Энергетические характеристики теплофикационных турбоагрегатов (конденсационных с отбором)

Теплофикационные турбоагрегаты предназначены для комбинированной выработки тепла и электроэнергии. Они имеют один, два или более регулируемых отборов (регулируемым называется отбор, в котором автоматически поддерживается заданное давление пара). Такие турбоагрегаты могут работать как чисто конденсационные (если закрыть отборы), а в обычном режиме работают по конденсационному и теплофикационному циклам одновременно.

Принципиальные тепловые схемы теплофикационных турбоагрегатов представлены на рис. 3.32.

Рис. 3.32. Принципиальные схемы теплофикационных турбоагрегатов с двумя отборами и с одним отбором

Схема энергобаланса теплофикационного турбоагрегата представлена на рис. 3.33.

Рис. 3.33. Схема энергобаланса теплофикационного турбоагрегата

Распределение потерь тепла между двумя видами продукции (электроэнергией и теплом), согласно физическому методу, означает, что все потери тепла относятся на производство электроэнергии, а преобразование тепла происходит без потерь.

В турбоагрегате электроэнергия вырабатывается по теплофикационному и конденсационному циклам, при этом переменные электрические потери тепла в генераторе распределяются между теплофикационной и конденсационной мощностью.

В этом случае возможно разделение энергобаланса на два отдельных (рис. 3.34).

Рис. 3.34. Раздельные энергобалансы теплофикационного турбоагрегата

Как очевидно из рис. 3.34, на конденсационный цикл выработки электроэнергии относятся следующие виды потерь тепла: в окружающую среду, механические, постоянные электрические потери в генераторе.

Потери тепла в конденсаторе связаны только с работой турбоагрегата по конденсационному циклу, поэтому эти потери, как постоянные, так и переменные, относятся на соответствующую выработку электроэнергии по конденсационному циклу.

Электрические переменные потери делятся пропорционально соотношению и и, в этой пропорции, относятся на соответствующий цикл:

Теплофикационный цикл, таким образом, рассматривается как дополнительный, который накладывается на основной конденсационный цикл с уже имеющимися потерями.

Согласно раздельным энергобалансам, энергетические расходные характеристики теплофикационного турбоагрегата по отдельным циклам выглядят следующим образом.

Расход тепла на выработку электроэнергии по конденсационному циклу, Гкал/ч:

Расход тепла на выработку электроэнергии по теплофикационному циклу, Гкал/ч:

Сложив обе характеристики, получим аналитическое выражение энергетической характеристики теплофикационного турбоагрегата при дроссельном регулировании, Гкал/ч:

где

Относительные приросты расхода тепла на выработку электроэнергии по отдельным циклам равны, Гкал/МВт•ч:

где – относительный прирост переменных потерь тепла в конденсаторе; – относительный прирост переменных электрических потерь тепла в генераторе.

Значения относительных приростов расходов тепла на выработку электроэнергии по отдельным циклам по величине разные, Гкал/МВт•ч:

Если турбоагрегат имеет обводное регулирование и его энергетическая характеристика имеет излом, то она выглядит следующим образом, Гкал/ч:

Теплофикационные турбоагрегаты имеют еще одну важнейшую характеристику, МВт:

Для турбоагрегата "Т" с одним отбором, МВт:

Для турбоагрегата "ПТ" с двумя отборами, МВт:

где и – относятся к производственному отбору; и – относятся соответственно к теплофикационному отбору, , так как для производственного отбора срабатываемый теплоперепад меньше, чем для теплофикационного из-за разности конечных значений давления пара.

Другим способом расчета при отсутствии энергетических характеристик является расчет по следующей формуле, МВт:

где – количество пара, отпускаемое потребителю, т/ч; – количество тепла, отпускаемое потребителю, Гкал/ч; – используемый теплоперепад;– начальное теплоОГЛАВЛЕНИЕ пара, Ккал/кг;– теплоОГЛАВЛЕНИЕ пара в отборе, Ккал/кг;– механический КПД генератора; – электрический КПД генератора.

При расчете по 1-му и 2-му способу могут быть получены разные результаты. Это происходит потому, что у турбоагрегата могут быть нерегулируемые отборы.

Регулируемым называется отбор, в котором автоматически поддерживается заданное давление пара.

Нерегулируемые отборы обеспечивают, например, регенеративный подогрев питательной воды. Это не изменяет структуру энергетической характеристики, но учитывается соответствующим снижением величины относительного прироста –

Первый способ расчета учитывает только регулируемые отборы пара турбоагрегата.

Во втором случае учитываются как регулируемые, так нерегулируемые отборы, Гкал/ч:

Исключительно теплофикационный цикл работы для турбоагрегатов "Т" и "ПТ" не осуществим, так как в обязательном порядке необходим определенный, вынужденный пропуск пара в конденсатор турбин для вентиляции лопаток последней ступени.

