1.3. Анализ характеристики по отдельным видам потерь

Тепловая характеристика устанавливает зависимость часового расхода тепла от электрической нагрузки турбогенератора. При этом весь расход тепла может быть разложен на составляющие, как представлено на рис. 11.4.

Первой составляющей является полезно используемая часть энергии (на рис. 1.4. заштрихованная горизонтально область), остальную часть составляют потери. Большую часть из них составляют тепловые потери в конденсаторе (2), которые растут пропорционально нагрузке и включают в себя потери с выходной скоростью пара и теплоту конденсации пара. Далее следуют потери, связанные с дросселированием в регулирующих клапанах (3) (в данном случае регулирование дроссельное), которые по мере открытия клапанов уменьшаются и при полном открытии клапанов практически отсутствуют. Механические потери энергии в подшипниках турбин и другие потери (4), которые практически не зависят от нагрузки и потери электрического генератора (механические и электрические 5), рост которых с нагрузкой на графике почти незаметен.

Если при холостом ходе величина потерь от дросселирования максимальна при дроссельном регулировании и составляет Q_др^хх , то при частичных нагрузкахQ_дрравна:

где - N_н - номинальная нагрузка турбоагрегата.

Отсюда следует, что из-за дросселирования пара расход тепла на холостой

ход увеличивается на величину Q_др^хх , относительный же прирост расхода уменьшается на величину Q_др^хх / N_н .

При сопловом регулировании, с ростом нагрузки клапаны открываются последовательно, что обеспечивает меньшие потери от дросселирования. При полном открытии каждого клапана (на рис. 11.5условно рассмотрены четыре клапана) точки расхода тепла располагаются на прямой, проведенной сплошной линией 1, которая характеризует идеальный процесс при отсутствии дросселирования. На самом деле при частичном открытии каждого клапана имеется дросселирование той части потока пара, которая идет через этот клапан, поэтому на линию идеального регулирования накладываются волны дросселирования, чередующиеся друг за другом по мере открытия клапанов. Потери на холостой ход при этом увеличиваются на величину дросселирования в первом клапане.

1.4. Характеристики агрегатов собственных нужд и их влияние на энергетические

Характеристики турбины и блока

При отпуске полезной энергии наряду с потерями имеются расходы энергии на привод вспомогательного оборудования и на другие производственные нужды. Структура собственных нужд может быть самой разнообразной; она зависит от вида и качества топлива, типа основного и вспомогательного оборудования, схемы производства и т.д. В турбоагрегате энергия расходуется на следующие производственные нужды:

1) подача охлаждающей воды циркуляционными насосами в конденсатор, и в маслоохладители;

2) перекачка конденсата конденсатными и дренажными насосами;

3) расход энергии на отсос воздуха из конденсатора эжекторными насосами (при водяных эжекторах или на паровые эжекторы);

4) подача масла в подшипники и в систему регулирования турбоагрегата;

5) расход энергии на привод автоматических и регулирующих устройств;

6) расход энергии на привод возбуждения генератора и на циркуляцию охлаждающей среды для обмотки генератора (водород, воздух, специальная вода);

7) подъемно-траспортные устройства;

8) вентиляция и освещение производственных помещений.

На эти нужды используются различные энергоресурсы: тепло острого или отработавшего пара, механическая энергия, электроэнергия.

Механическая энергия, идущая на привод масляного насоса, вентиляции генератора, системы регулирования и возбуждения генератора отдельно не учитывается и отражается непосредственно в энергетической характеристике.

Обычно затраты энергии на собственные нужды рассматриваются для энергоблока в целом и для них строятся самостоятельные характеристики. Из затрат энергиина собственные нужды турбоагрегата наибольшая доля идет на циркуляционные насосы (расход энергии на привод питательных насосов принято относить к котлоагрегату). Потребляемая ими мощность увеличивается по абсолютной величине ступенчато, по мере включения дополнительных насосов с повышением нагрузки. В процессе увеличения N- эта зависимость ступенчатая и изображена на рис. 11.6.

Мощность отдельного циркуляционного насоса определяется по известной формуле

N_пн = ( 11-16 )

гдеV - объемная производительность насоса, м³ /с;

H - напор насоса в Па;

h_н, h_э- КПД насоса и его электродвигателя.

