Общие сведения. Энергетические характеристики турбоагрегатов

Энергетические характеристики турбоагрегатов

В условиях эксплуатации подавляющая часть турбоагрегатов работает с переменными нагрузками, которые практически никогда не совпадают с номинальной. При изменении как электрической, так и тепловой нагрузки турбоагрегатов экономичность их работы существенно изменяется. Поэтому анализ экономичности турбоагрегатов нельзя ограничить рассмотрением только расчетных показателей экономичности при номинальной нагрузке.

На практике анализ экономичности работы турбоагрегатов (как и другого энергетического оборудования) основывается на энергетических характеристиках, которые составляют, в сущности, основу обобщенного метода анализа показателей экономичности тепловых схем ТЭС.

Энергетическая характеристика турбоагрегата выражает зависимость между подведенным и полезно использованным количеством тепловой энергии по установке. Рассмотрим простейший пример для теплофикационной турбины с одним регулируемым отбором пара и одним нерегулируемым отбором на регенеративный подогреватель (рис. 1.2). Для упрощения дальнейших рассуждений пренебрежем продувкой котла и всеми другими утечками теплоносителя из цикла, кроме собственно расхода пара в регулируемый отбор турбоагрегата.

Рис. 2. Элементарная тепловая схема теплофикационной турбины с одним
регулируемым отбором пара, одним отбором на регенеративный подогреватель
и вводом добавочной воды цикла в конденсатор: G – расход теплоносителя;
h – энтальпия теплоносителя

Для такого примера можно записать:

– расход подводимой к турбоустановке тепловой энергии

Q₀ = G₀*h₀ – G_пв*h_пв.

Поскольку утечек из цикла, кроме расхода пара из регулируемого отбора, нет, расходы свежего пара и питательной воды должны быть равны между собой: G₀ = G_пв. Тогда

Q₀ = G₀*(h₀ – h_пв);

– расход отпускаемой тепловой энергии с паром регулируемого отбора

Q_отб = G_отб*h_отб – G_подп*h_подп.

Аналогично: если прочих утечек из цикла нет, то расход добавочной воды цикла соответствует расходу пара, отпускаемому в регулируемый отбор:
G_отб = G_подп. Тогда

Q_отб = G_отб*(h_отб – h_подп).

Кроме этих энергетических потоков следует выделить расход тепловой энергии, затрачиваемый на поддержание электрической мощности – обозначим его как Q_N, а также суммарные затраты тепловой энергии на компенсацию необратимых потерь энергии Q_пот (с охлаждающей водой в конденсаторе, механические потери в турбине, механические и электрические потери в генератора, потери от наружного охлаждения оборудования и т.п.).

Таким образом, в общем случае подведенная к турбоустановке тепловая мощность Q₀ расходуется на поддержание некоторой электрической мощности – расход тепловой энергии Q_N, на отпуск тепловой энергии из регулируемых отборов пара Q_отб, а также на компенсацию потерь энергии – расхода тепловой энергии Q_пот. Уравнение теплового баланса турбоустановки может быть записано в виде:

.

Расходы тепловой энергии Q_N и Q_пот являются крайне неудобными для практических расчетов, поскольку вычисление этих составляющих требует проведения громоздких расчетов и всегда сопряжено с некоторыми допущениями. Поэтому следует найти способ заменить составляющие Q_N и Q_пот на более удобные.

Принятая в энергетике система нормирования при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии предусматривает отнесение всех потерь по турбоустановке Q_пот на выработку электрической энергии. Такой подход обусловлен следующим простым соображением: в общем случае турбоагрегат может работать без отпуска тепловой энергии из отборов, потери энергии при этом сохраняются и относятся, естественно, к расходу тепла на выработку электроэнергии; напротив, с отпуском тепловой энергии из отборов и без выработки мощности турбоагрегат работать не может.

Поэтому сумму (Q_N и Q_пот) обозначают как Q_Э и называют расходом тепла на выработку электроэнергии.