Величина вентиляционного пропуска в конденсатор составляет порядка 10 15% от общего номинального объема пара, поступающего в турбину.

Электрическая мощность, вырабатываемая на основе вентиляционного пропуска пара в конденсатор, называется вынужденной конденсационной мощностью.

Она определяется следующей формулой, МВт:

где – номинальная (установленная) электрическая мощность турбины; – номинальная (максимально возможная) теплофикационная мощность турбины при полностью открытом отборе (отборах).

Номинальная теплофикационная мощность составляет лишь 85–90% от номинальной электрической мощности теплофикационных агрегатов.

Номинальная теплофикационная мощность турбоагрегата определяется путем подстановки в характеристику теплофикационной мощности номинального значения величины отбора в турбине "Т", МВт:

или для турбины "ПТ"

Вынужденная конденсационная мощность является фиксированной величиной, не изменяющейся при различных режимах работы турбоагрегата в отличии от значения теплофикационной мощности , которая в зависимости от тепловых графиков нагрузки может меняться от 0 до .

Сумма двух составляющих мощности теплофикационного турбоагрегата и составляет вынужденную мощность турбоагрегата, МВт:

При максимальной величине отборов пара, теплофикационная мощность также является максимально возможной, и вынужденная мощность турбоагрегата равна номинальной, МВт:

При закрытых отборах пара теплофикационная мощность равна нулю и вынужденная мощность равна вынужденной конденсационной мощности, МВт:

Разность между и в этом случае составляет свободную конденсационную мощность , МВт:

Общая мощность турбоагрегата в общем случае является суммой теплофикационной и конденсационной мощности, МВт:

Таким образом, в общем виде:

Свободная конденсационная мощность при закрытых отборах может меняться в диапазоне от до в зависимости от графика электрической нагрузки.

Сопоставляя турбоагрегаты различных типов можно сказать, что для конденсационного турбоагрегата вся выработка является конденсационной, соответственно для противодавленческого турбоагрегата вся выработка – теплофикационная.

В турбоагрегатах "Т" и "ПТ" – на базе пара, который идет в отборы, вырабатывается теплофикационная мощность, а на потоке пара, поступающего в конденсатор, вырабатывается конденсационная мощность.

Наряду с энергетическими характеристиками, наиболее важными показателями теплофикационного турбоагрегата являются.

1. Теплоэлектрический коэффициент , показывающий долю выработки электрической мощности (энергии) по теплофикационному циклу в общей выработке:

В общем случае для разных типов турбоагрегатов значение Хт изменяется в пределах от 0 до 1:

– турбоагрегат "К"– ;

– турбоагрегат "Р" – ;

– турбоагрегаты "Т" и "ПТ" – .

Для теплофикационных агрегатов:

значение 0 – при закрытых отборах;

значение 0,85–0,9 – при полностью открытых отборах.

Наряду с теплоэлектрическим коэффициентом используется показатель, который называется коэффициентом конденсационной выработки электроэнергии и показывает долю выработки электрической мощности (энергии) по конденсационному циклу в общей выработке:

Так как общая выработка электроэнергии состоит из теплофикационной и конденсационной:

2. Удельный расход тепла на 1 МВт электрической нагрузки, Гкал/МВт•ч:

Из энергетической характеристики , при условии, что можно получить:

При этих условиях:

С ростом нагрузки первое и третье слагаемые будут уменьшаться, а второе будет постоянным. Зависимость удельного расхода тепла от нагрузки показана на рис. 3.35.

Рис. 3.35. Зависимость удельного расхода тепла от нагрузки

Показатель удельного расхода тепла на единицу электроэнергии с увеличением нагрузки уменьшается.

3. Удельный расход топлива на выработку электрической энергии , т у.т./МВт•ч:

где – удельный расход топлива на 1 Гкал тепла, т у.т./Гкал;

где 7000 – теплотворная способность 1 кг условного топлива, – КПД котлоагрегата, %.

Расход топлива на выработку электроэнергии теплофикационным турбоагрегатом определяется по характеристике, Гкал/ч:

путем умножения каждого слагаемого на получим, т у.т./ч:

Удельный расход топлива на выработку электрической энергии и теплоэлектрический коэффициент обратно пропорциональны, т.е. чем выше значение , тем ниже удельный расход топлива , т у.т./МВт•ч:

где и – удельные расходы топлива на выработку электроэнергии соответственно по теплофикационному и конденсационному циклам.

Указанное соотношение определяется тем, что чем выше значение Хт, тем больше вырабатывается кВт•ч электроэнергии с относительным приростом теплофикационного цикла Гкал/МВт-ч.