5.6 Зависимость к. П. Д. От температуры
П
Рис.
5.2 - Зависимость к. п. д. от температуры
обратной сетевой воды.
окажем
зависимость к. п. д. по выработке
электрической энергии от температуры
на графике, который изображен на рис.
5.2
1 - Кривая после реконструкции
2 -Кривая до реконструкции
Как видим из графика коэффициент полезного действия по выработке электрической энергии повышается с уменьшением температуры обратной сетевой воды, это повышение обусловлено тем, что при уменьшении температуры уменьшается давление в теплофикационном отборе. По этой причине увеличивается выработка электроэнергии при тех же затратах тепла, т. е. эффективность работы турбины по выработке электроэнергии повышается.
После реконструкции, как видим, к. п. д. (кривая 1) будет выше первоначального к. п. д. (кривая 2) во всем разрезе температурного графика, что доказывает эффективность преобразования установки.
Теплота пара поступающего в конденсатор отдается циркуляционной воде, кроме этой теплоты отдается еще теплота пара, поступающего в теплообменники, находящиеся на линии рециркуляции: сальниковый подогреватель и холодильники эжекторов. Эти потери теплоты могут быть соизмеримы с теплотой минимального пропуска пара в конденсатор, так как рециркуляция, необходимая при малых расходах пара в ЧНД, включается на режимах, близких к номинальному, когда протечки пара в сальниковый подогреватель максимальны.
Потери теплоты в конденсаторе на режимах работы с тепловой нагрузкой могут быть сведены к минимуму или полностью исключены двумя путями: или сокращением пропуска пара в ЧНД и других сбросов теплоты в конденсатор до нуля или близких к нулю величин; или использованием теплоты пара, поступающего в конденсатор, в цикле станции, например, для подогрева обратной сетевой воды или подпиточной воды тепловых сетей. Как известно сократить пропуск пара до нуля часто не удается, поэтому я пошел по второму пути.
При исключении потерь теплоты в конденсаторе экономичность турбоустановки изменяется по следующим причинам: из-за возможного увеличения тепловой нагрузки турбоагрегата за счет теплоты, ранее отдаваемой в конденсаторе циркуляционной воде; из-за изменения электрической мощности турбины в результате изменения вакуума; в результате уменьшения расхода электроэнергии на собственные нужды.
Ниже рассматривается методика определения тепловой экономичности исключения потерь теплоты в конденсаторе турбины.
Тепловая нагрузка турбоустановки определяется присоединенными потребителями теплоты. Так как исключение потерь теплоты в конденсаторе позволяет повысить максимальную тепловую нагрузку турбоустановки менее чем на 3-4 %, то оно не может влиять на присоединенную тепловую нагрузку. Соответственно тепловая экономичность использования теплоты отработавшего пара определяется экономией топлива при условии, что выработка электроэнергии и отпуск теплоты от турбоустановки остаются неизменными.
Отопительный период может быть разделен на два, отличающихся условиями и эффективность использования теплоты в конденсаторе.
Период работы с выключенной пиковой ступенью подогрева сетевой воды (
,
- температура наружного воздуха,C;
- температура наружного воздуха при
которой включаются пиковые котлы).Период работы с включенной пиковой ступенью (
).
Изменение мощности и расхода теплоты теплофикационной турбины подчиняется общему уравнению:
,
(53).
где
- потери в конденсаторе при охлаждении
его циркуляционной водой;
- потери механические,
в генераторе и на излучение.
а
- при охлаждении конденсатора циркуляционной
водой;б– при исключении потерь
теплоты в конденсаторе на режимах с
выключенным пиковым котлом (
);в- при исключении потерь теплоты в
конденсаторе на режимах с включенным
пиковым котлом (
).
Рис.
6.1 - Схема основных потоков теплоты
теплофикационной турбины.
На рис. 6.1 представлены
основные составляющие баланса расходов
теплоты при наличии потерь в конденсаторе
и при их использовании для обоих указанных
периодов. Величина
в рассматриваемых условиях.
