75 группа 2 вариант / Тепломеханическое и вспомогательное оборудование ТЭС / Часть 1 / МУ

В режимах со сверхкритическими скоростями истечения па- ра из рабочей решетки последней ступени изменение давления в конденсаторе на параметрах пара перед последней ступенью не сказывается. Мощность всех ступеней турбины, кроме послед- ней, остается постоянной, а мощность турбины изменяется только за счет изменения окружной составляющей скорости вы- хода пара из рабочей решетки последней ступени. В таких усло- виях (в области ниже линии I на рис. 5.1) прямая зависимость между приращением теплоперепада и мощности нарушается. При очень высоком противодавлении (в области выше линии II на рис. 5.1) зависимость также имеет изгиб, объясняющийся снижением влияния режима последней ступени, на которой при высоких противодавлениях срабатывается очень малый тепло- вой перепад.

Порядок использования таких характеристик состоит в сле- дующем. Предположим, необходимо определить изменение вы- рабатываемой турбоагрегатом электрической мощности при по- стоянном расходе пара в конденсатор (в ЧНД) при переходе от режима «А» к режиму «Б». Для этого следует определить точки пересечения вертикалей, соответствующих значениям давления пара в конденсаторе для рассматриваемых режимов (Р2А и Р2Б) с линией постоянного заданного расхода пара в конденсатор (точки «А» и «Б» на рис. 5.1). Разность между ординатами точек «А» и «Б» в соответствующем масштабе представляет собой из- менение вырабатываемой электрической мощности. Учитывая, что при переходе от режима «А» к режиму «Б» в рассматривае- мом примере давление пара в конденсаторе уменьшилось, по- правка к мощности будет положительной, то есть электрическая мощность возрастет.

5.2.Понятия предельного и экономического вакуума

вконденсаторе паровой турбины

Уменьшение давления отработавшего пара в конденсаторе приводит к увеличению вырабатываемой турбоагрегатом элек- трической мощности. Однако эта зависимость неоднозначна:

81

существует два основных предела, ограничивающих минималь- ное давление пара в конденсаторе (максимальное значение ва- куума) – это предельный и экономический вакуум.

Понятие предельного вакуума связано с конструктивными и режимными характеристиками проточной части ЧНД, а имен- но – её последней ступени. При уменьшении давления пара в конденсаторе в некоторый момент достигается предельная про- пускная способность последней ступени ЧНД. Это выражается в том, что в выходном сечении этой ступени давление пара пере- стает изменяться ввиду исчерпания её расширительной способ- ности. При этом расширение пара от давления в выходном сече- нии рабочей решетки последней ступени до давления в конден- саторе протекает уже в выхлопном патрубке турбоагрегата, а вырабатываемая электрическая мощность остается неизменной.

Предельный вакуум в конденсаторе, при котором при прочих равных условиях достигается максимум вырабатываемой элек- трической мощности, обычно не является экономически выгод- ным. Уменьшение давления пара в конденсаторе заданной кон- струкции сопряжено с увеличением затрат электроэнергии на подачу дополнительного количества охлаждающей воды и, со- ответственно, на привод циркуляционных насосов. Рассмотрим пример (рис. 5.2). Пусть турбоагрегат работает с постоянным расходом пара в конденсатор Dк, температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t1в также неизменна. При мини- мальном значении расхода охлаждающей воды через конденса- тор W0 устанавливается некоторое значение абсолютного давле- ния пара в конденсаторе Рк0. Увеличение расхода охлаждающей воды (вплоть до максимально возможного значения Wmax) при- ведет к непрерывному уменьшению давления отработавшего пара (равному Рк min при расходе охлаждающей воды Wmax). При этом будет увеличиваться как вырабатываемая турбоагрегатом электрическая мощность Nт, так и затраты мощности на привод циркуляционных насосов Nн.

82

Полезный отпуск электрической мощности в сеть, рассчиты- ваемый как разность ∆N = (Nт – N н), имеет максимум (точка А), которому соответствуют некоторые оптимальные значения рас- хода охлаждающей воды Wопт и абсолютного давления пара в конденсаторе Рк.опт. Вакуум, соответствующий абсолютному давлению Рк.опт, называется экономическим (наивыгоднейшим). Значение Рк.опт больше, чем предельное давление пара в конден-

саторе Рк.пред (точка Б на рис. 5.2).

