Метод расчета относительного прироста топлива на прирост тепла

Метод определения прироста (МОП) топлива на прирост тепловой и электрической нагрузки основан на результатах математической обработки диаграммы режимов турбины. Диаграмма режимов является высокоточным инструментом, взаимно увязывающим все количественные и качественные энергетические показатели работы турбины. Количество параметров, определяющих тепловую экономичность теплофикационного турбоагрегата, сравнительно велико. Кроме основных количественных показателей, таких как: электрическая мощность генератора, мощность теплового потребителя, расхода пара на турбину, диаграмма режимов отражает влияние качественных показателей, таких как: давление и температура острого пара, давление пара в регулируемых отборах и (или) температура нагреваемой сетевой воды, и т. д. В данной работе для проведения качественного и количественного анализа расхода топлива на тепло и на электроэнергию использована диаграмма режимов турбины Т-185/215−13−4, Уральского турбомоторного завода (УТМЗ) [2](разработчики Е. И. Бененсон, ГД. Баринберг).

Основными параметрами турбины с одним теплофикационным отбором пара типа «Т» являются: расход свежего пара Gt, электрическая мощность Ne, мощность теплофикационного отбора Qtf, температура сетевой воды Тts.

Диаграмма режимов для турбины типа «Т» выражается зависимостью.

F [Gt, Ne, Qtf, Tts] = 0 (1).

Диаграмма отражает три основных режима работы турбоагрегата:

конденсационный режим работы турбоагрегата;

теплофикационный режим работы по тепловому графику;

совместный теплофикационно-конденсационный режим работы по электрическому графику с пропуском пара в конденсатор.

На основании диаграммы режимов для турбины Т-185/215 составлены математические уравнения, отражающие качественные и количественные базовые соотношения:

расход пара для конденсационного режима работы Gk в зависимости от электрической мощности турбины Nk.

Gk (i)=A1*Nk (i) + B1 [тонн/час] (2).

максимальной электрической мощности на тепловом потреблении Ntf в зависимости от тепловой мощности теплофикационного отбора Qtf и температуры сетевой воды Tts.

Ntf (i)= (A2*Tts (i)+B2)*Qtf (i) — (C2*Tts (i) — D2) [МВт] (3).

расход пара на турбину Gtf в зависимости от максимальной электрической мощности на тепловом потреблении Ntf и температуры сетевой воды Tts.

Gtf (i)= (A3*Tts (i)+B3)*Ntf (i) — (C3*Tts (i) — D3)[ тонн/час] (4).

коэффициент взаимной связи тепловой и электрической мощности определяемый как отношение приростов возможной максимальной теплофикационной нагрузки тепловых сетей Qtf к приросту максимально возможной электрической мощности на тепловом потреблении к приросту Ntf в зависимости от значения электрической мощности Ne и температуры сетевой воды Tts.

Ktfm (i) =Qtf (i)/Ntf (i) =(-0.035*Tts+0.04*Ne+13.2) [Гкал/МВт] (5).

расчетная электрическая мощность турбины Ntfr при работе по электрическому графику в зависимости от: электрической мощности Ne, нагрузки тепловых сетей Qts, температуры сетевой воды Tts и коэффициента связи взаимной связи электрической и тепловой мощности Ktfm:

Ntfr (i)=Ne (i)-(Qtf (i)-Qts (i))/Ktfm (i) (6).

расход пара на турбину Gt при работе по электрическому графику.

Gt (i)= (A4*Tts (i)+B4)*Ntfr (i) — (C4*Tts (i) — D4) (7).

Разница между энтальпией пара Io и энтальпией питательной воды Iv в зависимости от расхода пара на турбину Gt.

I (i)=(Io (i)-Iv (i))=(-0.108*Gt (i)+0.6724) [ккал/кг] (8).

Где: A_j, B_j, C_j, D_j,-расчетные постоянные для i-j режимов работы турбины На основании диаграммы режимов для различных сочетаний тепловой и электрической энергии подсчитаны расходы абсолютные величины расхода условного топлива на отпуск тепловой и электрической энергии для 3-х вариантов:

Комбинированное производство тепла и электроэнергии на ТЭЦ с турбиной Т-185/215−130;

Раздельное производство электроэнергии на ГРЭС с турбиной К-300−240 и раздельное производство тепловой энергии на районной котельной;

Раздельное производство электроэнергии на теплофикационной турбине Т-185/215 по конденсационному режиму и раздельное производство тепловой энергии на районной котельной.

Примеры расчета относительных приростов топлива на прирост нагрузки приведены в таблицах 1,2,3. Для учета влияния многофакторных показателей таких как: расход электрической и тепловой энергии на собственные нужды, потери тепла с тепловым потоком, прочие потери для всех трех вариантов принят единый обобщающий показатель — процент расхода топлива на собственные нужды Ksn, который принят в линейной зависимости от тепловой нагрузки блока. Так, при тепловой нагрузке 200Гкал/час процент расхода топлива на собственные нужды принимается 10.8%, а при нагрузке 500Гкал/час расход топлива на собственные нужды составляет 5.8%. Для всех вариантов расчета, кпд котла брутто принято постоянной величиной равной 90%.

На основании вышеприведенных уравнений посчитаны энергетические характеристики для турбины Т-185/215, установленной на Омской ТЭЦ-5. Алгоритм расчета показателей показан в таблицах 1−5.

Таблица 1. Пример расчета прироста топлива на прирост тепловой нагрузки теплосети, при постоянной электрической нагрузке.

Проведя анализ многочисленных расчетов можно принять допущение, что в диапазоне нагрузок от 20 до100%, удельный расход топлива на тепло принимается равным приросту удельного расхода топлива на прирост тепловой нагрузки.

Принятие этого допущения означает согласие аналитиков топливоиспользования на то, что потери с холостым ходом турбины необходимо относить только на электроэнергию, а не на тепло. Этот согласие обосновывается логическим смыслом и назначением высокопотенциального энергетического оборудования. Так, высокопотенциальные энергетические котлы и паровые турбины предназначены для получения высококачественной, превращаемой механической (электрической) энергии, а не для получения отработанного пара низких параметров. Для получения низкокачественного пара низких параметров достаточно применить редукционно-охладительные установки (РОУ) или же сжигать топливо в котлах низкого давления. Если же заказчики энергетических технологий сознательно идут на ухудшение качества получаемой механической (электрической) энергии, то это делается только с целью повышения суммарного коэффициента полезного использования топлива при комбинированном производстве высококачественной и низкокачественной энергии.

Таблица 2. Пример расчета удельного расхода топлива на электрическую мощность при постоянной тепловой нагрузке.

Таблица 3. Пример расчета прироста топлива на прирост температуры сетевой воды при постоянной тепловой нагрузке и постоянной электрической нагрузке.