Лекции - word / энергетхарак

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ОТЧЕТНОСТЬ ТЭС И НОРМАТИВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ

2.1. Техническая отчетность ТЭС

Все электростанции России мощностью 50 МВт и более составляют технические отчеты о тепловой экономичности их работы по единой форме (форма № 3-тех). Отчеты составляются ежемесячно и за год и состоят из пяти разделов: I) общие основные показатели работы электростанции и групп однотипного оборудования; 2 и 3) показате­ли работы турбоагрегатов и котлов; 4) данные о пароводяном балан­се станции и внутренних потерях конденсата и 5) суммарные факти­ческие отклонения полного и удельного расходов условного топлива от нормативного по каждой группе однотипных агрегатов и по ТЭС в целом.

К общим основным показателям работы электростанций относятся: выработка и отпуск электроэнергии Э, отпуск тепла общий ( Q ), с паром из промышленных отборов турбин (Qп), с горячей водой ( Qт ), удельные расходы условного топлива bу на отпущенную электроэнергию и на отпуск теплоты ( плановые и фактические), рас­ход электроэнергии на собственные нужды Nсн.

Во второй раздел технической отчетности входят показатели ра­боты турбоагрегатов:

1) выработка электроэнергии (Э);

2) средняя электрическая нагрузка ( Nср.);

3) отпуск тепла из регулируемых отборов и противодавления (Qп );

4) параметры (P,tt ) свежего и отработавшего пара, пара промперегрева и регулируемых отборов;

5) температура питательной воды ( tпв );

6) температурный напор в конденсаторе ( tк-tцв )»

7) количество пусков турбин;

8) удельный расход топлива брутто (b ^бр ).

Указываются не только фактические, но и нормативные показа­тели, соответствующие средним электрической и тепловой нагрузкам за отчетный период. В целом, по каждой группе турбоагрегатов оп­ределяется перерасход топлива из-за отклонения фактических показа­телей от нормативных, из-за пониженных параметров свежего пара и промежуточного перегрева, повышенного давления в регулируемых от­борах, пониженного вакуума в конденсаторах, пониженной температу­ры питательной воды, повышенных расходов электроэнергии и пара на собственные нужды, вынужденных остановок турбоагрегатов.

Отчетные показатели работы котельных агрегатов (третий раздел) включают:

1) средние паровую ( D ) и тепловую ( Q ) нагрузки;

2) температуру уходящих газов ( tух ) ;

3) температуру холодного воздуха на входе в котлоагрегат ( tхв );

4) коэффициент избытка воздуха в уходящих газах (  );

5) присосы воздуха в газовый тракт (  );

6) содержание горючих в шлаке ( ашл) и в уносе ( аун);

7) потери теплоты в котле по их составляющим (q₂, q₃, q4, q₅, q₆)

8) КПД котлоагрегата брутто.

В целом по группам однотипных котлов указываются КПД нетто (к ^н) расходы электроэнергии и теплоты на собственные нужды ( Эсн и qсн ).

2.2. Нормативные характеристики основного оборудования ТЭС

Нормативные характеристики оборудования нужны для сопоставле­ния фактических показателей, достигнутых в условиях эксплуатации за отчетный период, с технически достижимыми. Они позволяют про­водить анализ экономичности работы энергооборудования для выявле­ния имеющихся резервов повышения экономичности и причин, вызвав­ших перерасход топлива.

Различают нормативные характеристики оборудования и технические нормы. Нормативные характеристики составляются по данным ис­пытаний без эксплуатационных допусков. Технические нормы устанав­ливаются на основании нормативных характеристик, но с учетом до­пусков на условия эксплуатации. Нормативные характеристики и тех­нические нормы могут оформляться в виде режимных карт, инструкций; таблиц или графиков .

Планирование и нормирование технико-экономических показателей работы ТЭС производят на базе расчетного анализа оптимального ре­жима работы станции с использованием нормативных характеристик оборудования, заданных графиков электрической и тепловой нагрузки, графиков ремонтов, календарного плана реконструкции и модерниза­ции оборудования.

Нормативные характеристики по энергоблоку в целом включают:

а) удельные расходы условного топлива bу на отпущенную электрическую и тепловую энергию;

б) расходы электроэнергии и тепла на собственные нужда и на вспомогательные механизмы;

в) расход топлива на пуск энергоблока.

В число нормативных характеристик котлоагрегата входят зави­симости КПД от паропроизводительности котла нетто и температу­ры уходящих газов tух.

К нормативным характеристикам турбоагрегата относятся следую­щие зависимости от мощности:

а) Расход теплоты на турбоустановку (часовой или секундный) Оту;

б) КПД нетто или удельный расход теплоты qту;

в) вакуум в конденсаторе турбины Рк;

г) температура питательной воды tпв.

Технические нормы показателей тепловой экономичности ТЭС сос­тавляются на различные периоды времени ( месяц, квартал, год) и на различное время года ( на зимний и летний периоды).

Нормативные характеристики устанавливают зависимость различных показателей работы агрегата от нагрузки (паропроизводительности). Они отража­ет технически достижимую экономичность агрегата. При этом долж­ны быть оговорены параметры и условия, при которых получены норма­тивные (типовые) характеристики.

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— диаграммы режимов 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 теплофикационных машин 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

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 конденсаторе рассматриваются характеристики при постоянных расходе и температуре охлаждающей воды).

Такой подход позволяет 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 вид Q_o = f ( N₁) или D_o= f ( N₁).

