Энергетические характеристики турбоагрегатов с противодавлением типа «Р»

Следующий тип турбоагрегатов, который будет рассмотрен, — так называемые турбоагрегаты с противодавлением или турбоагрегаты типа «Р». Их отличительной особенностью является то, что они не имеют конденсаторов для охлаждения отработанного пара. Отработанный пар аналогичного или повышенного, по сравнению с конденсационной турбиной, давления направляется непосредственно потребителю, и в данном случае является полезным продуктом и используется тепловыми потребителями ТЭЦ, а не теряется с охлаждающей водой, и, следовательно, потери тепла с конденсацией отсутствуют.

Принципиальные типовые схемы турбоагрегатов с противодавлением типа «Р» приведены на рис. 3.25.

На рис. 3.25 отработанный пар непосредственно из турбины направляется на производственные нужды, давление.

Рис. 3.25. Принципиальные схемы турбоагрегатов с противодавлением типа «Р» .

пара составляет обычно 5? 15 ата — в зависимости от необходимой величины давления пара промышленной установки, которая этот пар использует в производственном процессе на предприятии. Данная турбина работает только тогда, когда имеется режимная потребность в паре, следовательно, существует жесткая зависимость времени работы производственной установки и самой турбины от графика потребления пара. Величина электрической мощности турбоагрегата определяется режимом потребления пара потребителем.

Существуют варианты конструкции противодавленческих турбин с давлением пара на выходе — 1,2? 2,5 ата. Такие турбины используются для отопительных целей. В этом случае отбор пара называется теплофикационным. Изменение величины расхода пара на отопление, согласно графику теплофикационной нагрузки, однозначно приводит к изменению электрической мощности турбоагрегата.

На рис. 3.25 показана схема с промежуточным производственным отбором давлением 7? 15 ата и конечным теплофикационным — на 1,2? 2,5 ата.

Отработанное тепло турбин с противодавлением может также использоваться на собственные нужды самой тепловой электростанции.

Рассмотрим схему энергобаланса противодавленческого турбоагрегата типа «Р» (рис. 3.26).

Рис. 3.26. Схема энергобаланса противодавленческого турбоагрегата типа «Р» .

Из схемы энергобаланса следует, что из подведенного тепла , равного полному часовому расходу тепла турбоагрегатом , выделяется:

где - расход тепла турбиной; - расход тепла на производство электроэнергии; - расход тепла на отпуск тепла; - полезное тепло на производство электроэнергии; - отпуск теплоэнергии потребителю; - потери тепла.

Задача распределения потерь в турбоагрегате между теплоэнергией и электроэнергией является теоретически сложной. Практически она решается на основе так называемого физического метода распределения.

Сущность этого метода заключается в ряде допущений.

• 1. В турбоагрегате вырабатывается только электроэнергия.
• 2. В турбоагрегате теплоэнергия только преобразуется (меняет параметры).
• 3. Все потери тепла в турбоагрегате относятся на выработку электроэнергии. Это означает, что преобразование тепла происходит без потерь и, следовательно, КПД по отпуску теплоэнергии равно 100%. Удельный расход тепла, входящего в турбину пара на единицу отпускаемого тепла, равен 1 Гкал/Гкал.

Достоинства физического метода распределения следующие:

• — простота применения в практических расчетах;
• — технико-экономические показатели, получаемые при расчете по данному методу, отражают эффективность технологического процесса.

Недостатки физического метода распределения следующие:

• — уравнивание 1 Г кал тепла разной потребительской ценности, а именно 1 Гкал острого пара, отпущенного из котла, приравнивается к 1 Гкал пара, отпущенного из отбора турбины;
• — отсутствие возможности тарификации 1 Гкал тепла разной ценности и поэтому себестоимость определяется как себестоимость обезличенной 1 Гкал;
• — эффект комбинированного производства относится на электроэнергию, так как, согласно допущению 3, безразлично, отпускать пар из котельной установки или из турбоагрегата.

