Спосіб збільшення ккд парових турбін

Винахід належить до енергетики та може бути використаний для зменшення переохолодження пари і кількості крупнодисперсної вологи в ступенях низького тиску парових турбін. Відомий спосіб зменшення ерозії та збільшення ККД парових турбін, який полягає в зниженні концентрації крупнодисперсної вологи в останніх ступенях турбін [Экономичность влажно-паровых турбинных ступеней с обогреваемыми сопловыми лопатками. Тр. МЭИ.- 1993, Вып. 663.-С. 48-56], котрий ґрунтується на підігріві соплових лопаток перегрітою парою, що пропускається через спеціальний канал у тілі діафрагми. У результаті такого підігріву водяна плівка, яка утворилася, частково випаровується, розмір крапель зменшується. Недоліком цього способу є необхідність використання пари на обігрівання соплових лопаток, що призводить до зниження ККД турбіни. Виконання каналів у діафрагмі ускладнює конструкцію парової турбіни та схему турбоустановки. Відомий також спосіб зменшення ерозії та збільшення ККД парових турбін [Эконом. пат. №. 207116 ГДР, F01D5/28. - Опубл. 84.02.15. - № 7], в якому в живильну воду додаються поверхнево-активні речовини (ПАР), за рахунок котрих зменшують коефіцієнт поверхневого натягу, підвищують швидкість утворення зародків конденсації і таким чином знижують кількість крупних крапель у паровому потоці. Недоліком цього способу є велика витрата ПАР (від 0,1 до 1000 мг/л), оскільки при високій температурі у котлі відбувається розклад ПАР, що потребує неперервного додавання цих речовин, і як наслідок - підвищує вартість електроенергії, яка виробляється. Використання ПАР незначно знижує розмір крапель. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, є спосіб підвищення ККД турбіни [Скляров В.П. Вплив електризації вологої пари на процеси конденсації в теплоенергетичних установках: Автореф. канд. техн. наук. - Харьков, 2001. - 18 с.], що полягає в створенні додаткових центрів конденсації за останнім ступенем турбіни, в котрому концентрацію центрів конденсації підвищують за рахунок збільшення струму електризації (виникаючого при зриві крапель з робочих поверхонь) шляхом нейтралізації об'ємного заряду, поле якого заглушує електризацію. Недоліком цього способу є те, що для його реалізації необхідна наявність у потоці зарядів з великою густиною, а це можливо лише при високій вологості. Крім того, в цьому способі збільшення ККД турбіни досягається за рахунок підвищення ефективності роботи тільки останнього ступеня турбіни та зменшення витрат ви хлопного патрубка. В основу винаходу поставлено задачу розробки способу зменшення ерозії та збільшення ККД турбіни, в якому створення центрів конденсації перед зоною фазового переходу дозволяє зменшити переохолодження пари і знизити кількість крупнодисперсної вологи в паровому потоці і за рахунок цього зменшити ерозію та збільшити ККД турбіни. Поставлена задача розв'язується за рахунок того, що у способі зменшення ерозії та збільшення ККД турбіни, який полягає у створенні центрів конденсації штучною електризацією парового потоку, згідно з винаходом центри конденсації створюються перед зоною фазового переходу з густиною зарядів 10-6-10-4 Кл/м 3. При роботі турбіни через дефіцит зародків конденсації виникає переохолодження пари, яке знижує спрацьовуваний перепад на ступені, а на робочих поверхнях утворюється плівка конденсату, котра є джерелом крупнодисперсної вологи у потоці. Штучна електризація парового потоку перед зоною фазового переходу викликає утворення великої кількості зародків конденсації, що в свою чергу приводить до інтенсивної об'ємної конденсації, зменшення переохолодження та зниження кількості крупнодисперсної вологи. ККД турбіни підвищується за рахунок зменшення втрат від переохолодження та зменшення втрат, пов'язаних з наявністю крупнодисперсної вологи. При вказаній густині зарядів 10-6-10-4 Кл/м 3 в паровому об'ємі утворюється надлишок зародків конденсації, при якому запобігається переохолодження пари. Для запобігання ерозії максимальний радіус краплі не повинен перевищувати 5х10-7 м [Г.А. Филиппов, О.А. Поваров, В.В. Пряхи н. Исследование и расчеты турбин влажного пара. М.: Энергия, 1973, - 232с.]. Якщо при вологості пари в 1%, вся волога в потоці являє собою краплі з таким розміром, то їх концентрація складає 10 12 м3 . Якщо при цьому кожна крапля несе один елементарний заряд, густина зарядів у потоці складає 1,6х10-7 Кл/м 3 (в момент зародження крапля не може нести більше одного елементарного заряду). У разі збільшення вологості до максимального значення 10 %, при умові, що всі краплі мають такий же радіус 5х107 м, для створення необхідної концентрації зародків конденсації, достатня густина зарядів складе 1,6 10-6 Кл/м 3. Для забезпечення надійної конденсації пари необхідний деякий надлишок кількості зародків конденсації, тому доцільно створювати густину зарядів у потоці 10-6-10-4 Кл/м 3. Для ілюстрування способу на фігурі 1 зображена схема циліндра низького тиску (ЦНТ) з пристроєм електризації пари, на фігурі 2 - схема коронувальних електродів. Для реалізації способу коронувальні електроди 1, встановлені на ізоляторах 2 і зібрані в колектор 3 перед початком зони фазового переходу 4, підключені до високовольтного джерела 5. Під дією високої напруги на коронувальних електродах 1 виникає коронний розряд і відбувається електризація парового потоку 6. Заряди, що утворилися, рухаються разом з потоком і потрапляють в зону фазового переходу 4, тобто в зону, де температура пари досягає лінії насичення. Подальше розширення пари супроводжується зниженням її температури та конденсацією на зарядах. У разі достатньої кількості зародків конденсації виникає інтенсивна конденсація на цих зародках, у результаті чого температура пари не опускається нижче лінії насичення, і відбувається рівноважне розширення пари з утворенням великої кількості дрібнодисперсної вологи в паровому потоці. Оскільки кількість вологи, яка випадає при цьому на робочих поверхнях, зменшується, кількість крупнодисперсної вологи в потоці також зменшується, що приводить до зменшення ерозії та зниження втрат від вологості. Відомо, що втрати, викликані переохолодженням пари, досягають 2,5 % на ступінь. Зменшення переохолодження пари збільшує спрацьовуваний перепад на ступенях, що веде до підвищення ККД турбіни. Потужність високовольтного джерела для живлення коронувальних електродів складає ~103 Вт. Наприклад, якщо витрата пари через останній ступінь турбіни Т250/300 складає 200 кг/с, то при вологості 1 % для створення необхідної густини зарядів у потоці максимальний струм коронного розряду повинен складати ~640 мкА, а при максимальній вологості 10% - 6,4 мА. Для стійкого горіння коронного розряду достатньо напруги 10 4 В. Якщо коронувальні електроди розмістити безпосередньо перед початком зони фазового переходу, необхідна потужність високовольтного джерела складає 64 Вт. Якщо коронувальні електроди встановлено на деякій відстані від зони фазового переходу, потужність високовольтного джерела необхідно збільшити. Так, якщо коронувальні електроди встановлено на відстані 400 мм від зони фазового переходу, необхідна потужність високовольтного джерела складе 1300 Вт.