На рис. 11.1. представлена тепловая характеристика конденсационного турбоагрегата (аналогичный вид имеет паровая характеристика).

Рис. Тепловая характеристика 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. Если f < 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 имеет 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 составляет х = 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 полезной составляющей удельного расхо-

да (за вычетом расхода на холостой ход).

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

r = lim , ( 11.3 )

Расход пара на холостой ход турбоагрегата и относительный прирост имеют большее значение для оценки экономичности работы турбоагрегата и 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 )

где r` — относительный прирост для области перегрузки.

Уравнение (11.5) можно представить в виде:

D = D_xx + 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 области перегрузки 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 прироста r , и из переменной величины , зависящей от коэффициента загрузки и обусловленной постоянными потерями холостого хода. Эта зависимость гиперболическая. При снижении мощности удельный 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_xx. При увеличении нагрузки, величина удельного расхода пара стремится к величине относительного прироста ( r ) для области нагрузок не превышающей экономической.

1.2. Тепловые энергетические характеристики турбоагрегатов

Расход пара и паровая характеристика служат лишь первым приближением для оценки экономичности турбоагрегата при различных нагрузках. Обычно для расчета технико-экономических показателей используют тепловые характеристики, которые можно получить из паровых, если известна зависимость температуры питательной воды от нагрузки.

Расход тепла на конденсационную установку

Q_ту = D_o ^.* H, ( 11-9 )

где H = h_о - h_пв -расход тепла на 1 кг пара, для турбины без промперегрева;

H = h_о - h_пв + _пп ( h"- h' )-для турбин с промперегревом;

Здесь _пп -доля пара, идущего на промперегрев;

h_о , h_пв , h" _, h' -энтальпии свежего пара, питательной воды, горячего и холодного промперегрева.

Исходя из формул (11-4  11-6) для расхода пара, можно получить следующие соотношения для расхода тепла на турбоагрегат:

Q_ту = D_xx ^. H + r ^. HN , (11-10 )

тогда Q_хx = D_xx ^. H; r_Q =r ^. H,

откуда

Q_ту = Q_xx + r_Q ^. N. (11-11 )

Для нагрузок выше экономической можно представить обобщенную тепловую характеристику аналогично обобщенной паровой характеристике

Q_ту = Q_xx + r_Q N_э + r'_Q( N - N_э ), (11-12 )

Здесь r'_Q - удельный прирост расхода теплоты при нагрузках N > N_э.

Мерой тепловой экономичности турбоагрегата наряду с КПД служит удельный расход тепла кДж/(кВтч)

q_ту = . ( 11-13 )

Удельный расход тепла для обобщенной характеристики с изломом может быть представлен следующим выражением:

q_ту =( 11-14 )

Анализ этого выражения показывает, что точка излома не всегда указывает на экономическую нагрузку, так как доля первого слагаемого уменьшается с ростом нагрузки, второе остается неизменным, а третье увеличивается. При этом возникают три возможных варианта:

1) Первое слагаемое уменьшается с такой же скоростью,

как и возрастает третий член выражения ( 11-14 ). Это возможно только в том случае, когда касательная, проведенная из начала координат через точку излома, сливается с участком характеристики выше излома. В этом случае величина q_ту =q и остается постоянной для всех N > N_э . (рис. 11.2, а).

2) В другом случае, представленном на рис. 11.2.б, первое слагаемое Q_хx / N убывает с ростом нагрузки быстрее, чем растет третий член выражения (11-14). Продолжение участка характеристики после излома в начало координат до пересечения с осью ординат дает положительный участок С . В этом случае удельный расход тепла продолжает снижаться, а КПД расти. Следовательно, нагрузка N_э не является экономической в этом случае.

3) В третьем случае, представленном на рис. 11.2. в, первое слагаемое Q_хx / N убывает медленнее, чем растет третье слагаемое. Продолжение участка характеристики после излома в начале координат до пересечения с осью ординат отсекает на оси ординат отрицательный участок С. В этом случае удельный расход начинает после N_э возрастать, а КПД снижается по кривым, представленным на рис.11.2.в.

Так как все современные турбины работают с регенеративным подогревом, то с изменением нагрузки турбины давление пара в регенеративных отборах будет меняться примерно пропорционально расходу пара или мощности турбины; в соответствии с давлением и температурой насыщения пара в отборах изменяются и температуры подогрева и энтальпия питательной воды (рис. 11.3.). Таким образом H зависит от нагрузки N , однако общая зависимость расхода тепла на турбоустановку Q_ту от нагрузки N может быть принята по-прежнему прямолинейной в области нагрузок 30^о < N > N_нам (рис. 11.1), так как давление пара в отборах в этом диапазоне изменяются практически прямолинейно (рис. 11.3).

Рис.11.3. Изменение давления пара по отсекам турбины К-160-130 при изменении нагрузки.

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.

Рис.11.4.Характеристики составоляющихрасхода изменения тепла.

Первой составляющей является полезно используемая часть энергии (на рис. 11.4. 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 фазовым переходом. 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 нагрузках Q_др равна:

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. 11.5.условно рассмотрены четыре клапана) точки расхода тепла располагаются на прямой, проведенной сплошной линией 1, которая характеризует идеальный процесс при отсутствии дросселирования.

Рис.11.5. Расходная характеристика теплоты для турбины с сопловым парораспределением.

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 энергии на 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 )

где V - объемная производительность насоса, м³ /с;

H - напор насоса в Па;

_н , _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.