Энергетические характеристики оборудования КЭС

Расчет энергетических показателей ТЭЦ

Удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении (удельная комбинированная выработка электроэнергии на ТЭЦ).

Показателем, характеризующим эффективность производства электроэнергии на теплофикационном турбоагрегате, служит удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении:

 

э = (3.34)

Здесь - электроэнергия, производимая отборным паром с расходом в проточной части до места его отбора. При расчете необходимо учитывать влияние пара нерегулируемых отборов, если они существуют.

Если не учитывать влияние нерегулируемых отборов и наличие промежуточного перегрева пара, то

 

 

э = (3.35)

 

 

Удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении увеличивается при уменьшении давления и температуры отборного пара, увеличении проточной части и количества отбираемой теплоты.

 

Удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении относится только потоку пара, работающему по теплофикационному циклу, и поэтому не определяет экономичность турбоагрегата в целом. Для сравнения между собой ТЭЦ с разными начальными параметрами пара и параметрами пара регулируемых отборов формула (3.35) непригодна. Возникают трудности при определении э с учетом влияния пара нерегулируемых отборов и промежуточного перегрева, а также других факторов.

 

На заводах, как правило, сооружают одну, общую для всех потребителей и генераторов пара систему паропроводов с давлением пара в ней 1,0- 1,5 МПа, которое определяется условиями трансnорта пара к наиболее удаленным потребителям. Снижение давления пара, отпускаемого от ТЭЦ, до 0,4 - 0,8 МПа могло бы существенно повысить показатели ТЭЦ. Так, из рис. 4.1 видно, что при начальных параметрах пара 13 МПа, 565° С, снижение давления пара в отборе с 1,3 до 0,4 МПа дает увеличение удельной выработки электроэнергии (кривая 3) от 0,24 до 0,35, т. е. в 1,5 раза. Во столько же возрастает при этом и экономия топлива, достигаемая комбинированной выработкой теплоты и электроэнергии на ТЭЦ. Если снизить давление в отборе с 1,3 до 0,8 МПа, то экономия топлива возрастет примерно на 17%. Чем ниже начальное давление пара на ТЭЦ, тем большую экономию топлива дает снижение давления пара в отборе. Поэтому при проектировании рекомендуется, если этому благоприятствуют местные условия, рассматривать возможность снижения давлений пара в отборах или противодавлениях.

 

 

Энергетические характеристики оборудования КЭС

 

Экономичность работы оборудования определяется его энергетическими характеристиками. Энергетические характеристики - это графические или аналитические зависимости, устанавливающие взаимосвязь между уровнем нагрузки оборудования и затратами энергии. Графические зависимости, диаграммы режимов обладают наглядностью, достаточно высокой точностью, но вместе с тем их сложно использовать при расчетах на ЭВМ, кроме того, такие зависимости справедливы только для определенных условий и при отклонении от этих условий требуется внесение поправок.

Поэтому в последнее время широкое распространение как для конденсационных, так и для теплофикационных машин получили аналитические зависимости.

Все характеристики делятся: на расчетные, определяемые заводами-изготовителями; типовые, устанавливаемые для группы однотипного оборудования на основании обработки большого числа экспериментальных данных для оборудования одного и того же типа, размещенного на различных станциях; нормативные, устанавливаемые специализированной организацией для конкретного агрегата или группы агрегатов данной станции. Нормативные характеристики получают при оптимальных эксплуатационных параметрах данного оборудования.

Все характеристики получают при определенных условиях эксплуатации, поэтому на каждой из них обязательно указываются условия, при которых данная характеристика найдена. Характеристики могут быть определены как для блока в целом, так и для отдельных агрегатов.

Для турбоагрегата используются в основном тепловая и паровая энергетические характеристики.

Тепловая характеристика устанавливает зависимость часового расхода теплоты

3

Q на входе в турбоагрегат от его электрической нагрузки N _э.

Паровая характеристика показывает зависимость часового расхода пара в головную часть турбоагрегата D0 от электрической нагрузки N _э.