При исключении
потерь теплоты в конденсаторе
полезно используется. Мощность части
низкого давления турбины изменяется
на
,
чему соответствует дополнительное
изменение количества теплоты. Тогда
общее количество теплоты, которое может
быть использовано тепловым потребителем,
равно:
.
(54).
Период работы с
выключенной пиковой ступенью, когда
.
Вся тепловая нагрузка обеспечивается
отопительными отборами турбины,
исключение потерь теплоты в конденсаторе
приводит к уменьшению количества пара,
отбираемого из отопительных отборов
турбины, на турбоустановка же величину
и к уменьшению расхода пара на турбину,
поскольку она работает в режиме теплового
графика.
Вследствие
уменьшения количества отбираемого пара
на
будет иметь место уменьшение мощности
турбины на:
,
(55).
где
- удельная выработка электроэнергии на
тепловом потреблении.
Общее уменьшение
мощности теплофикационной турбины в
рассматриваемом периоде составляет
.
Для компенсации этой мощности требуется
замещающая конденсационная мощность
и дополнительный расход теплоты на
замещающей турбине:
, (56).
где
- удельный расход теплоты на выработку
конденсационной электроэнергии на
замещающей турбине.
Уменьшение расхода теплоты на теплофикационной турбине будет равно :
. (57).
Изменение общего
расхода теплоты
составляет:
. (58).
За весь период работы с выключенной пиковой ступенью экономия топлива составит:
, (59).
где
- количество месяцев работы без потерь
теплоты в конденсаторе при
:
- к. п. д. котельной
установки.
Период работы с
включенной пиковой ступенью, кода
.
Использование теплоты в конденсаторе
позволяет уменьшить нагрузку пиковой
ступени при неизменном расходе пара на
турбину. В этом случае температура
подогрева сетевой воды в сетевых
подогревателях возрастает, что ведет
к повышению давления в регулируемом
отборе и уменьшению мощности
теплофикационной турбины на
.
Изменение
использованного перепада ступеней,
предшествующих регулируемому отбору,
при повышении температуры сетевой воды
на
:
, (60).
где К – коэффициент, который определяется параметрами свежего пара, давлением в отборе и к. п. д. турбины [].
, (61).
где W– расход циркуляционной воды в кг/с.
После преобразований:
, (62).
где
- возможный подогрев, кДж/кг;
r– теплота отданная в подогревателе 1 кг воды, кДж/кг.
.
Общее уменьшение
мощности теплофикационной турбины на
режимах с включенной пиковой ступенью
,
дополнительный расход на замещающей
турбине:
. (63).
Экономия теплоты на пиковом котле:
. (64).
Расход теплоты на турбину в рассматриваемом периоде остается неизменным.
Часовая экономия
теплоты на режимах
равна
и, как следует из зависимостей (63) и (64)
составляет:
,
(65).
Экономия топлива
за период с
:
.
(66).
где
- количество месяцев работы без потерь
теплоты в конденсаторе при
.
Исключение потерь теплоты в конденсаторе приводит к изменению расхода электроэнергии на собственные нужды, так как может быть остановлена часть циркуляционных насосов ТЭЦ. Одновременно из-за дополнительного сопротивления трубного пучка конденсатора возможно увеличение потребляемой мощности сетевых насосов. Экономия топлива за счет уменьшения расхода энергии на собственные нужды определяется зависимостью:
,
(67)
где
- мощность циркуляционных насосов, кВт.
где
- плотность воды, кг/м3;
Q– подача насосов, м3/с.
H=70 м – напор создаваемый насосами;
g=9.8 м/с2– ускорение свободного падения.
- к. п. д. насосов.
Суммарная годовая экономия:
.
(68).
Надо отметить, что
экономия топлива, возможная при
использовании теплоты в конденсаторе,
определяется в первую очередь потерями
теплоты
,
имеющими место при охлаждении конденсатора
циркуляционной водой. В конденсатор
поступает пар из ЧНД турбины, сливы из
системы регенерации и т. д:
=
+
,
(69).
