Энергетические характеристики конденсационных турбоагрегатов типа "К"

Простейшую конфигурацию среди энергетических характеристик турбоагрегатов различных типов имеют характеристики конденсационных турбоагрегатов с дроссельным регулированием.

Принципиальная тепловая схема такого турбоагрегата изображена на рис. 3.7, где П – парогенератор; Т – турбина; Г – генератор; К – конденсатор; ПН – питательный насос; Д – дроссель.

Рис. 3.7. Принципиальная схема конденсационного турбоагрегата с дроссельным регулированием

Ранее было сказано, что основой построения энергетической характеристики является энергобаланс турбоагрегата.

Рассмотрим схему энергобаланса конденсационного турбоагрегата (рис. 3.8), где – полезное тепло на производство электроэнергии; – потери в окружающую среду; – механические потери тепла; – электрические потери, в том числе: – постоянные электрические потери, – переменные электрические потери; – конденсационные потери, в том числе: – постоянные конденсационные потери; – переменные конденсационные потери, – часовой расход тепла на производство электроэнергии, – подведенное тепло; проценты потерь на схеме приняты как средние значения.

Рис. 3.8. Схема энергобаланса конденсационного агрегата

Полезное тепло на производство электроэнергии определяется по следующей формуле, Гкал:

где 0,86 – тепловой эквивалент, Гкал/МВт; Р – нагрузка турбоагрегата, МВт.

Из схемы энергобаланса следует, что в общей величине потерь тепла потери в конденсаторе турбоагрегата составляют до 80%.

График полезной энергии в зависимости от нагрузки турбоагрегата изображен на рис. 3.9.

Рис. 3.9. График зависимости полезной энергии от нагрузки Р

Потери тепла в окружающую среду и механические потери являются постоянными потерями (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Графики зависимости потерь в окружающую среду и механических потерь от нагрузки Р

Потери тепла в окружающую среду (рассеяние тепла) и механические (трение) достаточно малы и поэтому условно принимаются (ввиду трудности практического определения и расчета) первые равными порядка 2%, а вторые – 1% от номинальной нагрузки.

Электрические потери состоят из постоянных и переменных потерь (рис. 3.11).

Постоянные потери – потери намагничивания в статоре и роторе генератора, их также называют потерями в "стали".

Переменные потери – потери тепла в обмотках статора и ротора, их называют потерями в "меди".

Переменная часть потерь в генераторе равна разности между мощностью на валу генератора (подведенная мощ-

Рис. 3.11. График зависимости постоянных электрических потерь , переменных электрических потерь и общих электрических потерь от нагрузки Р

ность) и мощностью на клеммах генератора (полезная мощность), Гкал/ч:

где – КПД генератора.

Аналитическое выражение общих электрических потерь в генераторе, Гкал/МВт•ч:

где – относительный прирост переменных электрических потерь тепла в генераторе.

Общие конденсационные потери состоят из постоянных конденсационных потерь и переменных потерь (рис. 3.12).

Рис. 3.12. График зависимости постоянных конденсационных потерь

, переменных конденсационных потерь и общих конденсационных потерь от нагрузки Р

Аналитическое выражение общих потерь тепла в конденсаторе, Гкал/МВт•ч:

где – относительный прирост переменных потерь тепла в конденсаторе.

Совместив на одном графике все постоянные потери, получаем в сумме так называемые потери холостого хода , которые возникают при нулевой нагрузке турбоагрегата и остаются неизменными на всем диапазоне нагрузок, Гкал/ч:

На рис. 3.13 показана зависимость потерь холостого хода Qxx от нагрузки Р.

Рис. 3.13. График зависимости потерь холостого хода Qxx от нагрузки Р

Совмещая отдельные зависимости: график полезной энергии , а также графики потерь холостого хода , переменных электрических потерь , переменных конденсационных потерь получаем зависимость общего расхода тепла от нагрузки Р:

Из рис. 3.14 очевидно, что в точке а расход тепла турбоагрегатом равен и соответствует величине затрат тепла

Рис. 3.14. График общего расхода тепла турбоагрегатом

на покрытие потерь без нагрузки, т.е. при холостом ходе турбоагрегата.