Все перечисленные выше характеристики по своему отношению к режиму работы установки делятся на статические и динамические.

 

Статические характеристики получают для установившихся режимов с постоянной во времени нагрузкой, имеющей достаточную продолжительность, т.е. при стабильных значениях потоков энергоносителей, их параметров и показателей установки.

Динамические характеристики получают для неустановившихся режимов, т.е. при изменениях нагрузки, потоков энергоносителей и их параметров, в частности, во время пуска, останова или разгружения и нагружения.

В дальнейшем будем рассматривать только статические характеристики, так как практически невозможно получить достаточно достоверные обобщенные динамические характеристики. Фактически каждый переходный процесс будет иметь свою собственную характеристику.

Основой для построения расходных характеристик турбоагрегатов являются данные их тепловых испытаний, реже - результаты заводских расчетов. При испытаниях обычно определяются расходы свежего пара D ₀на входе в турбину при различных электрических нагрузках, давление, температура и энтальпия свежего пара и питательной воды, а также давление в конденсаторе, что позволяет перейти от расходов пара к расходам теплоты. При обработке материалов испытаний показатели приводятся к номинальным условиям, в качестве которых обычно принимаются постоянные номинальные параметры свежего пара, пара отборови постоянное давление в конденсаторе, фиксированная схема системы регенерации и режим ее работы (иногда вместо заданного давления в конденсаторе рассматриваются показатели при постоянных расходе и температуре охлаждающей воды).

Результаты тепловых расчетов, испытаний и эксплуатационные данные показы

3

вают, что зависимость расхода пара D, кг/ч, от мощности турбоагрегата N _э, кВт, с точностью, достаточной для ориентировочных тепловых и технико-экономических расчетов, можно принимать прямолинейной в широких пределах нагрузок турбоагрегата - от нулевой (N_э= О) до расчетной экономической нагрузки N _эк (рис. 13.14, а). Мощность N _экусловно называют экономической, а также нормальной мощностью N_н, поскольку турбоагрегат должен в условиях эксплуатации

 

 

 

работать с нагрузкой, близкой по возможности к экономической. Обычно эта мощность составляет 80-100 % номинальной мощности, расход пара в таком режиме равен D_н.

При нулевой электрической мощности и номинальной частоте вращения ротора турбины свежий пар в количестве D _храсходуется на преодоление постоянных потерь холостого хода, состоящих из внутренних и механических потерь турбины,

механических и электрических потерь генератора. Относительный расход пара на холостой ход турбоагрегата характеризуется коэффициентом холостого хода:

 

х = D_х / D _н(13.14)

 

Коэффициент холостого хода зависит от соотношения начальных и конечных параметров рабочего процесса и от мощности турбоагрегата. Для современных мощных конденсационных турбоагрегатов этот коэффициент составляет 3-7 %.

Наклон основного прямолинейного участка характеристики определяется приростом расхода пара на единицу прироста нагрузки - удельным (относительным) приростом расхода пара:

 

r = 𝜟 D/ 𝜟 N. (3.15)

 

При N _эк= N _н удельный прирост расхода пара r ₁, коэффициент холостого хода х и удельный расход пара при нормальной нагрузке турбоагрегата d _н связаны между собой соотношением

 

r = (13.16)

 

 

Расход пара при холостом ходе турбоагрегата и относительный его прирост имеют большое значение для оценки экономичности работы турбоагрегата и рационального выбора режимов эксплуатации. Зная эти величины для любой заданной нагрузки, можно определить часовой расход пара в головной части турбоагрегата.

В диапазоне от нулевой до экономической нагрузки расход пара на турбину вычисляют по формуле

 

D = D _x+ r ₁ N = xD _н+(1- x) d _н N, (3.18)

 

где N - текущая мощность в пределах от нулевой до N_н.

