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 значение определяется 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? = 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 ?, %:

График зависимости? = 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