Энергетической характеристикой турбины

Энергетической характеристикой турбины называют выраженную в аналитической форме зависимость расхода теплоты на турбоустановку от электрической мощности и тепловой нагрузки. Энергетические характеристики находят широкое применение при исследовании переменного режима турбоагрегата, решении задач оптимизации состава оборудования и распределения нагрузки между агрегатами. Под энергетическими характеристиками энергоблока понимают аналитическую и графическую зависимости расходов пара, теплоты, условного топлива на энергоблок от электрической нагрузки. Они используются при расчете технико-экономических показателей энергоблоков и ТЭС, а также при оптимизации режимов их работы. Для турбин с регулируемыми отборами пара энергетические характеристики (ЭХ) выражены полиномом первой степени и строятся на основании следующих положений:

ЭХ относятся к турбоагрегату в целом, включая регенеративную систему, конденсационную установку и установку для подогрева сетевой воды;

режимы работы делятся на две группы: конденсационные и теплофикационные;

конденсационные режимы имеют самостоятельную ЭХ, отличающуюся от характеристики теплофикационных режимов;

на теплофикационных режимах электрическая мощность и расход теплоты условно делят на два потока:

• 1. теплофикационная мощность и расход теплоты;
• 2. конденсационная мощность и расход теплоты.

Особенностью турбин Т и ПТ при работе по тепловому графику является пропуск некоторого количества пара в конденсатор через регулирующую диафрагму ЧНД, которая устанавливается в закрытом положении. В этом случае пропуск пара в конденсатор минимален и не может быть дополнительно уменьшен. При охлаждении конденсатора обратной сетевой водой или подпиточной водой тепловых сетей теплота пара, поступающего в конденсатор, полезно используется, а при охлаждении конденсатора циркуляционной водой — теряется. Независимо от этого в теплофикационный расход включен минимальный пропуск пара в конденсатор при закрытой регулирующей диафрагме ЧНД, так как этот пропуск не может быть исключен и отражает характерную особенность турбин с регулируемым отбором пара.

Таким образом, под теплофикационным расходом понимается расход, обеспечивающий заданную тепловую нагрузку, минимальный расход пара в конденсатор и соответствующие отборы на регенерацию. Мощность, развиваемая теплофикационным расходом пара, называют теплофикационной. Конденсационная мощность теплофикационного режима определяется разностью между общей и теплофикационной мощностью турбоагрегата:

N_э^к=N_э-N_э^т.

Конденсационный расход теплоты на теплофикационных режимах определяется соответственно разностью общего и теплофикационного расходов теплоты:

Q_турб^к=Q_турб-Q_турб^т;

ЭХ выражают функциональную зависимость между электрической мощностью, расходом теплоты на турбину и тепловой нагрузкой при номинальных значениях остальных параметров (начальное давление, температура свежего пара и охлаждающей воды и т. д.). Изменение параметров учитывается поправками, приведенными в диаграмме режимов;

ЭХ современных турбин с двумя отопительными отборами пара включают в качестве параметра температуру прямой сетевой воды (давление в регулируемом отопительном отборе), так как для них характерна работа в широком диапазоне изменения этой температуры (давления). В то же время температура обратной сетевой воды, которая также не остается постоянной, но оказывает меньшее влияние на тепловую экономичность турбоагрегата, рассматривается как заданный параметр, численное значение которого принимается в виде зависимости t_об=f (t₁), построенной в соответствии с температурным графиком тепловых сетей. Уравнения энергетической характеристики, определенные в соответствии с указанными выше основными положениями, имеют следующий вид:

конденсационные режимы работы.

Q_турб=a₀+a₁N_э+ (a₂-a₁) (N_э-N_э⁰) +…;

теплофикационные режимы работы

при работе турбины по тепловому графику.

Q_турб^е=d₀+d₁N_э^т+ (d₂-d₁) (N_э^т-N_э^{т (о))} +…+Q_от; N_э^т=c₀+c₁Q_от+ (c₂-c₁) (Q_от-Q_от⁰) +…;

при работе турбины по электрическому графику.