Удельный расход пара в зависимости от нагрузки имеет вид

 

 

d = D/N = D _x / N + r ₁. (3.19)

 

Удельный расход пара конденсационного турбоагрегата при изменении мощности от нулевой до экономической состоит из постоянного относительного прироста r ₁ ипеременной величины D _х/ N, зависящей от коэффициента загрузки и обусловленной постоянными потерями при холостом ходе. При снижении мощности удельный расход пара на турбоагрегат резко повышается, стремясь к бесконечности при нулевой электрической мощности (рис. 13.14, б). Гиперболический характер зависимости удельного расхода пара от нагрузки и стремление ее к бесконечности при снижении нагрузки до нулевой определяются наличием постоянных потерь при холостом ходе. В идеальном турбоагрегате без потерь при холостом ходе, для которого х = О, удельный расход пара - величина постоянная и равная r = d _н, т.е. удельному приросту расхода пара, который в этомслучае превращается в удельный расход пара при нормальной мощности.

В реальных условиях эксплуатации при увеличении нагрузки удельный расход пара уменьшается и стремится к относительному приросту r для области нагрузок, не превышающих экономическую.

Экономичность турбоагрегатов при малой нагрузке резко снижается. Режим работы агрегатов с малой нагрузкой допустим лишь как вынужденный и непродолжительный. В периоды прохождения провалов графиков нагрузки следует проверять целесообразность останова части агрегатов (вместо глубокого разгружения).

В области нагрузок выше экономической (для турбоагрегатов, имеющих излом графиков нагрузок в точке экономической мощности) характеристики также можно считать прямолинейными, но имеющими больший наклон, чем в основной ее части.

Для области перегрузок паровая характеристика турбоагрегата имеет вид

 

D = D _x + r ₁ N _эк + r ₂(N - N _эк), (3.20)

 

Число параметров, определяющих тепловую экономичность теплофикационного агрегата, довольно велико. Кроме расхода пара, тепловой нагрузки и электрической мощности такими параметрами являются: давление в регулируемых отборах, расход сетевой воды, температурыпрямой и обратной воды, недогрев воды в сетевых подогревателях, давление в конденсаторе, начальные температура и давление пара и др. В общем виде расходная характеристика теплоты на входе в турбину зависит от следующих основных факторов:

 

Q ₀ =f(t _0, p _0, D _0, D _п.п, t _п.п, p _к, p _т, N,Q _т, t _пр, t _о.с ).

 

Учитывая, что влияние ряда параметров не очень велико, при построении графических характеристик (диаграмм режимов) к ним дополнительно прикладывают несколько отдельных графиков в виде поправок. В результате число взаимосвязанных величин, рассматриваемых в диаграмме режимов, существенно сокращается и тогда Q ₀= f(N _э, Q _т, p _т,, D к). При этом начальные параметры t ₀, р ₀фиксируются.

Графические характеристики теплофикационных турбин строятся для конкретных температурных графиков теплосети, расходов сетевой воды и пара в конденсатор. При этом тепловая нагрузка Q _ти давление в регулируемом отборе p _тсвязаны между собой через G _с.в, t _пр и t _о.с.

 

Без искажений на плоскости диаграммы можно представить только функционал, имеющий не более трех членов. Поэтому при представлении диаграммы часть действительных зависимостей между параметрами может быть заменена на приближенные.

 

Для построения характеристик всю турбину условно делят на предотборную и послеотборную части. В этом случае часть низкого давления рассматривается как конденсационная турбина с фиксированным расходом пара в конденсатор и заданным p_к (иногда расход пара в конденсатор рассчитывают для каждого уровня давления в регулируемом отборе перед диафрагмой в соответствии с расходной характеристикой диафрагмы, но такие расчеты более сложны и, как правило, менее точны, так как погрешность определения расхода пара в конденсатор достаточно велика).