Значения пропорциональны нагрузке, например, в точке b определяется, кроме , тангенсом угла наклона прямой ab к оси Р, или относительным приростом расхода тепла на единицу прироста нагрузки , а также величиной нагрузки Р, соответствующей точке с.

Относительный прирост расхода тепла – первая производная от расхода тепла по нагрузке, характеризует скорость возрастания расхода тепла при изменении нагрузки на единицу, Гкал/МВт•ч:

Таким образом, энергетическая характеристика конденсационного турбоагрегата с дроссельным регулированием выглядит следующим образом, Гкал/час:

В характеристике относительный прирост расхода тепла представляет собой сумму относительных приростов, Гкал/МВт•ч:

где – относительный прирост потерь тепла с конденсацией; – относительный прирост электрических потерь.

Если предположить, что потери равны нулю, то Гкал/МВт-ч.

В основном значениеопределяется двумя параметрами: постоянной величиной – 0,86 и значением , так как достаточно мало.

Значения относительного прироста расхода тепла лежат в достаточно узком диапазоне и зависят от конструктивных особенностей и типоразмеров турбоагрегатов.

В среднем они составляют Гкал/МВт•ч, при этом в структуре относительного прироста расхода тепла на сумму приходится Гкал/МВт•ч, а на Гкал/МВт•ч.

Таким образом, в любой точке энергетической характеристики турбоагрегата расход тепла при заданной нагрузке складывается из двух величин – постоянного расхода холостого хода и нагрузочного (переменного) расхода, возрастающего с ростом нагрузки и дополняющего расход холостого хода до полной величины часового расхода тепла турбины, Гкал/ч:

Нагрузочный расход прямо пропорционален нагрузке и является произведением нагрузки и постоянного относительного прироста, Гкал/ч:

Энергетическую характеристику можно представить в виде функции , для этого исходную характеристику необходимо умножить на удельный расход топлива на единицу отпускаемого тепла – :

где у.т./Гкал; 7000 – теплота сгорания условного топлива, ккал/кг у.т.

В результате расход топлива будет определяться в следующем виде, т у.т./ч:

где – относительный прирост расхода топлива, т у.т./МВт•ч. Умножение этой характеристики на время Т в свою очередь позволяет получить расход топлива за определенный период времени, т у.т.:

где Э – электроэнергия, МВт•ч.

Зная удельный расход топлива на единицу отпускаемого тепла bч (т у.т./Гкал) и удельный расход тепла на единицу энергии q (Гкал/МВт•ч), можно определить удельный расход топлива на выработанный МВт•ч, т у.т./МВт•ч:

Для справки: при η = 100%, b = 0,123 т у.т./МВт•ч.

Для конденсационного турбоагрегата важнейшим параметром работы является экономичность режимов, которая характеризуется несколькими показателями.

Рассмотрим показатели экономичности режимов конденсационного турбоагрегата типа "К" с дроссельным регулированием.

Важнейшими показателями экономичности режимов, применяемыми в планово-аналитической деятельности на электростанции, являются: удельный расход тепла на единицу энергии и КПД турбоагрегата.

Удельный расход тепла на единицу энергии q, Гкал/МВт•ч:

С ростом нагрузки Р влияние на величину удельного расхода снижается. Удельный расход тепла стремится к снижению до величины относительного прироста , но никогда его не достигает, одновременно нагрузка не может превысить максимально допустимую по соображениям безаварийности работы турбоагрегата.

График зависимости удельного расхода тепла от нагрузки q = f(Р) представляет собой гиперболу, a q' –асимптоту этой гиперболы (рис. 3.15).

Рис. 3.15. График зависимости удельного расхода тепла от нагрузки Р

Наиболее экономичным режимом работы турбоагрегата является режим номинальной нагрузки, так как при этом удельный расход тепла q имеет минимальное значение.

Другим важнейшим показателем экономичности режима является коэффициент полезного действия турбоагрегата η, %:

График зависимости η = f(Р) приведен на рис. 3.16.

Рис. 3.16. График зависимости в от нагрузки Р

Кривая КПД является зеркальным отображением зависимости удельного расхода тепла от нагрузки