Аналогичным образом подсчитывается мощность других насосов.

Расход энергии на питательные насосы обычно относятся к собственным нуждам котлоагрегатов, однако в энергоблоке нельзя пренебрегать их влиянием, так как доля их в собственных нуждах достаточно велика - 2% и более.

Если наряду с электропитательным насосом имеется насос с турбоприводом, тогда при переходе с пуско-резервного питательного электронасоса на питательный турбонасос в месте перехода наблюдается излом энергетической характеристики (рис. 11.7).

Примеры обобщенных типовых характеристик для различных турбоагрегатов, полученные Союзтехэнерго [ 1,2,3 ], представлены в приложении 1.

Большинство современных расчетов проводится с применением ЭВМ, поэтому для удобства расчетов целесообразнее пользоваться не графическими зависимостями, а уравнениями, полученными для этих характеристик.

Турбоагрегаты с регулируемыми отборами пара

Энергетическая характеристика турбоагрегата с регулируемыми отборами пара представляет собой графическую или аналитическую зависимость расхода тепла ( Q_о ) от электрической мощности ( N_т ) и отпуска тепла из отборов турбин Q_отб , а также давления в регулируемых отборах Р_отб.

В общем виде энергетические характеристики турбоагрегатов с двумя регулируемыми отборами пара могут быть представлены в виде формулы:

Q_о = Q_хх + q_кN_т - ( q_к - q_т ) N_т + Q_отб, ( 11-17 )

Формула для выражения мощности N_т для таких турбин имеет вид:

N_т = (11-18 )

В формуле (11-17):

Q_о-расход тепла на турбину;

Q_xx- условный расход тепла на холостой ход;

Q_отб - суммарная тепловая нагрузка отборов турбины ( Q_отб =Q_п +Q_т )

q_к , q_т - соответственно удельный расход теплоты при работе по конденсационному и теплофикационному режимам;

В формуле (11-18):

Q_п и Q_т- соответственно тепловые нагрузки производственного и отопительного отборов;

Х_п ,Х_т - коэффициенты тепловых составляющих условного расхода холостого хода для режимов с отбором пара соответствующих производственному и отопительному отборам;

y_п, y_т- удельная расчетная электрическая мощность на тепловом потреблении отопительного и производственного отборов;

N=N_турб- общая мощность турбоагрегатов

N_т- мощность развиваемая на тепловом потреблении

N_xx- условная мощность холостого хода.

Наиболее простыми и удобными для использования в последнее время, являются энергетические характеристики, разработанные ВНИПИЭнергопромом для ряда современных теплофикационных турбин.

Они содержат выражения дляQ_опри работе как по тепловому графику нагрузки (только при вентиляционном расходе пара в конденсатор), так и при работе по электрическому графику, когда имеется известный и переменный расход пара в ЦНД.

Энергетические характеристики отдельных агрегатов представлены в табл. 11.1.

Наряду с типовыми характеристиками (см. табл. 11.1), полученными на основании обобщения большого количества экспериментальных и расчетных данных, довольно широкое применение нашли многофакторные аналитические характеристики, полученные методом регрессионного анализа. Так как большинство зависимостей имеют нелинейный характер, аналитические характеристики были получены в виде полиномов второй и более высоких степеней. Ниже приводятся аналитические многофакторные характеристики, полученные МЭИ методом регрессионного анализа, в виде полиномов второй степени.

Для режимов работы по тепловому графику нагрузки с полностью закрытой регулирующей диафрагмой получены следующие характеристики:

для режимов трехступенчатого подогрева сетевой воды

N_э = f ( Q_т , G_с.в. , t_о.с. ) ( 11-19 )

где N_э-электрическая мощность турбоагрегата, МВт;

Q_т - тепловая нагрузка турбины, МВт(два теплофикационных отбора и теплофикационный пучок в конденсаторе);

G_с.в. - расход сетевой воды, м³ /ч.

