Энергетические характеристики конденсационных турбоагрегатов типа «К».

Простейшую конфигурацию среди энергетических характеристик турбоагрегатов различных типов имеют характеристики конденсационных турбоагрегатов с дроссельным регулированием.

Принципиальная тепловая схема такого турбоагрегата имеет вид (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Принципиальная схема конденсационного турбоагрегата

с дроссельным регулированием.

где

П – парогенератор; Т – турбина; Г – генератор;

К – конденсатор; ПН – питательный насос, Д – дроссель.

 

Ранее было сказано, что основой построения энергетической характеристики является энергобаланс турбоагрегата.

Рассмотрим схему энергобаланса конденсационного турбоагрегата (рис. 1.9):

Полезное тепло на производство электроэнергии определяется по следующей формуле, Гкал

 

(1.16)

где

– тепловой эквивалент, Гкал/МВт;

– нагрузка турбоагрегата, МВт.

Из схемы энергобаланса следует, что в общей величине потерь тепла потери в конденсаторе турбоагрегата составляют до 80%.

Рис. 1.9. Схема энергобаланса конденсационного агрегата.

(проценты потерь на схеме приняты как средние значения).

где

– полезное тепло на производство электроэнергии;

– потери в окружающую среду;

– механические потери тепла;

– электрические потери, в том числе:

– постоянные электрические потери,

– переменные электрические потери;

– конденсационные потери, в том числе:

– постоянные конденсационные потери,

– переменные конденсационные потери,

– часовой расход тепла на производство электроэнергии,

– подведенное тепло.

 

График полезной энергии в зависимости от нагрузки турбоагрегата имеет следующий вид (рис. 1.10):

Потери тепла в окружающую среду и механические потери являются постоянными потерями (рис. 1.11).

Потери тепла в окружающую среду (рассеяние тепла) и механические (трение) достаточно малы и поэтому условно принимаются (ввиду трудности практического определения и расчета) первые равными 2%, а вторые равными 1% от номинальной нагрузки.

Электрические потери состоят из постоянных и переменных потерь (рис. 1.12).

Постоянные потери – потери намагничивания в статоре и роторе генератора, их также называют потерями в «стали».

Переменные потери – потери тепла в обмотках статора и ротора, их называют потерями в «меди».

Рис. 1.10. График зависимости полезной энергии от нагрузки .

Рис. 1.11. Графики зависимости потерь в окружающую среду

и механических потерь от нагрузки .

Переменная часть потерь в генераторе равна разности между мощностью на валу генератора (подведенная мощность) и мощностью на клеммах генератора (полезная мощность), Гкал/ч

 

(1.17)

где

– КПД генератора.

Аналитическое выражение общих электрических потерь в генераторе, Гкал/МВт∙ч.

(1.18)

где

– относительный прирост потерь тепла в генераторе.

Рис. 1.12. График зависимости постоянных электрических потерь , переменных электрических потерь и общих электрических потерь от нагрузки .

 

Общие конденсационные потери состоят из постоянных конденсационных потерь и переменных потерь (рис. 1.13).

Рис. 1.13. График зависимости постоянных конденсационных потерь , переменных конденсационных потерь и общих конденсационных потерь от нагрузки .

 

 

Аналитическое выражение общих потерь тепла в конденсаторе, Гкал/МВт∙ч.

 

(1.19)

где

– относительный прирост потерь тепла в конденсаторе.

Совместив на одном графике все постоянные потери, получаем в сумме, так называемые, потери холостого хода , которые возникают при нулевой нагрузке турбоагрегата и остаются неизменными на всем диапазоне нагрузок, Гкал/ч.

 

(1.20)

 

На рис. 1.14 показана зависимость потерь холостого хода от нагрузки .

Рис. 1.14. График зависимости потерь холостого хода от нагрузки .

Совмещая отдельные зависимости: график полезной энергии , а также графики потерь холостого хода , переменных электрических потерь , переменных конденсационных потерь получаем зависимость общего расхода тепла от нагрузки (рис. 1.15).

 

(1.21)

 

Из рис. 1.15 видно, что в точке а расход тепла турбоагрегатом равен и соответствует величине затрат тепла на покрытие потерь без нагрузки, то есть при холостом ходе турбоагрегата.

Значения пропорциональны нагрузке, например, в точке b определяется, кроме , тангенсом угла наклона прямой а – b к оси , или относительным приростом расхода тепла на единицу прироста нагрузки , а также величиной нагрузки , соответствующей точке с.

 

Рис. 1.15. График общего расхода тепла турбоагрегатом .

Относительный прирост расхода тепла – первая производная от расхода тепла по нагрузке; характеризует скорость возрастания расхода тепла при изменении нагрузки на единицу, Гкал/МВт·ч.