Существует также понятие номинального давления пара в конденсаторе и соответствующего ему номинального вакуума. Номинальное давление в конденсаторе – это давление, которое принимается при проектировании паротурбинной установки по результатам технико-экономического обоснования проекта с учетом затрат на топливо для производства тепловой и электри- ческой энергии, а также с учетом характеристики и особенно- стей используемой системы технического водоснабжения.

5.3. Основы расчета энергетических характеристик для поддержания режимов работы паровых турбин с экономическом вакуумом в конденсаторе

Учета при нормировании и поддержания при эксплуатации турбоагрегатов режимов работы с наивыгоднейшим вакуумом требуют руководящие документы, например «Методические указания по составлению и содержанию энергетических харак- теристик оборудования тепловых электростанций» [12], в п. 7.2.10 которых записано следующее: «Зависимость мощно- сти циркуляционных насосов устанавливается от оптимальных значений часовых расходов охлаждающей воды через конденса- торы турбоагрегатов, которые определяются с учетом экономи- ческого вакуума, производительности и числа работающих на- сосов и градирен (если они установлены), сопротивления систе- мы циркуляционных водоводов, необходимости увеличивать расход или включать дополнительные охладители при ограни- чении температур охлаждающей воды после конденсаторов при сливе ее в открытые водоемы».

84

Однако действующие руководящие документы не регламен- тируют методику определения характеристик наивыгоднейшего вакуума. Исторический обзор развития нормативно-технической документации позволяет заключить, что в середине ХХ века в энергетике СССР был разработан ряд документов, регламенти- рующих процедуру расчета режимов работы турбин с наивы- годнейшим вакуумом, а именно: «Методика определения режи- ма наивыгоднейшего вакуума в паротурбинных установках» [13]; «Руководящие указания по установлению и поддержанию режима наивыгоднейшего вакуума в паротурбинных установках» [14].

В указанных документах приведен алгоритм расчетного оп- ределения характеристики наивыгоднейшего вакуума с исполь- зованием энергетических характеристик оборудования.

Здесь остановимся на примере расчета характеристики наи- выгоднейшего вакуума с использованием энергетических харак- теристик оборудования для турбоустановки с индивидуальными циркуляционными насосами.

Требуется построить характеристику наивыгоднейшего ва- куума турбоустановки с турбиной Т-100/120-130 ТМЗ. В составе установки блочно работают два циркуляционных насоса. При одном работающем насосе расход циркуляционной воды со- ставляет W1 = 8 000 м3/ч, а мощность привода этого насоса – Nн1 = 870 кВт. При двух работающих насосах – соответственно

W2 = 16 000 м3/ч и Nн2 = 1 740 кВт.

Задача решается следующим образом:

1.Задаются несколько значений расхода пара в конденсатор; примем значения Dк = 50 т/ч, 150 т/ч и 250 т/ч.

2.Задаются несколько значений температуры воды на входе

вконденсатор; примем значения t1в = 5 оС, 15 оС, 30 оС.

3.Задаются возможные значения расхода охлаждающей во- ды – в нашем случае W = 8 000 м3/ч; 16 000 м3/ч.

4.Формируется расчетная таблица (табл. 5.1).

5.По энергетической характеристике конденсатора (рис. 5.3)

при каждом сочетании значений W, Dк и t1в определяется давле- ние пара в конденсаторе. Результаты заносятся в третий и чет- вертый столбцы таблицы (по образцу табл. 5.1).

85

Таблица 5.1. Расчет характеристики наивыгоднейшего вакуума

6.По энергетической характеристике поправки к мощности турбины на отклонение давления отработавшего пара в конден-

саторе (см. рис. 5.1) при каждом сочетании значений Dк и t1в оп- ределяется прирост мощности турбогенератора при переходе от W = 8000 м3/ч к W = 16000 м3/ч. Результаты заносятся в пятый столбец таблицы (по образцу табл. 5.1).

7.По данным табл. 5.1 выполняется построение промежу-

точного графика ∆Νт = ƒ(D к, t1в) для каждого из значений t1в = 5; 15; 25 оС (рис. 5.4).

