Л Е К Ц И Я 11

Энергетические характеристики турбин и блоков. Общие положения

Основными технико-экономическими показателями (ТЭП), характеризующими эффективность топливоиспользования тепловых электростанций являются удельные расходы условного топлива на отпущенную электроэнергию и тепло. Эти показатели эквивалентны КПД электростанции по отпуску электроэнергии и тепла.

В свою очередь экономичность работы оборудования определяется его энергетическими характеристиками-зависимостями количественных и качественных показателей работы оборудования от электрической и тепловой нагрузок. Такие характеристики могут быть графическими или аналитическими. Графические характеристики— диаграммырежимов обладают наглядностью, достаточно высокой точностью с одной стороны, но вместе с тем их сложно использовать при расчетах на ЭВМ, кроме того, такие характеристики справедливы только для определенных условий и на отклонение этих условий требуется внесение поправок.

Поэтому в последнее время широкое распространение как для конденсационных, так и для теплофикационныхмашин получили аналитические зависимости, которые представляют собой не что иное, как аналитическое описание диаграммы режимов.

Для расчета технико-экономических показателей, такие характеристики нормируются (как графические, так и аналитические).

Энергетические характеристики конденсационных турбоагрегатов

1.1. Паровая энергетическая характеристика турбоагрегатов

Основой для построения расходных характеристик турбоагрегатов являются их тепловые испытания, реже — заводские расчеты. При испытаниях обычно определяются расходы свежего пара D_o на входе в турбину при различных электрических нагрузках. В процессе испытаний определяются также давление, температура и энтальпия свежего пара и питательной воды, а также давление в конденсаторе, что позволит перейти от значений расходов пара к единицам расходов тепла.

При обработке материалов испытаний характеристики приводятся к номинальным условиям, в качестве которых обычно принимаются постоянные номинальные параметры свежего пара, пара отборов и постоянное давление в конденсаторе, фиксированная схема системы регенерации и режим ее работы (иногда вместо заданного давления в конденсаторерассматриваются характеристики при постоянных расходе и температуре охлаждающей воды).

Такой подходпозволяет представить расходные характеристики в виде функций одной или нескольких переменных. В простейшем случае, для конденсационного турбоагрегата, расход тепла Q_o (или пара D_o ) зависят от единственной переменной — от электрической нагрузки N и расходная характеристика имеет видQ_o = f ( N₁) или D_o= f ( N₁).

На рис. 11.1. представлена паровая характеристика конденсационного турбоагрегата.

Как видно из рисунка эту характеристику можно считать прямолинейной при изменении нагрузки от нуля до экономической.Экономическая мощность турбоагрегата N_э составляет обычно от 80% до 100%от его номинальной мощности, то есть

N_эм = f N_м = (0.8  1.0 ) N_м

Чем крупнее и экономичнее турбоагрегат, тем полнее должно быть его использование, тем ближе к номинальной должна быть его экономическая мощность.

Если f = 1, то характеристика представляет собой прямую линию. Еслиf < 1 , то характеристика изображается ломанной линией с изломом в точке, соответствующей экономической мощности (рис. 11.1)

Характеристику можно разделить на две части: не зависящую от нагрузки (рис. 11.1, заштрихованная часть) и пропорциональную нагрузке.

Постоянная часть расхода свежего пара в голову турбоагрегата D_xx определяется ординатой, отсекаемой продолжением характеристики на вертикальную ось, и должна соответствовать величине расхода свежего пара, расходуемого на преодоление постоянных потерь при нулевой электрической нагрузке турбоагрегата и при полном числе оборотов (т.е. на холостом ходу), состоящей из внутренних и механических потерь турбины, расхода мощности для привода органов регулирования (главного и масляного насосов), постоянных электрических и механических потерь электрического генератора.

На самом деле при малых нагрузках прямолинейная зависимость нарушается и фактически потери на холостой ход оказываются большими. Поэтому параметр, называемый нами расходом теплоты (пара) на холостой ход, в данном случае имее условное значение (более точно расходы теплоты (пара) на холостой ход можно определить на основании специальных балансовых испытаний или на основании заводских расчетов).

Относительная величина расхода пара на холостой ход турбоагрегата характеризуется коэффициентом холостого хода

x = D_xx / D_э ( 11.1 )

Коэффициент холостого хода зависит от мощности турбоагрегата, (с увеличением мощности он уменьшается), а также зависит от соотношения начального и конечного давлений рабочего процесса.

Для современных турбоагрегатов его величина составляетх = 0.03  0.07.

Наклон прямолинейной характеристики определяется приростом расхода пара на единицу прироста нагрузки. Эту величину обычно называют относительным приростом.

r = D/ N, ( 11.2 )

Относительный прирост расхода пара является важной характеристикой турбины (а также угла наклона характеристики).

В случае криволинейной непрерывной характеристики, относительный прирост можно определить как первую производную по нагрузке турбины:

r =lim , ( 11.3 )

Расход парана холостой ход турбоагрегата и относительный прирост имеют большее значение для оценки экономичности работы турбоагрегатаи для рационального выбора режимов их эксплуатации.

Зная характеристические величины— расход на холостой ход и относительный прирост пара для любой заданной нагрузки, можно определить часовой расход пара в голову турбоагрегата.

Для нагрузок ниже экономической расход пара в турбину по формуле:

D = D_хх + r ^. N ( 11.4 )

В области нагрузок выше экономической (для турбоагрегатов, имеющих излом в точке экономической мощности), характеристики также можно считать прямолинейными, но с большим наклоном, чем в основной ее части.

Для области перегрузки уравнение характеристики турбоагрегата имеет вид:

D = D_Хx + r N_э + r` (N - N_э ),( 11.5 )

гдеr` — относительный прирост для области перегрузки.

Уравнение(11.5) можно представить в виде:

D = D_x + r N + ( r`- r ) ( N - N_э )( 11.6 )

Это уравнение можно рассматривать как обобщающее, охватывающее всю область изменения нагрузки. На практике обычно используют в качестве характеристики не абсолютные, а относительные величины расходов пара (то есть удельный расход пара). Удельный расход пара ( d ) конденсационного турбоагрегата выражается в зависимости от нагрузки формулами:

d = ( 11.7 )

если нагрузка не превышает экономическую. Для расчета удельного расхода пара в областиперегрузки уравнение ( 11.6) преобразуется к виду:

d = .( 11.8 )

Удельный расход пара конденсационного турбоагрегата при изменении мощности от нулевой до экономической состоит из постоянной величины относительного приростаr , и из переменной величины , зависящей от коэффициента загрузки и обусловленной постоянными потерями холостого хода. Эта зависимость гиперболическая. При снижении мощностиудельный расход пара на турбоагрегат резко повышается, стремясь к бесконечности при нулевой электрической мощности (рис. 11.1) несмотря на то, что абсолютная величина расхода пара холостого хода остается постоянной и равной D_x. При увеличении нагрузки, величина удельного расхода пара стремится к величине относительного прироста (r ) для области нагрузок не превышающей экономической.