Паровые турбины – это мощные двигатели, преобразующие энергию пара в механическую энергию вращения. Подобные устройства занимают центральное место в энергетике, поскольку помогают вырабатывать электроэнергию на тепловых электростанциях и приводят в действие различное промышленное оборудование. Понимая принципы работы, учитывая особенности разных типов паровых турбин, можно повысить эффективность их эксплуатации и одновременно упростить обслуживание таких сложных агрегатов.
Принцип работы паровой турбины
Паровые турбины востребованы в различных областях. Они являются критически важной частью современных энергетических систем. Суть работы подобных установок состоит в том, что они преобразуют энергию пара в механическое вращение ротора. Пар, который нагревается до высокой температурой и подается под давлением, поступает на лопатки, закрепленные на роторе. Под воздействием силы давления поток расширяется, благодаря чему создается вращающий момент. Далее энергия вращения ротора передается на генератор, где преобразуется в электрическую энергию. Отработанный пар направляется в конденсатор (это характерно для конденсационных типов оборудования) или используется для нужд теплоснабжения (данный принцип реализован в теплофикационных системах и турбинах с противодавлением).
Описанный процесс происходит непрерывно, соответственно, энергия вырабатывается без остановки. Чтобы можно было обслуживать системы и проводить профилактические ремонты, на предприятиях обычно устанавливается несколько паровых турбин. После отключения одной из них нагрузка распределяется между остальными.
Основные типы паровых турбин
На современных промышленных предприятиях применяется несколько основных типов паровых турбин, которые различаются по конструкции, назначению и эффективности. Подобное оборудование классифицируют по многим параметрам, но чаще всего их разделяют по такому показателю, как давление отработавшего пара. На основании этого рассмотрим следующие варианты устройств.
Конденсационные
Конденсационные турбины (или с конденсатором) – наиболее распространенный тип оборудования, применяемый на ТЭС. Отработанный пар из турбины поступает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется, превращаясь в воду. Низкое давление в конденсаторе, создаваемое вакуумом, повышает эффективность работы оборудования, поскольку из-за этого увеличивается перепад давления пара на лопатках ротора. Подобные установки предназначены исключительно для производства электроэнергии.
Теплофикационные
Этот вариант установок, в отличие от конденсационных, предназначен не только для выработки электроэнергии, но и для отбора пара для нужд теплоснабжения. Причем пар допускается отбирать, когда он проходит через разные может ступени турбины. Отобранный пар используется для подогрева сетевой воды в теплофикационных установках, благодаря чему обеспечивается отопление и подается горячая вода потребителям. Принцип работы теплофикационных турбин аналогичен конденсационным, но конструкция предусматривает специальные элементы для отбора пара.
С противодавлением
Турбины с противодавлением характеризуются тем, что у отработавшего пара, который выходит из них, фиксируется определенное избыточное давление. Поэтому он направляется для дальнейшего использования в технологических процессах или в систему теплоснабжения. Такие установки обычно работают в паре с котлами высокого давления, которые генерируют необходимый объем рабочей среды для турбины. Оборудование с противодавлением, как правило, не имеет конденсатора, а отработавший пар используется для нужд производства.
Области применения паровых турбин
Различия в типах паровых турбин определяются их конструкцией и назначением. Выбор конкретного типа зависит от требуемой мощности, режима работы и задач, которые необходимо решить. В качестве основных сфер, где применяются такие системы, выделим несколько направлений.
Электроэнергетика
Основной областью применения паротурбинных установок является генерация электроэнергии на теплоэлектростанциях. Причем для производства электроэнергии в большинстве случаев используются конденсационные системы. Теплофикационные модели применяются преимущественно на теплоэлектроцентралях, где выработка электроэнергии сочетается с производством тепла для нужд отопления и горячего водоснабжения.
Промышленность
Паровые турбины широко распространены во многих сферах промышленности, где они применяются для привода насосов, компрессоров, вентиляторов, генераторов и другого оборудования. Устройства с противодавлением часто используются на промышленных предприятиях для выработки электроэнергии и поддержания технологических процессов, где требуется большой объем пара.
Судостроение
Установки данного типа долгое время применялись в судостроении в качестве главных двигателей для привода гребных винтов. В настоящее время их использование в этой области сократилось, им на смену пришли более совершенные дизельные двигатели и газовые турбины, а также установки, работающие за счет атомной энергии.
Преимущества и недостатки паровых турбин
Паровые турбины выделяются на фоне аналогичных решений несколькими преимуществами, благодаря которым они считаются предпочтительным вариантом для выработки электроэнергии и привода различного оборудования.
Преимущества:
- Высокая удельная мощность – оборудование подходит для применения на энергоемких производствах.
- Надежность и долговечность (при правильной эксплуатации и обслуживании) – срок службы современных паровых турбин может достигать нескольких десятилетий, что делает их выгодным долгосрочным вложением.
- Способность работать в широком диапазоне нагрузок – это свойство особенно актуально для энергосистем, где колебания в потребления электроэнергии являются неизбежными в силу различных причин.
- Высокий КПД (особенно для установок конденсационного типа) – современные модели оборудования, работающие по оптимизированным циклам, достигают впечатляющих показателей эффективности, которые приближаются к теоретическому максимуму.
Недостатки:
- Сложность конструкции и обслуживания – из-за многочисленных компонентов в составе, сложности технологической схемы работы и тонких настроек для обслуживания и ремонта систем нужен персонал с высокой квалификацией, а также специализированный инструмент и комплектующие.
- Требуется дополнительно устанавливать котел для выработки пара – это увеличивает общую стоимость и габариты энергетической установки, а также требует дополнительных затрат на топливо и обслуживание котла.
- Шумность при работе – работающая паротурбинная установка довольно сильно шумит, для снижения этого показателя и приведения его к нормам СанПиН необходимо дополнительно продумать возможности шумоизоляции.
- Высокая стоимость оборудования – первоначальные инвестиции в паротурбинную установку довольно серьезные, хотя долгосрочная экономия за счет высокой эффективности часто компенсирует эти затраты.
Паровые турбины – сложные и эффективные устройства, играющие важнейшую роль в энергетике и промышленности. Благодаря разнообразию типов такого оборудования удается подобрать оптимальное решение для различных задач и встроить их в разные технологические процессы.