8.На промежуточный график наносится горизонталь, соот- ветствующая приросту мощности на привод насосов при пере-

ходе от W = 8000 м3/ч к W = 16000 м3/ч (1740 – 870 = 870 кВт).

9.Точки пересечения графиков прироста мощности турбоге- нератора и мощности работающих насосов (точки А, Б и В

врассматриваемом примере) переносятся на характеристику наивыгоднейшего вакуума (рис. 5.5). Характеристика позволяет определить область эффективной работы одного либо двух цир- куляционных насосов.

86

87

Рис. 5.3. Энергетическая характеристика конденсатора паровой турбины Т-100/120-130 ТМЗ: Р2 – аб-

солютное давление отработавшего пара в конденсаторе; DЧНД = Dк – расход пара в часть низкого давления турбины (равный для данной турбины расходу пара в конденсатор); t1в – температура охлаждающей воды на входе в конденсатор; W – расход охлаждающей воды через конденсатор

87

Аналогично рассчитывается характеристика для трех и более циркуляционных насосов, работающих в блоке с турбоагрега- том, либо характеристика для осевых или диагональных насо- сов, оборудованных устройством разворота лопастей на ходу.

Отметим, что приведенный алгоритм расчета характеристик наивыгоднейшего вакуума дает приближенное решение задачи, поскольку в качестве управляющего параметра используется число работающих насосов, а не их реальные мощностные ха- рактеристики.

В современных условиях при использовании компьютеров целесообразно рассматриваемую задачу решать иначе, основы- ваясь непосредственно на определении понятия наивыгодней- шего вакуума.

Суть расчета сводится к следующему. Задаются значения расхода пара в конденсатор турбины Dк и температуры охлаж- дающей воды на входе в конденсатор t1в. Предположим, что при этих параметрах сначала организуется минимальный проток охлаждающей воды через конденсатор W min, на создание кото- рого расходуется электрическая мощность Nн (привод циркуля- ционных насосов). При этом в конденсаторе устанавливается некоторое давление рк, а турбогенератор развивает некоторую электрическую мощность Nт. Увеличение расхода воды через

конденсатор в тех же условиях до некоторого значения W' при- ведет к увеличению затрат мощности на привод циркуляцион-

ных насосов до значения Nн' . При этом давление пара в конден-

саторе изменится до р'к (пусть для определенности оно умень-

шится), а мощность турбогенератора – до значения N'т . Таким образом, прирост мощности турбогенератора составит

(N'т − Nт ) , а увеличение затрат мощности на привод циркуля-

ционных насосов (Nн' − Nн ) . В этом случае суммарный выиг-

рыш в мощности для системы определится как

89

(N'т − Nт )−(Nн' − Nн ) . Исходя из определения понятия «наи-

выгоднейший вакуум», наивыгоднейшим вакуумом будет счи- таться такой вакуум, при котором рассматриваемая разность будет иметь максимальное значение.

В этом случае для выполнения расчетов кроме энергетиче- ских характеристик конденсатора и поправки к мощности тур- бины на отклонение давления отработавшего пара в конденса- торе, использованных нами в предыдущем примере, понадобит- ся энергетическая характеристика затрат мощности на привод циркуляционных насосов в виде зависимости мощности приво- да Nн от расхода охлаждающей воды через конденсатор W.

Пример результатов расчета одного из режимов (при посто- янных значениях Dк и t1в) показан на рис. 5.6. В данном случае в составе конденсационной установки работают три циркуляци- онных насоса. Зависимость затрат мощности на их привод Nн от расхода охлаждающей воды W представлена энергетической характеристикой, три участка которой соответствуют одновре- менной работе одного, двух и трех насосов.

Прирост мощности турбогенератора Nт в зависимости от рас- хода охлаждающей воды W определяется, как показано в рас- смотренном примере, по энергетическим характеристикам кон- денсатора турбины и характеристике поправки к мощности тур- бины на отклонение давления отработавшего пара в конденса- торе. Разность ∆N = (Nт – Nн) при каждом значении W имеет максимум, соответствующий режиму работу турбоустановки с экономическим вакуумом (на рисунке обозначен точкой «оп- тимум»).

90