3.Енергетичні характеристики устаткування

Енергетичні характеристики устаткування (енерго-технологичеськіх агрегатів) відображають залежність між споживаним паливом (енергією) і вироблюваною цими агрегатами енергетичною продукцією (електроенергії, пари, гарячої води і ін.).

Для опису енергетичних характеристик представимо енерготехнологічний агрегат у вигляді наступної моделі (рис.2.1), де

- первинна енергія, підведена до агрегату;

- вторинна (корисна) енергія, що отримується на виході;

- втрати енергії.

Тобто на вході і виході – енергія.

Рис.2.1. Модель енерготехнологічного агрегату

Існує три види енергетичних характеристик:

- абсолютні (витратні);

- відносні;

- диференціальні.

Абсолютні (витратні) характеристики відображають залежність між кількістю енергії, що підводиться до агрегату (первинною), і отримуваною від нього (вторинною):

.

Це інтегральні характеристики. Використовуються для визначення абсолютних значень витрати первинної енергії (палива) і необхідної виробничої потужності (наприклад, для перевірки відповідності виробничій потужності казана і турбіни).

Витратні характеристики будуються на основі енергетичних балансів устаткування:

.

.

Складаються для сталого режиму і характерних умов експлуатації устаткування.

Відносні характеристики характеризують економічність роботи устаткування. До них відносяться:

• питома витрата первинної енергії (наприклад, питома витрата палива, питома витрата теплоти):

.

Використовується для розрахунку первинної енергії при заданих навантаженнях;

- коефіцієнт корисної дії (ККД):

.

ККД – безрозмірний показник. Зазвичай виражається у відсотках.

Диференціальні характеристики відображають зміну витрати первинній енергії при зміні вторинній енергії на одиницю. До них відносять характеристики відносних приростів витрати первинної енергії:

.

Наприклад, відносний приріст витрати палива станцією (блоком) є показником економічності процесу перетворення палива в електроенергію станцією (блоком) при зміні навантаження і показує, на скільки зміниться витрата палива станцією (блоком) при зміні електричного навантаження на 1 кВт.

Диференціальні характеристики застосовують для визначення оптимальних режимів роботи устаткування (агрегатів). Наприклад, при зростанні навантаження спільно (паралельно) працюючих агрегатів станції в першу чергу повинен навантажуватися той з них, у якого менше відносний приріст витрати первинної енергії.

Першорядне значення мають витратні енергетичні характеристики устаткування. По ним складаються відносні і диференціальні характеристики устаткування.

Витратні енергетичні характеристики теплових турбоагрегатів

Турбоагрегат – це турбіна плюс генератор.

Витратна енергетична характеристика теплового турбоагрегату – це залежність годинної витрати теплової енергії турбоагрегатом від його електричного навантаження:

,

де Q - вхід (годинна витрата тепла, ГДж/год, Гкал/год; 1 кал = 4,19 Дж);

Р - вихід (електричне навантаження, МВт – від енергії перейшли до потужності, щоб відсікти час; потужність – це енергія в одиницю часу).

Витратні характеристики теплових (парових) турбоагрегатів залежать від системи їх регулювання і є опуклими кривими або їх поєднанням.

Розглянемо витратні енергетичні характеристики конденсаційного турбоагрегату (потужність регульована):

- турбіна конденсаційна – пара після турбіни потрапляє в конденсатор;

- потужність регулюється в межах від мінімального навантаження до номінальної шляхом зміни пропуску пари через турбіну.

Є різні способи зміни подачі пари.

Найбільш просте – дросельне регулювання за допомогою засувки або дросельного клапана.

Особливості:

1.Відносна економічність зростає із збільшенням навантаження (рис.2.2) – при зростанні навантаження кут нахилу дотичною до витратної характеристики зменшується. Це пояснюється поступовим відкриттям засувки, проникної пару в проточну частину турбіни, і зниженням втрат того, що дроселює:

- коли прохідний перетин малий – швидкість потоку пари велика, відповідно втрати великі, оскільки швидкісні втрати натиску пропорційні швидкості;

- коли прохідний перетин великий – швидкість мала, втрати малі.