Согласно физическому методу распределения при КПД = , т. е. расход тепла на отпуск тепла равен отпуску тепла потребителю.

Энергетическая характеристика расхода и отпуска тепла турбоагрегата с противодавлением в зависимости от его электрической нагрузки является результатом испытаний оборудования под нагрузкой и по форме близка к прямолинейной (рис. 3.27).

Рис. 3.27. Общий вид энергетической характеристики турбоагрегата с противодавлением Аналитическое выражение этой характеристики следующее, Гкал/ч:

где - расход тепла на холостой ход турбоагрегата; - суммарный относительный прирост расхода тепла на выработку электроэнергии и отпуск тепла, Гкал/МВт•ч.

Удельный расход тепла на выработку электроэнергии и отпуск тепла турбоагрегата в зависимости от электрической нагрузки (рис. 3.28):

Из формулы удельного расхода и отпуска тепла следует, что при бесконечном возрастании электрической нагрузки Р вели;

Рис. 3.28. Зависимость удельного расхода и отпуска тепла от электрической нагрузки чина удельного отпуска тепла асимптотически приближается к своему нижнему пределу — постоянной величине относительного прироста отпуска тепла

Рассмотрим отдельные составляющие общей энергетической характеристики турбоагрегата с противодавлением.

Так как в турбоагрегате вырабатывается два вида энергии, все тепло, подведенное к турбоагрегату, делится на два потока в зависимости от нагрузки, т. е. имеют место две зависимости:

Первая зависимость — характеристика расхода тепла на производство электроэнергии имеет следующий вид, Гкал/ч:

где .

Расход тепла на холостой ход турбоагрегата с противодавлением при производстве электроэнергии складывается из механических потерь, потерь в окружающую среду и постоянных электрических потерь тепла в генераторе.

Относительный прирост расхода тепла слагается из теплового эквивалента 1 МВт-ч электроэнергии и относительного прироста переменных электрических потерь тепла в генераторе, Гкал/МВт•ч:

где - относительный прирост переменных электрических потерь в генераторе, равный 0,01? 0,02 Гкал/МВт•ч.

Следовательно, значение равняется:

Выражением характеристики в развернутом виде является уравнение, Гкал/ч:

Значение относительного прироста расхода тепла на производство электроэнергии турбоагрегата с противодавлением в несколько раз меньше, чем значение относительного прироста расхода тепла конденсационного агрегата, который включает в себя также относительный прирост потерь тепла в конденсаторе. Для сравнения относительный прирост расхода тепла в конденсационном агрегате равен:

Вторая зависимость — характеристика отпуска тепла при производстве электроэнергии:

где - отпуск тепла потребителю при холостом ходе турбоагрегата;  — относительный прирост отпуска тепла потребителю на 1 мВт выработанной электроэнергии, Гкал/МВт•ч.

Величина , в отличие от холостого расхода , является не потерей, а полезным отпуском тепла потребителю.

Величина , в отличие от , является относительным приростом не расхода, а отпуска тепла на 1 мВт•ч.

Детализированный вид энергетической характеристики турбоагрегата с противодавлением представлен на рис. 3.29.

Отпуск тепла потребителю при нулевой электрической нагрузке или тепловая составляющая холостого хода связана со снижением внутреннего относительного КПД турбины при режимах, отличных от номинального

При снижении нагрузки от значения снижается тепло-перепад, т. е. повышается энтальпия отбираемого пара и пар идет к потребителю с более высокими параметрами.

Часть тепла (заштрихованная зона на графике) не участвует в выработке электроэнергии, а расходуется на компенсацию внутренних потерь, поэтому не является в прямом смысле потерями.

Рис. 3.29. Детализированный вид энергетической характеристики турбоагрегата с противодавлением

Выражение , в отличие от уравнения расходной характеристики , отражает не расход тепла на производство электроэнергии, а его отпуск для теплоснабжения потребителей и может быть названо характеристикой отпуска тепла турбоагрегатом с противодавлением в зависимости от его электрической нагрузки.