Как уже отмечалось, в режимах трехступенчатого подогрева сетевой воды все параметры турбоустановки— развиваемая мощность, расход пара, расход тепла, давление пара в верхнем и нижнем теплофикационных отборах однозначно определяется режимом тепловой нагрузки, т.е. параметрамиQ_т , G_с.в. , t_{о.с .}

В нормированном виде уравнение для турбины Т-110-130 записывается, например, в виде:

N_э = 71,37+ 12,23x₁ + 2,58x₂ - 3,84x₃ - 0,48x²₁ +0,97 x₁x₂ - 0,98x₁x₃ - 1,11x²₂ - 0,91x₂x₃ - 0,59x²₃ , ( 11-20 )

где:

Область применения этой характеристики ограничивается значениями:

92,6<Q_т> 186 МВт;

2900< G_с.в. > 5100 м³ /ч;

35 < t_о.с> 70^о С.

Поскольку режим трехступенчатого подогрева сетевой воды протекает без потерь в конденсаторе, расходтепла на турбоустановку, МВт , можно подсчитать по выражению

Q_э = N_э + Q_вн + N_м.г.( 11-21 )

гдеQ_вн-внешние потери тепла турбиной (для Т-100-130 Q_вн=2,1 МВт);

N_м.г.-потери механические и в генераторе.

Для режима двухступенчатого подогрева сетевой воды при работе по тепловому графику нагрузки:

N_э = 75,63+ 12,56x₁ + 1,54x₂ - 2,51x₃ - 0,26x²₁ +0,78 x₁x₂ -0,54x₁x₃ - 0,82x²₂ + 0,27x₂x₃

( 11-22 )

Мощность теплового потока на турбину, МВт,

Q_о = 221,0+ 37,3x₁ - 1,73x₂ + 1,27x₃ + 0,116x²₁ -0,58 x₁x₂ + 1,62x²₂ - 1,04x₂x₃ + 0,46x²₃ ,

( 11-23 )

Для режима одноступенчатого подогрева сетевой воды по тепловому графику нагрузки

N_э = 72,56+ 11,59x₁ + 1,73x₂ - 2,89x₃ - 0,34x²₁ +0,37 x₁x₂ - 0,29x₁x₃ - 0,33x²₂ - 0,48x₂x₃ + 0,46x²₃ , ( 11-24 )

Мощность теплового потока на турбину, МВт,

Q_о = 230+ 38,3x₁ - 2,67x₂ + 2,44x₃- 0,116x²₁ -0,69 x₁x₂ +

+ 1,97x²₂ - 0,69x₂x₃ + 0,465x²₃ , ( 11-25 )

При работе по электрическому графику нагрузки мощность теплового потока и расход пара на турбину зависят от пяти факторов

Q_o = f ( Q_т , G_с.в. , t_о.с. , N_{э ,}t_о.в )(11-26 )

где t_о.в -температура охлаждающей воды, ^оС.

В этом случае N_э > N^т_э, где N^т_э - мощность турбины при том же режиме тепловой нагрузки и при работе по тепловому графику нагрузки.

Мощность теплового потока на турбину Q_o при двухступенчатом подогреве сетевой воды и работе по электрическому графику нагрузки, МВт,

Q_о = 252,0+ 11,25x₁ - 4,4x₂ + 5,93x₃ +20,4х₄ + 1,74х₅+ 0,575 x₁x₄ - - 0,35 x₂x₄ + 0,81 x₃x₄-2,08 x₁x₂ + 0,925x₁x₃ + 2,2x²₂ - 2,43x₂x₃ + 1,5x²₃ + 0,69х²₅( 11-27 )

гдех₄ =;х ₅=

Область применения этой факторной характеристики ограничивается пределами: 40 < N_э< 100 МВт;5< t_о.в. <33^о С.

Мощность теплового потока на турбинуQ_о , МВт, при одноступенчатом подогреве сетевой воды и при работе по электрическому графику нагрузки

Q_о = 269+ 12,1x₁ - 6,75x₂ + 9,5x₃ +23,9х₄ + 2,44х₅+ 0,58x²₄ - 0,35 x₁x₄ +0,81х₃х₄ + 1,04x²₁ - 2,44x₁x₂ +0,81х₁х₃ + 3,35x²₂ - 0,464x₂x₃ + 0,7x²₃ , ( 11-28 )

Для конденсационного режима применимы более простые двухфакторные характеристики типа

N_э = f (D , t_о.в. ) ;Q_о = f ( N_э , t_о.в. ).