где
- теплота отданная в конденсаторе паром
турбины, МВт;
- теплота отдаваемая
циркуляционной воде в конденсаторе
сливаемыми потоками, МВт.
Как видим во всех расчетных формулах встречается мощность ЧНД, она может быть как положительная, так и отрицательная. В нашем случае мощность отрицательна. Рассмотрим влияние ее на общую экономичность, весь анализ покажем в табличной форме см. таблицу 6.1 то есть что было и что будет после реконструкции.
Таблица 6.1
|
Определяемая величина |
Обозначение |
Источник |
Результаты расчета | |
|
Численные значения |
Единица измерения | |||
|
До реконструкции | ||||
|
Работа с выключенной пиковой ступенью |
| |||
|
Расход теплоты на турбоустановку |
|
См. таблицу 5.6 |
466.55 |
МВт |
|
Теплота отданная в конденсаторе сетевой водой |
|
(69) |
22505.628 |
КВт |
|
19536.798 | ||||
|
16026.002 | ||||
|
13729.569 | ||||
|
10752.472 | ||||
|
8226.333 | ||||
|
6096.568 | ||||
|
3547.162 | ||||
|
Мощность ЧНД |
|
См. Таблица 4.2 |
-1.986 |
МВт |
|
-1.708 | ||||
|
-1.409 | ||||
|
-1.13 | ||||
|
-0.928 | ||||
|
-0.666 | ||||
|
-0.492 | ||||
|
-0.289 | ||||
|
Общее количество теплоты, которое может быть использовано тепловым потребителем |
|
(54) |
24491.628 |
КВт |
|
21244.798 | ||||
|
17435.002 | ||||
|
14859.569 | ||||
|
11680.472 | ||||
|
8892.333 | ||||
|
6588.568 | ||||
|
3836.162 | ||||
|
Удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении. |
э |
См. таблицу 5.6 |
0.54 |
|
|
0.56 | ||||
|
0.578 | ||||
|
0.602 | ||||
|
0.622 | ||||
|
0.646 | ||||
|
0.676 | ||||
|
0.709 | ||||
|
Продолжение таблицы 6.1 | ||||
|
Определяемая величина |
Обозначение |
Источник |
Результаты расчета | |
|
Численные значения |
Единица измерения | |||
|
Уменьшение мощности турбины, Вследствие уменьшения количества отбираемого пара |
|
(55) |
8228.226 |
КВт |
|
7895.778 | ||||
|
6073.367 | ||||
|
5942.198 | ||||
|
4268.039 | ||||
|
3744.615 | ||||
|
2454.055 | ||||
|
1718.471 | ||||
|
Дополнительный расход теплоты на замещающей турбине |
|
(56) |
21130.869 |
КВт |
|
18894.136 | ||||
|
15947.731 | ||||
|
13989.164 | ||||
|
11383.387 | ||||
|
8903.632 | ||||
|
6869.521 | ||||
|
4177.043 | ||||
|
Изменение общего расхода теплоты |
|
(58) |
12616.985 |
КВт |
|
10830.44 | ||||
|
8742.637 | ||||
|
7552.603 | ||||
|
5709.124 | ||||
|
4401.316 | ||||
|
3189.102 | ||||
|
1799.59 | ||||
|
Экономия топлива с выключенной пиковой ступенью, составит |
|
(59) |
1307.362 |
т/год |
|
Количество
месяцев работы без потерь теплоты в
конденсаторе при
|
|
[] |
8 |
|
|
К. п. д. котельной установки |
|
[] |
0.9 |
|
|
Работа с включенной пиковой ступенью |
| |||
|
Уменьшение мощности теплофикационной турбины |
|
(62) |
2101.512 |
КВт |
|
1779.053 | ||||
|
1450.099 | ||||
|
1228.2 | ||||
|
965.036 | ||||
|
715.698 | ||||
|
536.478 | ||||
|
319.601 | ||||
|
Теплота отданная в подогревателе 1 кг воды |
r |
Расчет |
2422.6 |
КДж/кг |
|
2419 | ||||
|
2410 | ||||
|
2402 | ||||
|
2395 | ||||
|
2379 | ||||