 

 

 

Рис. 13.15. Диаграмма режимов турбина с одним регулируемым отбором пара:

D _т -расход пара в отбор; D _к - расход пара в конденсатор; N _эк, N _ном, N _макс и -соответственно экономическая, номинальная, максимальные длительная и кратковременная мощности; N _ки N_т - мощности потоков пара в конденсатор и отбор; N _ЧВДи N _ЧНД- мощности ЧВД и ЧНД турбины;

- предельный расход пара в отбор; заштрихованная область - зона повышенного давления пара в отборе.

 

Расход пара на холостой ход в режиме с противодавлением определяется по выражению

 

D _т.х= D _к.х/(1- y _т).

 

Отсюда видно, что при работе в режиме с противодавлением расход пара

на холостой ход значительно выше, чем в конденсационном режиме.

 

При работе теплофикационных турбин в режиме с противодавлением для обеспечения допустимого температурного режима ЦНД необходим вентиляционный расход пара в конденсатор. Минимальный допустимый (вентиляционный) расход пара в ЧНД (в конденсатор) турбины в первую очередь зависит от геометрических характеристик проточной части ЦНД и от вакуума в конденсаторе и может в первом приближении оцениваться в виде

 

0,05 .

Существенное значение имеет линия D _к = , соответствующая максимальному расходу пара в конденсатор турбины.

 

При построении характеристики турбины с отбором пара предполагаем, что у _тпостоянно. В этом случае характеристики турбины при работе с заданным значением давления в отборе р _т= const располагаются на диаграмме параллельно конденсационной характеристике.

Левой границей области характеристик D _т= const служит линия, соответствующая режиму работы с противодавлением. Справа характеристики ограничиваются вертикалью максимальной электрической мощности. Верхняя часть диаграммы

режимов ограничена по мощности и расходу пара.

Кроме основной сетки линий D _т= const большое значение для анализа режимов работы турбоустановок с отбором пара имеет сетка линий D _к= const.

 

Линии D _к= const представляют собой прямые, параллельные характеристике турбины при работе в режиме с противодавлением D _т= D ₀и расположенные ниже этой характеристики на значение вертикального отрезка, определяемого как

Диаграммы режимов турбин с двумя независимыми регулируемым и отборами (типа ПТ). Диаграмма режимов турбоагрегата с двумя независимыми регулируемыми отборами устанавливает связь четырех величин: D _т,,N_э, D _пи D ₀.

Принцип построения диаграммы режимов таких турбин заключается в замене турбины с двумя регулируемыми отборами фиктивной турбиной с одним верхним

(промышленным) Пар из нижнего отбора направляется условно в ЧНД и далее в конденсатор, где создает дополнительную мощность, определяемую в виде

 

= (13.33)

Пример диаграммы представлен на рис. 13. 16. Диаграмма режимов такой фиктивной турбины изображается в верхнем квадранте. Она не отличается от диаграммы режимов с одним отбором. Однако здесь нижней границей диаграммы служит линия, соответствующая режиму с нулевым расходом пара в промышленный отбор: D _п=0. Левой верхней границей является линия минимального расхода пара

 

через ЧСД. Слабо наклонная верхняя граница представляет собой максимальный (предельный) расход пара в промышленный отбор . Горизонтальный верхний предел диаграммы -максимальный расход пара на входе турбины. Правой границеи-служит линия, соответствующая .

В нижнем квадранте диаграммы дается сетка линий с большим наклоном, соответствующих линиям постоянной мощности турбины. Иногда в нижнем квадранте диаграммы режимов наносится дополнительная сетка линий с небольшим наклоном, характеризующих максимально возможные расходы пара в производственный отбор. Нижняя граница в нижнем квадранте диаграммы соответствует нулевому промышленному отбору: D _п=0, т.е. работе только с нижним (отопительным) отбором. Нижняя горизонтальная граница - максимальный расход пара в нижний отбор . Заштрихованная область справа в верхнем квадранте диаграммы режимов соответствует зоне повышенного давления пара в камере производственного отбора. Не вся область нижнего квадранта диаграммы реальна: возможное

 

 

 

Рис. 13.16. Диаграмма режимов работы турбины типа ПТ с двумя независимыми регулируемыми отборами пара:

D _п и D_т - расходы пара в верхний (промышленный) и нижний (теплофикационный) отборы;

𝜟 N _н.д - дополнительная (фиктивная) мощность ЧНД

 

 

значение расхода пара в нижний отбор зависит от общего баланса расходов пар турбины:

 

D = D _п+ D _т+ D _к.