С учетом этого энергетическая характеристика турбоустановки может быть выражена зависимостью для основного технико-экономического показателя турбоагрегатов – удельного расхода тепла брутто на выработку электроэнергии
q_т, ккал/(кВт·ч):

,

где Q_Э, Гкал/ч – часовой расход тепловой энергии, пошедшей на выработку электроэнергии; ΣQ_{отб i}, Гкал/ч – часовой расход тепловой энергии из регулируемых и нерегулируемых сверх нужд регенерации (то есть сверх потребности в тепле системы регенеративного подогрева питательной воды) отборов турбоагрегата для обеспечения внешних потребителей, собственных и хозяйственных нужд, кроме турбоприводов механизмов собственных нужд; N_т, МВт – электрическая мощность на клеммах турбогенератора.

Для турбоагрегатов энергоблоков, имеющих турбоприводы механизмов собственных нужд (питательных насосов, воздуходувок), работающих на паре отборов главной турбины, удельный расход тепла на выработку электроэнергии определится следующим образом:

,

где , МВт – суммарная внутренняя мощность турбоприводов механизмов собственных нужд, МВт; , Гкал/ч – суммарный расход тепловой энергии с паром в отборы на турбопривод механизмов собственных нужд.

Часовой расход тепловой энергии на турбоагрегат при равенстве часовых расходов свежего пара и питательной воды (это одно из фиксированных условий построения энергетических характеристик) рассчитывается по формуле:

,

где G₀, т/ч – часовой расход свежего пара; G_ПП, т/ч – часовой расход пара через промежуточный пароперегреватель; G_впр, т/ч – часовой расход воды, впрыскиваемой в промежуточный пароперегреватель; i₀, i_пв, ккал/кг – энтальпия соответственно свежего пара и питательной воды; i^’_пп, i”_пп, ккал/кг – энтальпия пара соответственно до и после промежуточного перегрева; i_впр, ккал/кг – энтальпия воды, впрыскиваемой в промежуточный пароперегреватель.

Требует особого пояснения величина . Здесь, как правило, учитываются аварийные впрыски в промежуточный пароперегреватель. Так, например, на энергоблоках с турбоагрегатами К-300-240 регулирование температуры первичного пара осуществляется впрыском питательной воды, которая обычно отбирается после расходомеров питательной воды. В этом случае отдельный учет данной составляющей не требуется: она учитывается в слагаемом . Температура вторичного пара в эксплуатационном диапазоне нагрузок энергоблока регулируется рециркуляцией дымовых газов, отбираемых за экономайзером. При недостаточности такой регулировки часто используют аварийные впрыски питательной воды с промежуточной ступени питательного насоса в рассечку между пакетами промежуточного пароперегревателя, поэтому этот дополнительный расход теплоносителя нужно учитывать отдельно.

Энергетические характеристики турбоагрегата должны содержать поправки к основным и промежуточным показателям на отклонение значений внешних факторов от фиксированных условий. Такие поправки представляются в виде аналитических или графических зависимостей и входят в состав комплекта энергетических характеристик. Поправки, например, к основным показателям турбоагрегата приводятся на отклонение значений следующих внешних факторов:

● давления и температуры свежего пара;

● давления отработавшего пара турбоагрегата в конденсаторе;

● давления в камерах регулируемых производственного и теплофикационного отборов турбоагрегата;

● потери давления в тракте промежуточного перегрева;

● температуры пара после промежуточного перегрева;

● соотношения расхода питательной воды через ПВД и расхода свежего пара;

● температуры питательной воды за группой ПВД;

● температуры сетевой воды на входе в подогреватели (или величины нагрева сетевой воды в подогревателях);

● места ввода в тепловую схему турбоагрегата конденсата пара регулируемого отбора и добавочной воды цикла;

● давления отработавшего пара для каждого турбопривода механизмов собственных нужд энергоблока и т.д.

Всего таких поправок установлено более 15-и. В общем случае состав внешних факторов, показателей и параметров, на отклонение которых вводятся поправки при нормировании основных показателей работы турбоагрегата, зависит от его типа, режимов работы и конструктивных особенностей оборудования, указанных в условиях построения энергетических характеристик турбоагрегата.

Дата добавления: 2014-01-05