект" на нашей планете. На атомных электростанциях основной проблемой является утилизация радиоактивных отходов.
- Низкая эффективность преобразования тепла топлива в электроэнергию. Паровые турбины являются основным механизмом на электростанциях. Для производства 1 млн кВт/ч электроэнергии необходимо произвести 2,9 млн кг пара и сжечь в котле 500 тонн угля за 1 час. Только 40% тепловой энергии топлива преобразуется в электричество. Еще 20% тепловой энергии, вырабатываемой паром, используется для централизованного охлаждения.
Паровые турбины специального назначения
Паровые турбины специального назначения обычно используются для получения технологического тепла на металлургических, машиностроительных и химических предприятиях. К ним относятся роторные паровые турбины, двухкомпрессорные паровые турбины и предкомпрессорные паровые турбины.
- Роторные паровые турбины используют отработанный пар от поршневых машин, паровых молотов и прессов при давлении немного выше атмосферного.
- Дуплексные турбины работают как на свежем паре, так и на отработанном паре из парогенераторов, подаваемом на одну из промежуточных ступеней.
- Восходящие турбины – это агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработанный пар от этих турбин отводится к другим турбинам с более низким начальным давлением. Необходимость в турбинах восходящего потока возникает при модернизации электростанций с паровыми котлами более высокого давления, на которые ранее установленные на электростанции турбины не были рассчитаны.
- К турбинам специального назначения также относятся пропульсивные турбины для различных агрегатов, требующих высокой пропульсивной мощности. Например, питательные насосы на крупных электростанциях, воздуходувки и компрессоры на газоперекачивающих станциях и т.д.
Как правило, стационарные паровые турбины имеют нерегулируемый отбор пара из ступеней давления для регенеративного подогрева питательной воды. Паровые турбины специального назначения не строятся серийно, как конденсационные и теплофикационные турбины, а в основном изготавливаются на заказ.
Паровые турбины – преимущества
- Паровые турбины могут работать на различных видах топлива: газообразном, жидком или твердом
- высокая выходная мощность
- свободный выбор теплоносителя
- широкий диапазон мощности
- впечатляющий срок службы паровых турбин
- высокая инерционность паровых электростанций (длительные периоды пуска и остановки)
- высокая стоимость паровых турбин
- низкий объем вырабатываемой электроэнергии по сравнению с объемом вырабатываемого тепла
- дорогостоящий ремонт паровых турбин
- Снижение экологических показателей для тяжелого мазута и твердого топлива