Енергетичні характеристики теплофікаційних турбоустановок
Кількість параметрів, що визначають теплову економічність теплофікаційного агрегату досить велика. Окрім витрати пари та теплового навантаження та електричної потужності, ними є: тиск у регульованих відборах, витрата мережної води, температура прямої та зворотної води, недогрів води в мережевих підігрівачах (СП), тиск у конденсаторі, початкові температура та тиск пари тощо . У загальному вигляді витратна характеристика теплоти в голову турбіни залежить від таких основних факторів:
Враховуючи, що ряд окремих параметрів не дуже великий, при побудові графічних характеристик (діаграм режимів) до них додатково прикладають кілька окремих графіків у вигляді поправок. В результаті кількість взаємопов'язаних величин, що розглядаються в діаграмі режимів, істотно скорочується і тоді Qту = f (Не, Qт, Pт, Dк) При цьому початкові параметри tо, Pо фіксуються.
Графічні характеристики теплофікаційних турбін будується для конкретного температурного графіка тепломережі, витрати мережної води та Dк. І тут Qт і Pт тобто. теплове навантаження і тиск у регульованому відборі пов'язані між собою через Gcв, tпр і tос і Qт.
Без спотворень можна на площині діаграми уявити лише функціонал, що має не більше трьох членів. Тому при поданні діаграми частина дійсних залежностей між параметрами може бути замінена на наближену залежність.
Для побудови показників всю турбіну умовно поділяють на передвідбірну частину і післядобірну. У цьому випадку частина низького тиску розглядається як конденсаційна турбіна з фіксованою витратою пари в конденсатор і заданим Рк. (Іноді витрати пари в конденсатор розраховують длякожного рівня тиску в регульованому відборі перед діафрагмою, відповідно до витратної характеристики діафрагми, але такі розрахунки більш складні і, як правило, менш точні, так як похибка визначення витрати пари в конденсатор досить велика).
Аналітична енергетична характеристика турбоагрегату з регульованими відборами пари представляє як залежність витрати тепла ( Qту ) від електричної потужності ( Nт ) і відпуску тепла з відборів турбін Qотб , і навіть тиску в регульованих відборах Ротб .
Нижче наводиться парова характеристика турбіни з одним регульованим відбором.
Витрата пари на турбіну з одним відбором, кг/год, виражається такою формулою:
Dкх-витрата пари при неодруженому ході турбіни без відбору, в конденсаційному режимі, кг/год;
rк— питомий приріст витрати пари при конденсаційному режимі, г/(кВт.год);
уТ- коефіцієнт недовироблення потужності парою відбору;
NЕ- електрична потужність турбоагрегату, кВт.
Для спрощення приймаємо, що економічна потужність збігається з максимальною (номінальною), тобто в області навантажень, аж до максимальної (номінальної) характеристика прямолінійна і не має зламів.
Основою енергетичної характеристики (діаграми режимів) турбоагрегату є дві граничні прямі, що характеризують режими роботи турбіни: чисто конденсаційний, коли Dт=0 і Do=Dкх +rкNE, аналогічно конденсаційної турбіни (нижня гранична пряма, рис.13.22) і режим.
Витрата пари на холостий хід при конденсаційному режимі:
Dкх = xкDкн. Відносний приріст у конденсаційному режимі (тангенс кута нахилу сітки прямих Dп=const):
rк=(Dкн-Dкх)/Nн. Відносний приріст у режимах зпостійною витратою пари в конденсатор (тангенс кута нахилу прямих):
rп=rк/(1-yТ). Витрата пари на холостий перебіг у режимі протитиску визначається з виразу:
Звідси видно, що при роботі в режимі протитиску, витрата пари на холостий хід значно більша, ніж у конденсаційному режимі.
Тоді верхня гранична крива для режиму роботи з протитиском з урахуванням рівняння (13.39) та наведених вище проміжних викладок описується наступним рівнянням:
, (13.40)
При роботі теплофікаційних турбін у режимі протитиску для забезпечення допустимого температурного режиму ЦНД необхідний вентиляційний пропуск пари в конденсатор. Мінімально-допустима (вентиляційна) витрата пари в ЧНД і конденсатор турбіни в першу чергу залежить від геометричних характеристик проточної частини ЦНД і від вакууму в конденсаторі і може в першому наближенні оцінений величиною:
По-друге, важливе значення має лінія Dк=Dкмакс, що відповідає максимальному пропуску пари в конденсатор турбіни.
Разом з тим характеристика режиму з протитиском перетинає вісь абсцис у тій точці Nx,що і конденсаційна характеристика (рис. 13.22).
Дійсно, при Dп=0 маємо:
При побудові характеристики турбіни з відбором пари припускаємо сталість величини уТ.
У цьому випадку характеристики турбіни при роботі із заданою величиною відбору рт = const розташовуються на діаграмі паралельно конденсаційній характеристиці, так якD0=DKЕ+yТDT,.
Лівою межею характеристикиDT=const служить лінія роботи з протитиском. Праворуч характеристики обмежуються вертикаллю номінальноюелектричної потужності NЕ=NK.Конфігурація верхньої частини діаграми режимів залежить від того, чи досягається номінальна електрична потужність при роботі з протитиском або гранична електрична потужність при роботі з протитиском менша за номінальну і обмежується найбільшим пропуском пари через турбіну.
Крім основної сітки ліній DT=const, велике значення для аналізу режимів роботи турбоустановок з відбором пари має сітка лінійDK=const.
ЛініїDK=const являють собою прямі, паралельні характеристиці протитиску Dт=Dо та розташовані нижче характеристики протитиску на величину вертикального відрізка:
Сітка прямих, укладена між прямими, що обмежують, дозволяє визначити режим роботи в якому знаходиться в даний момент турбоагрегат.
У загальному вигляді теплові характеристики турбоагрегатів з двома регульованими відборами пари можуть бути представлені у вигляді формули:
Формула для вираження потужності Nт для таких турбін має вигляд:
Nт = (13.42)
Qx - умовна витрата тепла на холостий перебіг;
Qотб - сумарне теплове навантаження відборів турбіни (Qотб = Qп +Qт)
qк , qт - відповідно питома витрата теплоти при роботі з конденсаційного та теплофікаційного режимів;
Qп і Qт - відповідно теплові навантаження виробничого та опалювального відбору;
Хп ,Хт - коефіцієнти теплових складових умовної витрати холостого ходу для режимів з відбором пари відповідних виробничому та опалювальному відбору;
yп, yт - питома розрахункова електрична потужність на тепловому споживанні опалювального та виробничого відборів;
N = Nтурб - загальна потужністьтурбоагрегатів
Nт - потужність, що розвивається на тепловому споживанні
Nx – умовна потужність холостого ходу.
Оскільки теплофікаційні турбоагрегати можуть працювати в трьох режимах, за тепловим графіком, електричним з частково відкритою діафрагмою і в конденсаційному режимі, то для кожного режиму необхідна своя характеристика.
Найбільш простими та зручними для використання останнім часом є енергетичні характеристики, розроблені ВНІПІЕнергопромом для низки сучасних теплофікаційних турбін та перетворені для розрахунків у системі СІ [13.9].
Вони містять вирази для Qту при роботі як за тепловим графіком навантаження (тільки при вентиляційному витраті пари в конденсатор), так і при роботі за електричним графіком, коли є відома і змінна витрата пари в ЦНД.
Енергетичні характеристики окремих агрегатів представлені у табл. 13.2.
Енергетичні характеристики сучасних теплофікаційних парових турбін