2.3. Показатели тепловой экономичности теплофикационных турбин

Изменение эффективности теплофикационных турбин не влияет на экономичность выработки тепла, поскольку относимые к отпуску тепла потери находятся вне турбоагрегата. Частный к. п. д. ТЭЦ по выработке тепла

,где — к. п. д. котлоагрегата, трубопроводов (теплового потока) и подогревателей. Поэтому тепловая экономичность теплофикацион­ных турбин характеризуется только эффективностью выработки электроэнергии.

В соответствии с видами производимой энергии в теплофика­ционной турбине можно выделить два потока пара — теплофика­ционный, который после использования в турбине поступает к тепловому потребителю, и конденсационный, существенная часть тепла которого теряется в конденсаторе. Удельный расход тепла на выработку электроэнергии для теплофикационного по­тока пара сравнительно небольшой и отличается от теплового эквивалента только на величину механических потерь, потерь в электрическом генераторе и на излучение, поскольку остальное тепло пара полезно используется потребителем:

или

Здесь — механический к. п. д. турбины и к. п. д. генератора. Удельный расход тепла на выработку электроэнергии для конденсационного потока включает потери в холодном источнике и существенно (в 1,7—2,5 раза) выше [7]. В общем случае

или

где — термический к.п.д. цикла и внутренний относитель­ный к. п. д. турбины; — абсолютный электрический к. п. д. турбоустановки.

В общем случае, когда имеют место оба потока пара, удель­ный расход тепла на выработку электроэнергии

(2.5)

где N_т, N_к — соответственно теплофикационная и конденсацион­ная мощность турбины.

Как видно из выражения (2.5), удельный расход тепла и соот­ветственно удельный расход топлива на выработку электроэнер­гии на ТЭЦ зависит прежде всего от режима работы турбин (от соотношения между тепловой и электрической нагрузками тур­бин). С увеличением доли выработки электроэнергии на базе теп­лового потребления значение уменьшается. По­этому удельный расход тепла непосредственно не может характеризовать эффективность теплофикационных турбин, в том числе совершенство проточной части и применяемые параметры пара.

Для турбин с противодавлением или в случае чисто теплофи­кационного режима работы турбин с отборами пара (при утили­зации тепла отработавшего пара в конденсаторе, например для подогрева сетевой воды) N_u = 0 и q_э = q_т. Однако и в этом случае q_э не характеризует эффективности теплофикационных турбин, не определяет величины выработки электроэнергии на базе тепло­вого потребления и достигаемой экономии топлива за счет комби­нированного производства тепла и электричества на ТЭЦ.

Такими же недостатками, как показатель тепловой экономич­ности, обладает и удельный расход пара

где G₀ — расход пара на турбину; N_э — электрическая мощность генератора. Он также не позволяет судить о сравнительной эко­номичности сопоставляемых турбин, так как значение его зависит прежде всего от величины тепловой нагрузки турбины и давления отбираемого пара. По изменению d_э также нельзя непосредствен­но определить величину экономии топлива на ТЭЦ.

В соответствии с выделением в теплофикационной турбине двух потоков пара — теплофикационного и конденсационного — основными характеристиками эффективности их следует считать - внутреннюю удельную выработку электроэнергии на базе тепло­вого потребления W_в и абсолютный внутренний к. п. д. конденса­ционного потока , представляющий долю тепла в свежем паре, полезно используемого на производство электроэнергии [31]. Эти характеристики определяются из следующих выражений:

(2.6)

(2.7)

где а_к, е_к, е_т — соответственно доля регенеративных отборов и доля регенеративной выработки электроэнергии для конденса­ционного и теплофикационного потоков пара; — исполь­зованный в турбине перепад тепла соответственно для конденса­ционного и теплофикационного потоков пара; i₀, i_отб, i_к — энталь­пия свежего пара, пара в камере регулируемого отбора и отработавшего пара в конденсаторе; i_п,_п, i_в — энтальпия пита­тельной воды и возвращаемого от потребителя конденсата.

Доля регенеративных отборов а_к может быть определена из расчета тепловых балансов подогревателей или же (что представ­ляется более удобным) через долю регенеративной выработки элек­троэнергии. Если заменить систему регенерации условным подогревателем со средневзвешенным значением энтальпии пара и значением энтальпии конденсата на входе в него i_к, то

(2.8)

Средневзвешенное значение энтальпии пара условного отбора связано с долей регенеративной выработки электроэнергии е_к соотношением

(2.9)

Отсюда, подставив из выражения (2.9) в (2.8), получим, что

Отношение е_к/а_к при изменении к. п. д. турбины изменяется незна­чительно и приближенно может быть найдено по расчетному режиму. Значение энтальпии питательной воды легко опреде­ляется по опытным данным или. расчетным путем в зависимости от расхода свежего пара.