 

При заданном D _п наибольшее возможное значение расхода пара в нижний отбор D _тимеет место при минимальном допустимом расходе пара через ЧНД в конденсатор Предельный расход пара в промышленный отбор соответствует максимальному расходу пара на входе турбины и минимальному допустимому расходу пара через ЧСД . Предельный расход в отопительный прибор соответствует максимальному расходу пара и минимальному допустимому расходу пара через ЧНД в конденсатор .

 

Порядок пользования диаграммой режимов следующий: задавая значение N _э, находим точку А и от этой точки по наклонной N = const движемся до пересечения с горизонталью (точка С), соответствующей заданному расходу пара в теплофикационный отбор D _т. От точки С проводим вертикаль в верхний квадрант до пересечения с линией D _п = const, соответствующей заданному расходу в промышленный отбор D _п. От точки пересечения Е проводим горизонталь до оси ординат и находим расход пара на входе в турбину (точка F).

Диаграмма режимов действительна для параметров пара в отборах, для которых она построена. При отклонении от них следует пользоваться поправочными кривыми, прилагаемыми ко всем диаграммам режимов.

 

Диаграммы режимов работы турбин с двумя совместно регулируемыми тборами пара. Диаграммы режимов работы с двумя совместно регулируемыми отборами имеют турбины Т-100-130, Т-175/210-130, Т-250/300-240 и ряд других

 

 

 

Рис.13.17. Диаграмма режимов работы турбины Т-250/300-240 с двумя совместно регулируемыми отборами пара

 

аналогичных турбин. Основная идея, заложенная в построении диаграмм режимов этих турбин, аналогична изложенной выше. Эти диаграммы строятся исходя из разделения теплофикационных режимов на две группы:

а) работа по тепловому графику нагрузки;

б) работа по электрическому графику нагрузки.

При работе турбины по тепловому графику нагрузки определяют электрическую мощность и расход свежего пара. При работе турбины по электрическому графику нагрузки возможно произвольное сочетание тепловой и электрической нагрузок. На рис. 13.17 представлена диаграмма режимов работы турбины Т-250/300-240 с двумя совместно регулируемыми отборами.

Основная сетка линий верхнего и нижнего квадрантов соответствует режима работы по тепловому графику нагрузки. При неизменных расходе свежего пара и температуре отпускаемой сетевой воды t _п.с уменьшение тепловой нагрузки приводит к увеличению электрической мощности. Усредненные значения приращения мощности при уменьшении тепловой нагрузки представлены в нижнем квадранте линиями, соответствующими постоянной мощности.

Конденсационный режим с выключенным регулятором давления в отборе соответствует прямой, изображенной в верхнем квадранте диаграммы.

Диаграмма пригодна для определения режимов работы по тепловому и электрическому графикам нагрузки.

При работе по тепловому графику от заданной тепловой нагрузки (точка А) проводится горизонтальная линия до пересечения с линией температуры отпускаемой сетевой воды (точка Б). Из точки Б проводится вертикальная прямая до линии расхода пара при заданной температуре сетевой воды (точка Г), проекция этой точки на ось ординат позволяет определить расход пара на турбину (точка Д), а пересечение вертикальной прямой БГ с осью абсцисс в точке В позволяет найти мощность, вырабатываемую на тепловом потреблении.

При работе по электрическому графику и с тепловой нагрузкой сначала по значениям Q _т и N _э находят точку пересечения их на диаграмме (точка Б ₁). Затем вдоль линии постоянной мощности опускаются до точки пересечения с линией температуры отпускаемой сетевой воды (точка Г 1). Далее в точке Д 1определяется pacхoд пара на турбину при данном режиме.