Мощность теплового потока на турбину, например для Т-110-130 при конденсационном режиме равна, МВт,

Q_о = 178 +44,6x₄ - 3,37x₅ + 0,23x²₄ - 0,116 x₄x₅ - 1,62x²₅ ( 11-29 )

Нормативные характеристики турбоагрегатов и блока в целом

Нормирование показателей работы любой ТЭС - это определение предельной технически достижимой в условиях конкретной ТЭС экономичности отдельных агрегатов или групп оборудования. В этом состоит их отличие от типовых характеристик. Они составляются для каждой станции в целом и каждого блока отдельно.

Сопоставление расчетных или полученных в процессе эксплуатации удельных расходов топлива с нормативными позволяет проводить технико-экономический анализ работы оборудования.

Нормируются следующие показатели работы оборудования:

- КПД нетто групп котлов и отдельных типов котлов;

- удельные расходы тепла нетто по группам турбоагрегатов или отдельным агрегатам;

- КПД брутто отдельных котлов;

- удельные расходы тепла брутто на отдельные турбоагрегаты;

- промежуточные технологические параметры и показатели, характеризующие эффективность работы отдельных технологических узлов и стадий технологического процесса (коэффициент избытка воздуха в рассматриваемом режиме присосы воздуха в газоходы котла, содержание горючих в уносе, тонкость помола пыли, температура уходящих газов, потери тепла котлом, параметра свежего пара, температура питательной воды, давление отработавшего пара в конденсаторе турбины, расходы электроэнергии и тепла на собственные нужды котлов и турбоагрегатов и т.п.).

Нормативные характеристики составляются при определенных исходных параметрах, которые указываются в условии, при которых получены данные характеристики.

Эти условия включают:

- краткую техническую характеристику основного и вспомогательного оборудования с указанием его особенностей;

- принципиальную тепловую схему ТЭС;

- описание особенностей режимов работы ТЭС;

- перечень материалов, на основании которых рассчитывались нормативные характеристики;

- исходные условия, принятые при расчете нормативных характеристик.

Порядок согласования и утверждения нормативных характеристик

Нормативные характеристики оборудования ТЭС согласовываются с соответствующими районными энергообъединениями и доводятся досведения эксплуатационного персонала станции.

Наиболее важными являются нормативные характеристики турбоагрегатов, при этом основным нормируемым показателем являются удельные расходы тепла брутто и нетто: на производство электроэнергии для КЭС и на производство тепла и электроэнергии для ТЭЦ.

Удельный расход тепла брутто определяется в общем виде по выражению:

q_т =,( 11-30 )

где Q_э-расход тепла на выработку электроэнергии (кДж/ч)

N_т - мощность турбоагрегата (кВт)

Q_о - суммарный расход тепла на турбоагрегат ( кДж/г )

Q_т - тепловая нагрузка отборов для обеспечения внешних потре-бителей, собственных и хозяйственных нужд, не включающие расходы тепла на ПТН и ТВД (турбовоздуходувку), (кДж/г )

Удельный расход тепла нетто:

q^н_т =, (11-31 )

где Q^сн_т , N^сн_т- расходы тепла и электрической мощности на СН турбоагрегата

Удельный расход электроэнергии на СН



Для турбоагрегатов, имеющих питательные насосы с турбоприводом (ТПН) или воздуходувки (ТВД), работающие на паре отборов, нормируется удельный расход тепла брутто:

q_т = , ( 11-32 )

ЗдесьQ^о_э = Q_о - Q_т = Q_э+ Q_птн + Q_твд расход тепла на турбину, включающий в себя расход тепла на электроэнергию и для ТПН и ТВД.

Кроме этого нормируются следующие показатели:

1)P_о, t_о - начальные параметры пара

2)t"_пп -температура пара промперегрева

3) P_отб , h_отб -давление и энтальпии регулируемых отборов пара

4)t_пв = f (D_о )-температура питательной воды, как функция расхода пара на турбину

5)P_к = f (D_к ,t_в1 , G_охл.в ) -давление пара в конденсаторе

6)q_т^сн = f ( N_т , t_нар )-удельная затрата теплоты на собственные нужды

7) Э_т^сн = f ( N_т , G_охл.в )-затрата электроэнергии на собственные нужды.