Зная значения W_в и , легко определить теплофикационную мощность турбины и удельный расход тепла для конденсацион­ного потока пара:

Изменение параметров свежего пара (р₀, T₀) вызывает измене­ние энтальпии i₀ и использованных в турбине перепадов тепла H_iотб, Н_ik. В соответствии с этим по уравнениям (2.6) и (2.7) можно определить изменение характеристик W_в, или q_k.

Важным при определении характеристик теплофикационных турбин является правильный учет влияния регенерации. Доля, регенеративной выработки для конденсационного и теплофика­ционного потоков пара может составить 20% и более. Методика учета изменения ее, основанная на замене системы регенерации условным подогревателем, приведена в работе [73]. Изменение доли регенеративной выработки для различных начальных пара­метров пара и температуры питательной воды в зависимости от давления отбираемого пара (или давления в конденсаторе) при­ведено на рис. 2.10 [73]. Эти данные получены в предположении, что энтальпия возвращаемого потребителем конденсата равна энтальпии насыщения при давлении в отборе. В действительности же конденсат возвращается с производства со значительным пе­реохлаждением, что увеличивает долю регенеративной выработки. Для примера применительно к турбине ПТ-60-130/13 на рис. 2.11 приведена доля выработки электроэнергии на регенеративных отборах для подогрева возвращаемого с производства конденсата при различной его температуре t_В, изменяющейся от температуры насыщения t_нас до 100° С.

. (2.10)

Дж/Дж 06

0.5

№

0,3В

0,Зр,М0а

Рис. 2.10. Доля регенератив­ной выработки электроэнер­гии в зависимости от давле­ния отбираемого пара

Рис. 2.11. Доля выработки электро­энергии на регенеративных отборах на базе подогрева возвращаемого с производства конденсата при разной его температуре (турбоустановка ПТ-60-130/13).

Удельная выработка электроэнергии W_в зависит также от ре­жима работы и внутреннего относительного к. п. д. турбины. При увеличении к. п. д. турбины снижается энтальпия отбираемого пара и растет величина H_ioтб ,что приводит к увеличению W_в.

Для упрощения процесса расчета величины W_В с учетом всех определяющих факторов удобно знать ее значение для расчетного режима работы турбины с последующим вводом поправки на изменение режима. Внутренняя удельная выработка электроэнер­гии для производственного и отопительного - отборов турбины ПТ-60-130/13 при расчетном режиме работы проточной части как без учета, так и с учетом регенерации приведена на рис. 2.12.

Суммарная дополнительная потеря для расчета уточненного значения W_в, представляющая разность энтальпий в регулируемом отборе при рассматриваемом и расчетном режимах работы турбины, определяется как сумма дополнительных потерь в различных элементах и отсеках турбины, предшествующих данному отбору и най­денных с учетом явления возврата тепла, т. е. . По ее величине можно найти изменение удельной выработки электро­энергии как разность значений W_в при расчетном и измененном режимах работы:

(2.10)

Рис. 2.12. Внутренняя удельная выработка электроэнергии на паре производственного (а) и отопительного (б) отборов без учета регене­рации W_в и с ее учетом W_В для расчетного режима работы турбины ПТ-60-130/13 в зависимости от давления отбираемого пара (темпера­тура возвращаемого конденсата равна температуре насыщения).

Тогда уточненное значение удельной выработки

(2.11)

Абсолютный внутренний к. п. д. конденсационного потока существенно зависит от к. п. д. как ЧВД, так и ЧНД турбины. При расчетном режиме ЧВД характеристики конденсационного потока и q_к определяются давлением пара в нижнем отопи­тельном отборе и объемным расходом пара в конденсатор или величиной конденсационной мощности турбины. Для примера на рис. 2.13 приведены полученные при этом условии значения q_к для турбины ПТ-60-130/13. Как видно, величина q_к в зависимости от режима работы ЧНД может изменяться на 20% и более.

Используя приведенное выше выражение для легко пока­зать, что при изменении режима работы турбины и появлении дополнительной необратимой потери уточненное значение удельного расхода тепла для конденсационного потока пара най­дется как

(2.12)

Характеристики W_в и q_к позволяют непосредственно определять экономичность работы теплофикационных турбин, рассчитывать их энергетические характеристики, рассчитывать экономию топ­лива за счет комбинированного производства тепла и электро­энергии, а также могут быть использованы для оптимизации ре­жимов работы турбин ТЭЦ.

Рис. 2.13. Внутренний удельный расход тепла для конденсационно­го потока пара при различных дав­лениях в отопительном отборе для турбины ПТ-60-130/13_}в зависимо­сти от конденсационной мощности.