|
2377 | ||||
|
2361 | ||||
|
Дополнительный расход на замещающей турбине |
|
(63) |
5677.099 |
КВт |
|
4843.129 | ||||
|
3970.971 | ||||
|
3275.278 | ||||
|
2629.216 | ||||
|
1919.026 | ||||
|
1428.442 | ||||
|
845.279 | ||||
|
Экономия теплоты на пиковом котле |
|
(64) |
26593.14 |
КВт |
|
23023.851 | ||||
|
18885.101 | ||||
|
16087.769 | ||||
|
12645.508 | ||||
|
9608.031 | ||||
|
7125.046 | ||||
|
4155.763 | ||||
|
Экономия
теплоты на режимах
|
|
(65) |
20916.04 |
КВт |
|
18180.722 | ||||
|
14914.13 | ||||
|
12812.491 | ||||
|
10016.291 | ||||
|
7689.006 | ||||
|
5696.604 | ||||
|
3310.484 | ||||
|
Экономия
топлива за период с
|
|
(66) |
1525.795 |
т/год |
|
Количество
месяцев работы без потерь теплоты в
конденсаторе при
|
|
[] |
4 |
- |
|
Мощность циркуляционных насосов |
|
(67) |
1281.552 |
КВт |
|
1297.84 | ||||
|
1293.797 | ||||
|
1285.16 | ||||
|
1263.48 | ||||
|
1236.654 | ||||
|
1208.429 | ||||
|
1133.813 | ||||
|
Подача насосов |
Q |
- |
1.308 |
м3/с. |
|
1.324 | ||||
|
1.32 | ||||
|
1.311 | ||||
|
1.289 | ||||
|
1.262 | ||||
|
1.233 | ||||
|
1.157 | ||||
|
Экономия топлива за счет уменьшения расхода энергии на собственные нужды |
|
(67) |
402.622 |
т/год |
|
Суммарная годовая экономия |
|
(68) |
3235.778 |
т/год |
|
После реконструкции | ||||
|
Работа с выключенной пиковой ступенью |
| |||
|
Расход теплоты на турбоустановку |
|
См. таблицу 5.6 |
466.55 |
МВт |
|
Теплота отданная в конденсаторе сетевой водой |
|
(69) |
10505.628 |
КВт |
|
8536.798 | ||||
|
7026.002 | ||||
|
6729.569 | ||||
|
5752.472 | ||||
|
4226.333 | ||||
|
3096.568 | ||||
|
2547.162 | ||||
|
Мощность ЧНД |
|
См. Таблица |
0 |
МВт |
|
Общее количество теплоты, которое может быть использовано тепловым потребителем |
|
(54) |
22505.628 |
КВт |
|
19536.798 | ||||
|
16026.002 | ||||
|
13729.569 | ||||
|
10752.472 | ||||
|
8226.333 | ||||
|
6096.568 | ||||
|
3547.162 | ||||
|
Удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении. |
э |
См. таблицу 5.6 |
0.548 |
|
|
0.566 | ||||
|
0.583 | ||||
|
0.606 | ||||
|
0.626 | ||||
|
0.649 | ||||
|
0.678 | ||||
|
0.71 | ||||
|
Уменьшение мощности турбины, Вследствие уменьшения количества отбираемого пара |
|
(55) |
7322.535 |
КВт |
|
6064.474 | ||||
|
5343.874 | ||||
|
4320.759 | ||||
|
3728.368 | ||||
|
2335.233 | ||||
|
1133.011 | ||||
|
517.659 | ||||
|
Дополнительный расход теплоты на замещающей турбине |
|
(56) |
17114.632 |
КВт |
|
15367.325 | ||||
|
12977.603 | ||||
|
11556.61 | ||||
|
9344.956 | ||||
|
7410.045 | ||||
|
5740.293 | ||||
|
3496.748 | ||||
|
Изменение общего расхода теплоты |
|
(58) |
17713.531 |
КВт |
|
15233.947 | ||||
|
12392.273 | ||||
|
10493.718 | ||||
|
8135.884 | ||||
|
6151.52 | ||||
|
4489.286 | ||||
|
2568.072 | ||||
|
Экономия топлива с выключенной пиковой ступенью, составит |
|
(59) |
1840.667 |
т/год |
|
Количество
месяцев работы без потерь теплоты в
конденсаторе при
|
|
[] |
8 |
|
|
К. п. д. котельной установки |
|
[] |
0.9 |
|
|
Работа с включенной пиковой ступенью |
| |||
|
Уменьшение мощности теплофикационной турбины |
|
(62) |
2101.512 |
КВт |
|
1779.053 | ||||
|
1450.099 | ||||
|
1228.2 | ||||
|
965.036 | ||||
|
715.698 | ||||
|
536.478 | ||||
|
319.601 | ||||
|
Теплота отданная в подогревателе 1 кг воды |
r |
Расчет |
2422.6 |
КДж/кг |
|
2419 | ||||
|
2410 | ||||
|
2402 | ||||
|
2395 | ||||
|
2379 | ||||
|
2377 | ||||
|
2361 | ||||
|
Дополнительный расход на замещающей турбине |
|
(63) |
2918.766 |
КВт |
|
2470.907 | ||||
|
2014.027 | ||||
|
1705.833 | ||||
|
1340.328 | ||||
|
994.026 | ||||
|
745.108 | ||||
|
443.89 | ||||
|
Экономия теплоты на пиковом котле |
|
(64) |
24607.14 |
КВт |
|
21315.851 | ||||
|
17476.101 | ||||
|
14957.769 | ||||
|
11717.508 | ||||
|
8942.031 | ||||
|
6633.046 | ||||
|
3866.763 | ||||
|
Экономия
теплоты на режимах
|
|
(65) |
21688.373 |
КВт |
|
18844.944 | ||||
|
15462.074 | ||||
|
13251.936 | ||||
|
10377.18 | ||||
|
7948.006 | ||||
|
5887.938 | ||||
|
3422.873 | ||||
|
Экономия
топлива за период с
|
|
(66) |
2152.892 |
т/год |
|
Количество
месяцев работы без потерь теплоты в
конденсаторе при
|
|
[] |
4 |
- |
|
Мощность циркуляционных насосов |
|
(67) |
1281.552 |
КВт |
|
1297.84 | ||||
|
1293.797 | ||||
|
1285.16 | ||||
|
1263.48 | ||||
|
1236.654 | ||||
|
1208.429 | ||||
|
1133.813 | ||||
|
Подача насосов |
Q |
- |
1.308 |
м3/с |
|
1.324 | ||||
|
1.32 | ||||
|
1.311 | ||||
|
1.289 | ||||
|
1.262 | ||||
|
1.233 | ||||
|
1.157 | ||||
|
Экономия топлива за счет уменьшения расхода энергии на собственные нужды |
|
(67) |
402.622 |
т/год |
|
Суммарная годовая экономия |
|
(68) |
4396.181 |
т/год |
:
:
Экономический выигрыш и к. п. д. турбоустановки представлены в таблице 6.2
Таблица 6.2
|
Определяемая величина |
Обозначение |
Численные значения |
Единица измерения |
|
Выработанная электроэнергия турбоустановкой за год без реконструкции |
|
579505.965 |
МВт∙ч |
|
Выработанная электроэнергия реконструированной турбоустановкой за год |
|
579505.965 |
МВт∙ч |
|
Дополнительная выработка электроэнергии |
|
3204.29 |
МВт∙ч |
|
Повышение выработки электрической энергии |
|
0.553 |
% |
|
Выработка тепловой энергии |
|
973199.985 |
МВт∙ч |
|
К. п. д. установки до реконструкции и при потерях тепла в конденсаторе |
|
82.5 |
% |
|
К. п. д. реконструированной установки и при потерях тепла в конденсаторе |
|
82.7 |
% |
|
| |||
|
Продолжение таблицы 14. | |||
|
Определяемая величина |
Обозначение |
Численные значения |
Единица измерения |
|
Повышение к. п. д. при потерях тепла в конденсаторе |
|
0.206 |
% |
|
К. п. д. реконструированной установки при использовании тепла в конденсаторе |
|
83.8 |
% |
|
Повышение к. п. д. при использовании тепла в конденсаторе по сравнению с к. п. д. турбоустановки до реконструкции без использования тепла в конденсаторе |
|
1.601 |
% |
