Статьи

Паровая турбина

Первая паровая турбина, нашедшая практическое применение, была изготовлена ещё в далеком 1889 году шведом Лавалем. Классической паровой турбине уже больше века, а использование энергии пара для выработки электроэнергии в настоящее время получает все большее распространение в новых технологиях энергосбережения в России.
К ним, в частности, относится перевод котельных в мини-ТЭЦ. Масштабы применения этой технологии энергосбережения достаточно велики. Так, в России находится в эксплуатации около 80 тыс. паровых котельных паропроизводительностью 10–100 т/час. Эти котельные обычно используются в производственно-отопительных целях и принадлежат небольшим предприятиям бумажной, лесопильной, пищевой, мясо-молочной, кондитерской отраслей промышленности, производства строительных материалов, текстильной, кожевенной и многих других индустрий.
Параметры производимого пара и его потребление в разных котельных сильно различаются и зависят от назначения использования пара на предприятии, от времени года (летний и зимний режимы) и от времени суток.
Из этого пара возможно реально получить 200–1000 кВт электроэнергии. Для этого необходимо пар после котла направить в расширительную машину, например, в паровую турбину, связанную с электрогенератором. Таким образом можно получить очень дешевую электроэнергию (дополнительный расход топлива и эксплуатационные расходы незначительны). Однако использование паровой турбины здесь малопродуктивно, поскольку в указанной области небольших мощностей она имеет ряд хорошо известных недостатков.

Наиболее привлекательными по совокупности свойств в данном диапазоне мощности являются паровые винтовые машины (ПВМ). ПВМ по своей сути является новым типом паровой турбины. ПВМ разработана в России, она уникальна, зарубежные аналоги отсутствуют. На конструкцию ПВМ, ее узлов и систем получено около 25 патентов в России и за рубежом.

В диапазоне мощности 200–1000 кВт ПВМ практически по всем показателям значительно превосходит обычную лопаточную паровую турбину. ПВМ является наиболее перспективной основой для создания мини-ТЭЦ, особенно в районах Крайнего Севера и в приравненных к ним районах. Здесь ориентация на электростанции на дизельном топливе должна быть исключена в связи с многократным повышением цены топлива. В мини-ТЭЦ должны использоваться местные топливные ресурсы: уголь, торф, отходы лесопереработки.

Преимущества ПВМ

Основное преимущество энергоустановки с ПВМ по сравнению с имеющимися на рынке паротурбинными энергоустановками заключается в следующем: установки спроектированы практически на одно единственное сочетание расхода и давлений пара на входе в машину и на выходе из нее. Данное сочетание условий по пару определяет мощность машины. В то же время условия по пару у разных предприятий сильно различаются, и очень маловероятно, чтобы они совпали с расчетными условиями машины.

Конструкция ПВМ позволяет в широком диапазоне приспосабливаться к конкретным условиям предприятия и, как следствие, может покрывать весь наиболее часто встречающийся диапазон мощности 200–1000 кВт. Подобная вариативность значительно расширяет спектр применения ПВМ. Высокий КПД расширения (0,7–0,75) в широком диапазоне режимов. Конденсат, образующийся при расширении пара, заполняет зазоры между рабочими органами, тем самым уменьшая протечки пара и повышая КПД.

Простота конструкции, высокая ремонтопригодность.

Высокий межремонтный ресурс обусловлен отсутствием взаимного касания роторов и, соответственно, отсутствием механического износа.

ПВМ может работать на паре любой влажности, в то время как минимальная степень сухости пара на выходе лопаточных турбин составляет 88%. Влажный пар вызывает эрозионный износ лопаток. Как известно, у подавляющего большинства котлов малой производительности отсутствуют пароперегреватели, поэтому этими котлами вырабатывается сухой насыщенный пар. При расширении его в проточной части турбины степень сухости падает, что создает опасность преждевременного выхода установки из строя.

Неприхотливость к качеству пара, наличию в нем частиц окалины и грязи.

Габариты и масса ПВМ меньше, чем у лопаточной турбины аналогичной мощности. Это важно при размещении ПВМ в действующем здании котельной.

Высокая маневренность при изменении режима работы. Быстрый пуск и останов.

Высокая эксплуатационная надежность и безопасность при возникновении аварийной ситуации.

Доказано практикой и экономикой

Предприятие ООО «Промышленные компоненты КАМАЗ» (г. Набережные Челны), наладило производство паровой винтовой турбины мощностью асинхронного генератора 1000 кВт. В настоящее время машина находится в эксплуатации и уже показала свою работоспособность и эффективность.