Q_турб=d₀+d₁N_э^т+ (d₂-d₁) (N_э^т-N_э^{т (0))} +…+q_э^кN_э^к +Q_от,.

где a₀, d₀ — удельный расход теплоту на холостом ходу, учитывающий ту часть потерь, которая не зависит от нагрузки турбины; a₁, a₂, d₁, d₂ — дополнительный удельный расход теплоты на выработку электроэнергии; с₀ — мощность турбине на режиме с включенным регулятором давления при Q_от=0; с₁ — частичная выработка электроэнергии теплофикационным потоком пара на тепловом потреблении; N_э⁰, N_э^{т (0),} Q_от⁰ — мощность и тепловая нагрузка, при которой учитываются соответствующие члены уравнения. Численные значения коэффициентов d, c, q зависят от температуры прямой сетевой воды (давления в регулируемом отборе). Количество членов в уравнениях определяется допустимой в прикладных задачах погрешностью ЭХ, а также достоверностью исходной информации. При выборе значений N_э⁰, N_э^{т (0),} Q_от⁰ определяющей является конструкция парораспределения турбины. При известных энергетических характеристиках удельный расход теплоты определяется следующими зависимостями:

конденсационный режим.

теплофикационный режим.

где удельный расход теплоты для теплофикационного потока.

удельный расход теплоты для конденсационного потока.

q_э^к в отличие от q_э и q_э^т не имеют составляющей холостого хода, так как конденсационный расход в целом рассматривается как дополнительный к теплофикационному (принимается в форме осредненной величины для рассматриваемого диапазона режимов электрического графика). Величина.

соответствует удельной выработке электрической энергии на тепловом потреблении Э, если рассматривается ЭХ турбины с противодавлением или турбины с конденсационной установкой, но с использованием теплоты пара, поступающего в конденсатор. При охлаждении конденсатора циркуляционной водой N_э^т, определяемая по энергетической характеристике, включает мощность минимального расхода пар в конденсатор. В этом случае N_э^т/Q_от не является удельной выработкой электроэнергии на тепловом потреблении. Расчет энергетических характеристик сводится к определению коэффициентов d, c, q приведенных ранее уравнений.

Энергетические характеристики турбины типа ПТ строят аналогично ЭХ типа Т с выделением режима с минимальным расходом пара в конденсатор, условно понимая его как режим работы по тепловому графику. Турбины ПТ (и ПР) имеют тепловую нагрузку двух видов: производственную Q_п и отопительную Q_от (или от противодавления Q_пр). Потери теплоты DQ_мги, связанные с затратами на трение (механические), в генераторе, на тепловое излучение и в конденсаторе DQ_к при работе по тепловому графику практически не зависят от соотношения производственной и отопительной нагрузок, если при этом электрическая мощность остается неизменной. Поэтому зависит от N_э^т, а не от распределения общей тепловой нагрузки на производственную и отопительную. Для турбин типа ПТ уравнения энергетических характеристик записываются в форме, аналогичной принятой для турбин типа Т:

теплофикационные режимы работы.

при работе турбины по тепловому графику.

Q_турб^е=d₀+d₁N_э^т+ (d₂-d₁) (N_э^т-N_э^{т (о))} +Q_от+Q_п; N_э^т=c₀+c₁ (Q_от+Q_п);

при работе турбины по электрическому графику.

Q_турб=d₀+d₁N_э^т+ (d₂-d₁) (N_э^т-N_э^{т (0))} +q_э^кN_э^к +Q_от+Q_п.

Типовые нормативные характеристики турбоагрегатов получают в процессе их эксплуатации на основе обобщений результатов тепловых испытаний. Далее рассматриваются примеры определения нормативного удельного расхода тепла брутто на производство электроэнергии при различных режимах работы турбоустановки ПТ-60−130/13 ЛМЗ.