Если расходная характеристика отражает экономичность процесса, то характеристика отпуска - его производительность по теплу.

Фактически общая характеристика расхода и отпуска тепла турбоагрегатом в зависимости от его электрической нагрузки представляет собой сумму двух характеристик, Гкал/ч:

Оценка экономичности режимов работы турбоагрегатов с противодавлением связана с определенной системой удельных технико-экономических показателей преобразования энергии. Рассмотрим некоторые из них.

1. Удельный отпуск тепла на 1 МВт электрической нагрузки равен, Гкал/МВт:

Графически удельный отпуск тепла на 1 МВт электрической нагрузки изображается равносторонней гиперболой с асимптотой равной .

Из уравнения также следует, что электрическая нагрузка агрегата в зависимости от отпуска тепла турбиной выражается следующей формулой, МВт:

2. Удельная выработка электроэнергии (мощность) на тепловом потреблении при этом равняется, МВт•ч/Гкал:

Обратная величина нижнего предела удельного отпуска тепла в Гкал/МВт•ч при одновременно является верхним пределом удельной выработки электроэнергии на единицу отпускаемого пара при или частичной удельной выработки электроэнергии (мощности) на тепловом потреблении — , МВт•ч/Гкал:

Тогда удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении принимает вид:

График функции удельнойвыработки электроэнергии на тепловом потреблении приведен на рис. 3.30.

Из графика видно, что при малых отпусках тепла (малых электрических нагрузках) удельная выработка электрической энергии на 1 Г кал очень мала, а с ростом возрастает, стремясь к пределу, при

Из аналитического выражения и его графической интерпретации следует, что аргумент и функция изменяется в пределах, показанных ниже.

Рис. 3.30. Зависимость удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении от отпуска тепла Основные параметры характеристики приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Основные параметры характеристики

		Примечание.
		Величина фиктивная.
		Выработки электроэнергии нет.
		Номинальная величина удельной выработки электроэнергии.
		Теоретически предельная величина или частичная удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении.

Характеристика отражает связь между отпуском тепла и мощностью, поэтому интерес представляет зависимость:

Турбоагрегат с противодавлением работает по вынужденному тепловому режиму, зависящему от внешнего потребителя тепла, поэтому электрическая мощность в данном случае полностью связана с тепловым потреблением:

Обозначим:

Тогда:

где т — частичная удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении, МВт•ч/Гкал; п — электрическая мощность, теряемая с потоком пара холостого расхода, т. е. электрическая мощность генератора, которая могла бы быть получена на базе мощности турбоагрегата, расходуемой на покрытие потерь тепла холостого хода — механических, в окружающую среду и электрических постоянных потерь, МВт.

График функции электрической мощности турбоагрегата с противодавлением в зависимости от величины отпуска тепла представлен на рис. 3.31.

Рис. 3.31. Электрическая мощность турбоагрегата с противодавлением Частичная удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении т — постоянная паспортная величина для данного конкретного агрегата, так как вырабатываемая электроэнергия и отпускаемое тепло находятся в определенном соотношении.

На каждую Гкал отпущенного тепла вырабатывается вполне определенное количество электрической энергии и на каждый МВт электроэнергии должно быть потреблено вполне определенное количество тепла.

Частичная удельная выработка электроэнергии зависит от конструктивных особенностей турбоагрегата, а именно от величины срабатываемого теплоперепада, т. е. от начальных и конечных параметров пара. Чем выше начальные параметры пара и чем ниже конечные, тем больше значение т, МВт/Гкал•ч.

где - теплоперепад, Ккал/кг; - начальное теплосодержание пара в турбине, Ккал/кг; - начальное теплосодержание пара в отборе, Ккал/кг; - частичный КПД генератора, учитывающий переменную часть потерь в генераторе.

Для турбоагрегата с противодавлением и отбором пара зависимость представляется следующим образом: