16. Энергетическая характеристика турбоагрегата с противодавлением (р)

Их отличительной особенностью является то, что они не имеют конденсаторов для охлаждения отработанного пара. Отработанный пар аналогичного или повышенного, по сравнению с конденсационной турбиной давления, направляется непосредственно потребителю, и в данном случае является полезным продуктом, а не потерей тепла, так как потери тепла с конденсацией отсутствуют.

Принципиальные типовые схемы турбоагрегатов с противодавлением типа «Р» имеют вид (рис. 28).

Н а рис. 28а отработанный пар непосредственно из турбины направляется на производственные нужды, давление пара составляет, обычно, 5 ÷ 15 ата, в зависимости от необходимой величины давления пара промышленной установки, которая этот пар использует в производственном процессе на предприятии. Данная турбина работает только тогда, когда имеется режимная потребность в паре, следовательно существует жесткая зависимость времени работы производственной установки и самой турбины от графика потребления пара. Величина электрической мощности турбоагрегата определяется режимом потребления пара потребителя.

Рис. 28. Принципиальные схемы турбоагрегатов с противодавлением типа «Р».

Существуют варианты конструкции противодавленческих турбин с давлением пара на выходе – 1,2 ÷ 2,5 ата. Такие турбины используются для отопительных целей. В этом случае отбор пара называется теплофикационным. Изменение величины расхода пара на отопление, согласно графика теплофикационной нагрузки, однозначно приводит к изменению электрической мощности турбоагрегата. На рис. 28б показана схема с промежуточным производственным отбором давлением 7 ÷ 15 ата и конечным теплофикационным – на 1,2 ÷ 2,5 ата.

Отработанное тепло турбин с противодавлением может так же использоваться на собственные нужды самой тепловой электростанции.

В любом варианте выработка электроэнергии является функцией потребления отработанного тепла, забираемого из противодавленческой турбины, таким образом выработка электроэнергии производится только по теплофикационному циклу, то есть на отбираемом тепле.

Рассмотрим схему энергобаланса противодавленческого турбоагрегата типа «Р» (рис. 29).

Схема энергобаланса показывает, что турбоагрегат с противодавлением отпускает два вида продукции: теплоэнергию и электроэнергию.

Из подведенного тепла Qподв, равного полному часовому расходу тепла турбоагрегатом Q^турбчас, выделяется:

Q_пол^э - полезное тепло на производство электроэнергии;

Qт - отпуск теплоэнергии потребителю;

∆Q - потери тепла.

В свою очередь: Q^турбчас= Qчас^э+ Qчас^т

где Qчас^э - часовой расход тепла на производство электроэнергии; Qчас^т - часовой расход тепла на отпуск тепла.

Рис. 29. Схема энергобаланса противодавленческого турбоагрегата типа «Р».

Задача распределения потерь в турбоагрегате между теплоэнергией и электроэнергией является теоретически сложной. Практически она решается на основе, так называемого "физического метода распределения".

Сущность физического метода заключается в ряде допущений.

1. В турбоагрегате вырабатывается только электроэнергия.

2. В турбоагрегате теплоэнергия только преобразуется (меняет параметры).

3. Все потери тепла в турбоагрегате относятся на выработку электроэнергии. Это означает, что преобразование тепла происходит без потерь и, следовательно, КПД по отпуску теплоэнергии равно 100%. Удельный расход тепла входящего в турбину пара на единицу отпускаемого тепла равен 1 Гкал/Гкал.

Достоинства физического метода распределения следующие:

- простота применения в практических расчетах;

- технико-экономические показатели, получаемые при расчете по физическому методу, отражают эффективность технологического процесса.

Недостатки физического метода распределения следующие:

- уравнивание 1 Гкал тепла разной потребительской ценности, а, именно, 1 Гкал острого пара, отпущенного из котла, приравнивается к 1 Гкал пара, отпущенного из турбины;

- отсутствует возможность тарификации 1 Гкал тепла разной ценности и поэтому себестоимость определяется как себестоимость обезличенной 1 Гкал;

- эффект комбинированного производства относится на электроэнергию, так как безразлично, отпускать пар из котельной или из турбоагрегата.

Рассмотрим отдельные составляющие энергетической характеристики турбоагрегата с противодавлением.

Характеристика расхода тепла на производство электроэнергии имеет следующий вид, Гкал/ч:

Qчас^э =Qxx^э+q_э’*P, где Qxx^э = ∆Qмех + ∆Qос + ∆Q_эл^пост

Расход тепла на холостой ход турбоагрегата с противодавлением при производстве электроэнергии складывается из механических потерь, потерь в окружающую среду и постоянных электрических потерь генератора.

Потери в конденсаторе в данном случае отсутствуют, так как все тепло отбираемого пара используется тепловыми потребителями ТЭЦ, а не теряется с охлаждающей водой.

Относительный прирост расхода тепла q_э’ слагается из теплового эквивалента 1 МВт∙ч электроэнергии и относительного прироста электрических потерь в генераторе, Гкал/МВт∙ч:

q_э’=0,86+ q_эл’ , где q_эл’- относительный прирост электрических потерь в генераторе, равный 0,01 ÷ 0,02 Гкал/МВт∙ч

Следовательно, значение q_э’ равняется:

q_э’=0,86+0,01-0,02=0,87 Гкал/МВт∙ч

Выражением характеристики в развернутом виде будет уравнение, Гкал/ч: Qчас^э =∆Qмех + ∆Qос + ∆Q_эл^пост+(0,86+ q_эл’)*Р

Значение относительного прироста расхода тепла на производство электроэнергии турбоагрегата с противодавлением в несколько раз меньше, чем значение относительного прироста расхода тепла конденсационного агрегата, который включает в себя также относительный прирост потерь тепла в конденсаторе.

Кроме расхода тепла на производство электроэнергии Qчас^э, в энергетическом процессе турбоагрегата с противодавлением одновременно расходуются тепло на отпуск тепловой энергии тепловым потребителям Qчас^т, Гкал/ч:

Qчас^т= Q^турбчас- Qчас^э

Причем, согласно физическому методу распределения при КПД = 100% . Qчас^т=Qт

Так как при холостом ходе турбоагрегата имеет место определенный отпуск тепла, то зависимость расхода тепла на теплоснабжение потребителей от электрической нагрузки выражается следующим уравнением, Гкал/ч: Qчас^т = Q_хх^т+ q’_т*Р

где Q_хх^т - тепло отпускаемое при холостом ходе турбоагрегата. Эта величина в отличие от холостого расхода Q_хх^э является не потерей тепла, а полезным отпуском тепла потребителям;

q’_т – относительный прирост отпуска тепла, Гкал/МВт∙ч

Выражение Qчас^т в отличие от уравнения расходной характеристики Qчас^э отражает не расход тепла на производство электроэнергии, а его отпуск для теплоснабжения потребителей и может быть названо характеристикой отпуска тепла турбоагрегатом с противодавлением в зависимости от его электрической нагрузки.

Если расходная характеристика Qчас^э отражает экономичность процесса, то характеристика отпуска Qчас^т – его производительность по теплу.

Суммируя характеристики, получаем общую характеристику расхода и отпуска тепла турбоагрегатом в зависимости от его электрической нагрузки, Гкал/ч:

Q^турбчас= Qчас^э+ Qчас^т=( Q_хх^э+ Q_хх^т)+( q’_э + q’_т)*Р= Q^турбхх +q’_турб*Р , где Q^турбхх - расход тепла на холостой ход турбины в целом; q’_турб - относительный прирост расхода тепла турбины в целом.

Удельный отпуск тепла на 1 МВт электрической нагрузки равен, Гкал/МВт:

Графически удельный отпуск тепла на 1 МВт электрической нагрузки изображается равносторонней гиперболой с асимптотой равной q’_т (рис. 30).Рис. 30. Зависимость удельного отпуска тепла от эл.й нагрузки.

Из уравнения Qчас^т = Q_хх^т+ q’_т*Р следует, что электрическая нагрузка агрегата в зависимости от отпуска тепла турбиной, выражается следующей формулой, МВт: Р= (Qчас^т - Q_хх^т )/ q’_т

Удельная выработка электроэнергии (мощность) на тепловом потреблении при этом равняется, МВт∙ч/ Гкал:

Обозначим: 1/ q’_т=Э’_т, где Э’_т - частичная удельная выработка электроэнергии (мощности) на тепловом потреблении, МВт∙ч/ Гкал. Обратная величина нижнего предела удельного отпуска тепла в Гкал/МВт∙ч при Р=∞, одновременно есть верхний предел удельной выработки электроэнергии в МВт∙ч/Гкал отпускаемого тепла Э’_т при Qчас^т=∞. Тогда:

Графически функция удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении выглядит следующим образом (рис. 31).

Рис. 31. Зависимость удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении от отпуска тепла.

Из аналитического выражения и его графической интерпретации следует, что аргумент Qчас^т и функция изменяется в пределах показанных ниже.

Из графика видно, что при малых отпусках тепла (малых электрических нагрузках) удельная выработка электрической энергии на 1 Гкал очень мала, а с ростом Qчас^т возрастает, стремясь к пределу: = Э’_т при Qчас^т=∞.

Основные параметры характеристики приведены в таблице 2.

Часовой отпуск тепла Qчаст, Гкал/ч	Удельная выр-ка эл.эн. , МВт∙ч/Гкал	Примечание
0	-∞	Величина фиктивная
Qххт	0	Выработки эл.эн. нет
		Номинальная величина удельной выработки электроэнергии
∞	Э’т	Теоретически предельная величина или частичная уд.выр-ка эл.эн. на тепловом потреблении

Важнейшей составляющей энергетической характеристики турбоагрегата с противодавлением является характеристика электрической мощности, МВт:

Обозначим: Э’_т=m, a Pxx=n Тогда: P=m* Qчас^т-n , где m - частичная удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении, МВт∙ч/Гкал; n - электрическая мощность, теряемая с потоком пара холостого расхода, то есть электрическая мощность генератора, которая могла бы быть получена на базе мощности турбоагрегата, расходуемой на покрытие потерь тепла холостого хода – механических, в окружающую среду и электрических постоянных потерь, МВт.

Графически функция электрической мощности P=f(Qчас^т) турбоагрегата с противодавлением в зависимости от величины отпуска тепла имеет вид (рис. 32).

Основные параметры характеристики P=f(Qчас^т) приведены в таблице 3.

Таблица 3.

Часовой отпуск тепла Qчаст, Гкал/ч	Эл. Нагр. ТА Р, МВт	Примечание
0	-Pxx	Величина фиктивная
Qххт	0	Холостой ход турбоагрегата
Qчас.номт	Рном= Э’т * Qчас.номт	Номинальная мощность турбоагрегата
∞	∞