 

(1.22)

 

Таким образом, энергетическая характеристика конденсационного турбоагрегата с дроссельным регулированием выглядит следующим образом, Гкал/час:

(1.23)

 

Пример:

а) Энергетическая расходная характеристика турбоагрегата К-100-90:

Гкал/ч

б) Энергетическая расходная характеристика турбоагрегата К-200-130:

Гкал/ч

в) Энергетическая расходная характеристика турбоагрегата К-300-240:

Гкал/ч

 

В характеристике относительный прирост расхода тепла представляет собой сумму относительных приростов, Гкал/МВт·ч.

 

(1.24)

где

– относительный прирост потерь тепла с конденсацией;

– относительный прирост электрических потерь.

Если предположить, что потери равны нулю, то Гкал/МВт·ч

В основном, значение определяется двумя параметрами: постоянной величиной – 0,86 и значением , т. к. значение достаточно мало.

Значения относительного прироста расхода тепла лежат в достаточно узком диапазоне и зависят от конструктивных особенностей и типоразмеров турбоагрегатов.

В среднем они составляют Гкал/МВт·ч, при этом в структуре относительного прироста расхода тепла на сумму приходится Гкал/МВт·ч, а на Гкал/МВт·ч.

Таким образом, в любой точке энергетической характеристики турбоагрегата расход тепла при заданной нагрузке складывается из двух величин – постоянного расхода холостого хода и нагрузочного (переменного) расхода, возрастающего с ростом нагрузки и дополняющего расход холостого хода до полной величины часового расхода тепла на турбину, Гкал/ч.

 

(1.25)

 

Нагрузочный расход прямо пропорционален нагрузке и является произведением нагрузки и постоянного относительного прироста, Гкал/ч

 

(1.26)

 

Энергетическую характеристику можно представить виде функции , для этого исходную характеристику необходимо умножить на удельный расход топлива на единицу отпускаемого тепла – .

 

(1.27)

где

тут/Гкал

 

В результате расход топлива будет определяться по следующей формуле, тут/ч

(1.28)

где

– относительный прирост расхода топлива, тут/МВт∙ч.

Умножение этой характеристики на время в свою очередь позволяет получить расход топлива за определенный период времени, тут.

 

(1.29)

где

– электроэнергия, выработанная за время , МВт∙ч.

Зная удельный расход топлива на единицу отпускаемого тепла (тут/Гкал) и удельный расход тепла на единицу электроэнергии (Гкал/МВт∙ч), можно определить удельный расход топлива на выработанный МВт∙ч , тут/МВт∙ч

 

(1.30)

 

Для справки: при тут/МВт∙ч.

Для конденсационного турбоагрегата типа «К» с дроссельным регулированием важнейшим параметром работы является экономичность режимов, которая характеризуется несколькими показателями:

1. Удельный расход тепла на единицу электроэнергии , Гкал/МВт·ч

 

(1.31)

 

С ростом нагрузки влияние на величину удельного расхода снижается. Удельный расход тепла стремится к снижению до величины относительного прироста , но никогда его не достигает. Одновременно нагрузка не может превысить максимально допустимую по соображениям безаварийности работы турбоагрегата.

График зависимости удельного расхода тепла от нагрузки представляет собой гиперболу, а – ассимптоту этой гиперболы (рис. 1.16).

Наиболее экономичным режимом работы турбоагрегата является режим номинальной нагрузки, так как при этом удельный расход тепла имеет минимальное значение.

2. Коэффициент полезного действия турбоагрегата , %.

 

(1.32)

 

Рис. 1.16. График зависимости удельного расхода тепла от нагрузки .

 

График зависимости (рис. 1.17).

Кривая КПД является зеркальным отображением зависимости удельного расхода тепла от нагрузки .

 

Рис. 1.17. График зависимости от нагрузки .

Задача 1.

Энергетическая расходная характеристика конденсационного турбоагрегата К-50-90

Гкал/ч

 

Определить часовой расход тепла при нагрузке МВт.

Часовой расход тепла составляет: Гкал/час

Энергетическая характеристика дает возможность определить расход тепла за любой промежуток времени :

где

– электроэнергия, выработанная за время , МВт∙ч.

 

Определить расход тепла за сутки, =24.

Гкал/сут

 

Определить расход тепла за сутки при следующем графике нагрузки.

 

Гкал/сут

Задача 2.

Энергетическая расходная характеристика конденсационного турбоагрегата К-100-90

Гкал/ч

 

Средняя часовая нагрузка агрегата МВт.

Требуется определить общий и удельный расходы тепла на выработку электроэнергии, а также общий и удельный расходы условного топлива за сутки, при .

Общий расход тепла за сутки:

Гкал/сут.

Общий расход топлива за сутки:

тут.

Выработка электроэнергии за сутки:

МВт·ч.

Удельный расход тепла на выработку электроэнергии:

Гкал/МВт·ч.

 

Удельный расход условного топлива:

т у.т./ МВт·ч.