Тема2. 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 имеет вид (рис. 7).

Рис. 7. Принципиальная схема конденсационного турбоагрегата с дроссельным регулированием.

— где П – парогенератор; Т – турбина; Г – генератор; К – конденсатор;

ПН – питательный насос, Д - дроссель.

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

Рассмотрим схему энергобаланса конденсационного турбоагрегата (рис. 8):

Рис. 8. Схема энергобаланса конденсационного агрегата.

(проценты потерь на схеме приняты как средние значения.)

На рис. 8 - 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.

Полезное тепло на производство электроэнергии определяется по следующей формуле, Гкал

где - 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 имеют следующий вид (рис. 9):

Рис. 9. График зависимости полезной энергии от нагрузки Р.

Потери тепла в окружающую среду и механические потери являются постоянными потерями (рис. 10).

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

Электрические потери состоят из постоянных и переменных потерь (рис. 10).

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».

Рис. 10. Графики зависимости потерь в окружающую среду

и механических потерь от нагрузки P.

Переменная часть потерь в генераторе равна разности между мощностью на валу генератора (подведенная мощность) 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 потерь тепла в генераторе.

Рис. 11. График зависимости постоянных электрических потерь , переменных электрических потерь и общих электрических потерь от нагрузки Р.

Общие конденсационные потери состоят из постоянных конденсационных потерь и переменных потерь (рис. 12).

Аналитическое выражение общих потерь тепла в конденсаторе, Гкал/МВт∙ч.

где - относительный прирост потерь тепла в конденсаторе.

Рис. 12. График зависимости постоянных конденсационных потерь , переменных конденсационных потерь и общих конденсационных потерь от нагрузки Р.

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. 13 показана зависимость потерь холостого хода 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 (рис. 14).

Из рис. 14 видно, что в точке арасход тепла турбоагрегатом равен и соответствует величине затрат тепла на покрытие потерь без нагрузки, то есть при холостом ходе турбоагрегата.

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

Рис. 13. График зависимости потерь холостого хода от нагрузки Р.

Рис. 14. График общего расхода тепла турбоагрегатом .

Относительный прирост расхода тепла – первая производная от расхода тепла по нагрузке и 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:

Пример:

а) Энергетическая расходная характеристика турбоагрегата К-100-90:

Гкал/ч

б) Энергетическая расходная характеристика турбоагрегата К-200-130:

Гкал/ч

в) Энергетическая расходная характеристика турбоагрегата К-300-240:

Гкал/ч

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, значение определяется двумя параметрами: постоянной величиной – 0,86 и значением , т. к. 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 виде функции , для этого исходную характеристику необходимо умножить на удельный расход топлива на единицу отпускаемого тепла - .

где , т у.т./Гкал

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 в свою очередь позволяет получить расход топлива за определенный период времени, т у.т.

где - электроэнергия, МВт∙ч

Зная удельный расход топлива на единицу отпускаемого тепла

(т у.т./Гкал) и удельный расход тепла на единицу энергии (Гкал/МВт∙ч), можно определить удельный расход топлива на выработанный МВт∙ч ,

т у.т./МВт∙ч

Для справки: при , 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 , Гкал/МВт·ч

С ростом нагрузки 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 представляет собой гиперболу, а - асимптоту этой гиперболы (рис. 15).

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

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