Влияние системы регулирования пропуска пара в турбоагрегат на его энергетическую характеристику

На характеристики турбоагрегатов большое влияние оказывает система регулирования пропуска пара в турбину. Для отдельных типов и в зависимости от мощности турбоагрегатов системы регулирования существенно различаются. Основными системами регулирования являются следующие:

• дроссельные (качественное регулирование);

• обводные;

• сопловые (количественное регулирование).

Энергетические расходные характеристики паровых турбоагрегатов в зависимости от системы их регулирования представляют собой либо прямые линии, либо прямые с изломом или же с несколькими изломами (рис. 3.17).

Рис. 3.17. Энергетические характеристики турбоагрегатов в зависимости от системы их регулирования

Простейшую конфигурацию имеют характеристики турбоагрегатов с дроссельным регулированием.

Дроссельное регулирование заключается в том, что дроссель открывается постепенно. По мере роста нагрузки открытие дросселя увеличивается, и пропуск пара возрастает, а потери на дросселирование уменьшаются. Поскольку с ростом нагрузки потери уменьшаются, такое регулирование называется качественным.

Конфигурация характеристики такова, что при возрастании нагрузки угол наклона касательной к оси абсцисс в каждой точке – величина постоянная, поэтому изображается отрезком прямой параллельной оси абсцисс (см. рис. 3.17).

Для увеличения пропуска пара через проточную часть турбин большой мощности применяется обводное регулирование, осуществляемое обводным дросселем, пропускающим пар при больших нагрузках генератора непосредственно в одну из промежуточных ступеней турбины в обвод ее первых ступеней (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Система обводного регулирования подачи пара

Обводное регулирование применяется также в турбоагрегатах, предназначенных для покрытия, наряду с базовой, кратковременной пиковой нагрузки, и для этой цели допускается добавочный пропуск пара, помимо первых рабочих ступеней турбины в хвостовую часть, рассчитанную на такой режим.

На рис. 3.18, а показана обводная система регулирования подачи пара через дроссель 2 в промежуточную ступень турбины. Рядом с ней приведена эквивалентная схема турбоагрегата с условно выделенными ступенями высокого и низкого давления (рис. 3.18, б). Обводная подача пара через обводной перегрузочный дроссель 2 обеспечивает дополнительную мощность (), кроме мощности, развиваемой основным потоком пара ().

Из-за ограниченной пропускной способности первых ступеней турбин возможен пропуск порядка 80% пара от величины . При обводном регулировании пар предварительно дросселируется до параметров той ступени, в которую он подается. Частичное выключение из термодинамического цикла первых ступеней турбины уменьшает используемый адиобатический теплоперепад.

Пар, поступающий на промежуточную ступень, используется с меньшим теплоперепадом. Следовательно, на нем меньше вырабатывается электрической энергии и, таким образом, для выработки 1 МВт•ч электроэнергии тепла надо затратить больше.

В результате энергетическая расходная характеристика конденсационного турбоагрегата с обводным регулированием выглядит как ломаная линия, где точка излома, как правило, соответствует нагрузке, равной 80% от . Эта нагрузка называется экономической нагрузкой

Энергетическая расходная характеристика турбоагрегата с обводным регулированием выглядит следующим образом (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Общий вид энергетической характеристики турбоагрегата с обводным регулированием

Энергетическая характеристика в данном случае имеет два относительных прироста расхода тепла (рис. 3.20).

Рис. 3.20. Энергетическая характеристика с двумя относительными приростами расхода тепла

Здесь – относительный прирост в экономической зоне; – относительный прирост в сверхэкономической зоне; Аналитическое выражение энергетической характеристики имеет следующий вид, Гкал/ч:

где – расход на холостой ход; и – относительные приросты расхода тепла; – экономическая нагрузка, если не задано, то принимается ; Р – текущая нагрузка.

Если текущая нагрузка находится в пределах экономической зоны, т.е. , то фактически в характеристике используются только первые два слагаемых.

При дальнейшем возрастании нагрузки в пределах сверхэкономической зоны д о, принимаются во внимание все три составляющие.

Иную интерпретацию получает энергетическая расходная характеристика турбоагрегата типа "К" с обводным регулированием, если выделить на графике зону потерь при дросселировании (рис. 3.21).

Заштрихованная зона на графике – потери на дросселирование, связанные с включением обводного дросселя.

Аналитическое выражение характеристики в данном случае имеет вид, Гкал/ч:

Рис. 3.21. Энергетическая характеристика с учетом потерь на дросселирование

Эта зависимость эквивалентна предыдущей, Гкал/ч:

Рассмотрим более подробно понятие экономическая нагрузка.

Экономическая нагрузка – это нагрузка, которой соответствует минимальный удельный расход тепла на выработку электроэнергии.

Удельный расход тепла может быть определен по следующей формуле, Гкал/МВт•ч:

С увеличением нагрузки Р первое слагаемое уменьшается. Второе слагаемое постоянно, третье слагаемое – увеличивается. В результате в зависимости от соотношения изменяющихся величин (первого и третьего слагаемых), возможны три различных варианта графика изменения удельного расхода тепла.

Первый вариант графика изменения удельного расхода тепла приведен на рис. 3.22.

Увеличение расхода тепла за счет дополнительных потерь, начиная от излома характеристики (третье слагаемое), пол-

Рис. 3.22. Первый вариант графика изменения удельного расхода тепла

ностью компенсируется уменьшением относительной величины расхода холостого хода (первое слагаемое) и удельные расходы в диапазоне от до остаются неизменными. Это возможно только тогда, когда продолжение прямой bс приводит в начало координат. При этом условии величина удельного расхода тепла q на участке de постоянна и имеет минимальное значение.

В первом варианте имеется не одно, а множество значений экономической нагрузки, что определяет область экономических нагрузок от точки до точки . Таким образом, q = min достигается при /

Второй вариант графика изменения удельного расхода тепла приведен на рис. 3.23.

Рис. 3.23. Второй вариант графика изменения удельного расхода тепла

В данном случае увеличение расхода тепла за счет дополнительных потерь компенсируется уменьшением относительной величины расхода холостого хода и удельный расход на участке de продолжает снижаться. Нагрузка, соответствующая точке излома b характеристики , больше не является экономической нагрузкой, так как значение удельного расхода в точке d не является минимальным и превышает значение в точке е. Для второго варианта продолжение прямой bс дает положительный отрезок т0 при пересечении с осью ординат. Фактически совпадает с . Таким образом, q = min достигается при .

Третий вариант графика изменения удельного расхода тепла показан на рис. 3.24.

Здесь увеличение расхода тепла за точкой излома характеристики за счет дополнительных потерь превышает уменьшение относительной величины расхода холостого хода, и удельный расход на участке de начинает возрастать. Минимум удельного расхода тепла достигается в точке открытия перегрузочного дросселя.

Мощность, при которой открывается перегрузочный обводной дроссель, реально становится экономической и является единственным значением экономической нагрузки.

Третий вариант графика изменения удельного расхода тепла является наиболее распространенным. У турбоагрегатов с обводным регулированием эта характеристика встречается наиболее часто. Ее особенность состоит в том, что продолжение прямой bс до пересечения с осью ординат дает отрица-

Рис. 3.24. Третий вариант графика изменения удельного расхода тепла

тельный отрезок п0. Таким образом, q = min достигается при Р = Рэк.

Можно сделать следующий общий вывод.

Конфигурация графика удельного расхода тепла турбоагрегата с обводным регулированием при нагрузке равной или большей экономической определяется углом наклона прямой за точкой излома энергетической расходной характеристики по отношению к осям координат.