Анализируя расчетные данные приходим к выводу, что в любом случае использование теплоты в конденсаторе является эффективным мероприятием по экономии топлива, увеличению отпуска тепла. К тому же если присовокупить к этому эффект от, реконструкции турбины то как видим экономический эффект становится еще более значительными.
Проведенные мною мероприятия по усовершенствованию использования топливных ресурсов дали хороший результат, а именно увеличение выработки электрической энергии, уменьшение расхода топлива на турбоустановку, возможность использования освобожденных мощностей циркуляционных насосов для других целей.
Полученный экономический эффект, то есть уменьшение расхода средств на приобретение топлива составляет примерно 1099045.25 рублей, но надо учесть, что при получении этой цифры использовалась цена твердого топлива, то есть угля, на станции же для работы пиковых котлов используется в качестве топлива такое дорогое сырьё как мазут, цена на который превосходит стоимость угля в несколько раз. Исходя из этих доводов и делаем выводы.
Перевод турбины на противодавление достигнут в результате:
установкой двух глухих диафрагм на входе в ЧНД;
изменения тепловой схемы, схем дренажей и отсосов пара из концевых уплотнений.
Проточная часть турбины после реконструкции состоит из 15 ступеней давления, 16-я – 19-я ступени из работы исключены. На месте дисков 16-й – 18-й ступеней установлены втулки заднего концевого уплотнения и компенсирующие грузы. В качестве компенсирующего груза используется также диск 19-й ступени, с которого срезано облопачивание. Новое заднее улотнение имеет две обоймы с отсосом паровоздушной смеси на сальниковый подогреватель.
Из тепловой схемы турбоагрегата исключены конденсатор, циркуляционные насосы, пусковой и основной эжекторы, ПНД-1, ПНД-2 и ПНД-3. Высвободившийся из работы ПНД-1 используется в качестве сальникового подогревателя, дренаж из которого направляется через гидрозатвор в бак низких точек. Паровоздушная смесь из концевых уплотнений отсасывается специальным эжектором и охлаждается в охладителях эжекторов. Дренаж с которых также направляется в бак низких точек через гидрозатвор.
Согласно существующей схеме возврат конденсата бойлерной установки направляется в общестанционный деаэратор 0,6 МПа. Теплота пара, подаваемого в ПНД№1 и в охладители эжекторов, используется для подогрева химочищенной воды. Химвода после них направляется в обшестанционный деаэратор 0,118 МПа. Температура химводы на входе в охладитель не превышает 400С расход, составляет 9,7 кг/с.
Целью данного расчета является определение загрузок турбины по отборам пара (производственного и противодавления) после модернизации и сравнение их с заданием на модернизацию.
Заданы следующие параметры:
начальное
давление пара .................
начальная
температура пара ..............
фактическое среднезимнее и среднелетнее давление пара в камере:
производственного
отбора .....
и
;
отопительного
отбора………...
и
Оптимальная
температура питательной воды
Максимальный
фактический расход пара через
турбину…..
=50