Рис.2.2. Витратна енергетична характеристика конденсаційного турбоагрегату з дросельним регулюванням

2.Кривизна (опуклість) характеристики незначна.

Використання в практичних розрахунках криволінійних характеристик вельми складно, тому їх замінюють прямолінійними, тобто апроксимують прямою лінією. Зазвичай пряму проводять через крапки характеристики, відповідні навантаженням 50% і 100%.

Згідно випрямленій витратній характеристиці годинна витрата тепла:

,

де- годинна витрата тепла на холостий хід агрегату (коли навантаження рівне нулю), ГДж/год, Гкал/год. Є зважаючи на умовний, такий, що виходить в результаті випрямлення характеристики годинна витрата тепла на холостий хід;

- відносний приріст витрати тепла, тобто відношення приросту витрати тепла до приросту навантаженняабо (для випрямленої характеристики) тангенс кута нахилу характеристики до осі абсцис, ГДж/(МВт•год), Гкал/(МВт•год)

;

Р - поточне електричне навантаження турбоагрегату, МВт.

Таким чином, при будь-якому навантаженні турбоагрегату годинна витрата тепла складається з постійного не залежного від навантаження витрати тепла на холостий хід і витрати навантаження тепла залежного від навантаження.

Клапанне регулювання

У крупних турбінах для зменшення втрат того, що дроселює застосовують клапанне регулювання, здійснюване послідовним відкриттям декількох клапанів: подача пари змінюється не безперервно, а ступінчасто. У точці включення кожного клапана відбувається стрибкоподібне збільшення відносного приросту витрати палива із-за зростання втрат того, що дроселює в клапані, що знов відкривається.

Скільки клапанів – стільки зламів витратної характеристики (рис.2.3).

Рис.2.3. Расходная энергетическая характеристика конденсационного турбоагрегата с клапаннымрегулированием

Обвідне регулювання

Для збільшення пропуску пари через проточну частину турбін великої потужності застосовується обвідне регулювання, яке здійснюється додатковим обвідним клапаном, що забезпечує додаткову подачу пари при великих навантаженнях генератора в обвід перших ступенів турбіни безпосередньо в один з проміжних ступенів. В цьому випадку витратна характеристика є поєднанням двох опуклих кривих, з яких остання має більший кут нахилу (рис.2.4), де:

- електричне навантаження турбоагрегату в точці зламу характеристики;

- витрата тепла в точці зламу характеристики;

- номінальне електричне навантаження турбоагрегату;

- витрата тепла при номінальному навантаженні турбоагрегату.

При обвідному регулюванні в результаті шматково-лінійної апроксимації годинна витрата тепла на турбіну:

;

де - відносні прирости витрати теплоти турбоагрегату в зоні до і після точки зламу характеристики, ГДж/(Мвт•год). Це тангенси кута нахилу характеристики до осі абсцис.

Рис.2.4 - Витратна енергетична характеристика конденсаційного турбоагрегату з обвідним регулюванням

Параметри апроксимованої характеристики є величинами постійними для даного стану агрегату. Вони або відомі за даними заводу-виготівника, або визначаються проведенням відповідних випробувань.

Диференціальна енергетична характеристика конденсаційного турбоагрегату з обвідним регулюванням

Диференціальна характеристика теплового турбоагрегату – це характеристика відносних приростів витрати теплоти (первинній енергії), що показує наскільки приростає витрата теплової енергії при збільшенні навантаження на одиницю.

Відносні прирости витрати теплоти характеризують економічність процесу перетворення теплової енергії в електричну в турбоагрегаті:

.

Чисельно.

Розрахунокидля апроксимованої характеристики:

1. В точцізламу:

.

2. В точціномінальноїпотужності:

.

Отже,характеристика відносних приростів витрати теплоти турбоагрегатомявляє собою ступенчастийграфік (рис.2.5).

Рис.2.5. Характеристика відносних приростів витрати теплоти конденсаційного агрегату з обвідним регулюванням