Основные плюсы и минусы паровой турбины

Паровые турбины уже несколько веков находятся на службе у человека. Благодаря им работают предприятия различных отраслей промышленности, обеспечены теплом и светом большие и малые населённые пункты.

Это мощный двигатель, которые заслуживает более детального изучения.

Принцип работы, виды

Паровая турбина служит для преобразования тепловой энергии водяного пара в механическую работу.

Она состоит из двух главных частей – ротора и статора.

Ротор – подвижная часть. Представляет собой вал, вращающийся вокруг своей оси, оснащенный лопатками.
Статор – неподвижная часть, в которой имеются сопла для подачи под давлением нагретого до высокой температуры пара. Его поток направлен либо вдоль роторного вала (аксиальная турбина), либо перпендикулярно ему (радиальная турбина).

По количеству валов их делят на одновальные, двувальные и трехвальные, связанные между собой зубчатыми передачами.

Дополнительно на паровых турбинах устанавливают цилиндры, сопловые каналы, диафрагмы, концевые уплотнения, регуляторы безопасности, генераторы электрического тока.

Производят тепловую и электрическую энергию для нужд предприятий металлургии, химической, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленностей. Снабжают население электричеством, теплом. Имеют свои достоинства и недостатки перед остальными видами тепловых машин. Рассмотрим их подробнее.

Преимущества

Работают на различных видах топлива. Для нагрева воды до газообразного состояния используют разные энергоносители. На теплоэлектростанциях – мазут, газ, уголь, торф. На атомных – энергию распада радиоактивного топлива. Можно использовать отработанный пар металлургического, химического, машиностроительного производств. Малые паровые турбины работают на бензине.
Высокая единичная мощность. Мощность одной турбины для ТЭС может равняться 1200 МВт, а для АЭС – до 1900 МВт. Самые мощные разработаны немецкой компанией Siemens и американской General Electric. Каждая имеет мощность – 1900 МВт и установлены на АЭС. Самые производительные паровые турбины в России работают на Сургутской ГРЭС-2 – по 800 МВт каждая. Всего их 6. Станция обеспечивает электроэнергией всю Тюменскую область и часть Урала.
Большой диапазон мощностей. Позволяет использовать паровые турбины для разных нужд. Самые производительные — установлены на крупных атомных и теплоэлектростанциях. Средние и малые — вырабатывают тепло и электричество для заводов, фабрик, небольших городов, отдаленных поселков. Номинальная мощность находится в пределах 50-1900 МВт. Самая маленькая – мощностью 30 кВт – позволяет автономно вырабатывать электроэнергию для коттеджа площадью до 300 квадратных метров.
Большой срок службы. Нормативными документами установлены сроки эксплуатации турбины на ТЭС – 40 лет, на АЭС – 30 лет. Для быстроизнашивающихся деталей, такие как лопатки, крепежные детали — до 6 лет. Обычно по истечении нормативных сроков службы, сохраняется остаточный ресурс и срок работы турбины продлевают.
Высокий коэффициент полезного действия. При преобразовании тепловой энергии водяного пара в механическую энергию вращения ротора паровой турбины. В современных установках КПД достигает 90%. Поэтому они установлены на электростанциях во всем мире.

Недостатки

Инерционность. Пуск ротора процесс сложный, требует много времени и энергии. Перед запуском сначала проверяют исправность всех запорных, защитных механизмов, регулирующих клапанов, прочее. Затем прогревают при определенных температуре и давлении пара паропроводы, клапаны, ротор. Синхронизируют генератор, а затем дают полную нагрузку. На все это уходит несколько суток. На остановку и остывание турбины для планового ремонта требуется 5-6 суток.
Сложность монтажа, обслуживания. Для перевозки и установки турбины создаются особые условия. Она транспортируется специальными автопоездами или железной дорогой в собранном виде, чтобы исключить попадание пыли, загрязнений. Для её погрузки/разгрузки, монтажа/демонтажа применяют краны большой грузоподъёмности, такелажное оборудование. Требуется большое количество грамотных специалистов для ведения работ по установке, обслуживанию, ремонту: машинисты паровых турбин, электрики, слесари, монтажники, инженеры и другие мастера.
Дороговизна. Это высокотехнологичное оборудование. Его стоимость зависит от производителя, размеров, мощности. Чем мощнее, тем дороже. Одна паровая турбина стоит от 5 000 до 200 000 американских долларов.
Загрязнение окружающей среды. Чтобы нагреть воду до состояния пара температурой порядка 400-600 ^оС используют разные виды топлива. Это может быть мазут, уголь, газ. Для их сгорания необходим кислород, который забирается из воздуха, а в атмосферу выделяется большое количество продуктов горения, вредных для человека и природы. Это углекислый газ, хлор, сернистые соединения, угарный газ, оксид азота, свинец. Кроме того, отработанный пар выделяется в атмосферу, повышая уровень «парникового эффекта» на нашей планете. На атомных электростанциях главная проблема – захоронение радиоактивных отходов.
Низкая эффективность преобразования тепловой энергии топлива в электрическую. Паровые турбины являются главным механизмом на электростанциях. Для производства 1 млн. кВт/ч электроэнергии необходимо сгенерировать 2,9 млн. кг водяного пара и сжечь в котле 500 тонн угля за 1 час. Лишь 40 % тепловой энергии, образовавшейся от сгорания топлива, преобразуется в электрическую энергию. Еще 20% тепловой энергии пара используется для централизованного теплоснабжения.

Выводы

Несмотря на имеющиеся недостатки паровые турбины популярны в теплоэнергетике. Это обусловлено большими сроками службы, надежностью, универсальностью, широким диапазоном мощностей.

Постоянно ведутся работы по улучшению характеристик паровой турбины: повышение КПД, экологической чистоты, снижение трудоёмкости технологических процессов.

Однако альтернативные технологии производства тепла и электроэнергии становятся все более популярными, постепенно вытесняя паровую турбину с лидирующих позиций.