7571

11

Здесь: пг – КПД парогенератора;

г – КПД электрического генератора;

ηмт – механический КПД турбины.

2. ДИАГРАММА РЕЖИМОВ

Основной характеристикой теплофикационной турбины является диа-

грамма режимов, представляющая графическую зависимость мощности турбины от расхода пара, поступающего в конденсатор и в отбор. Из диа-

граммы режимов можно определить расход свежего пара, количество пара,

поступающего в отбор или конденсатор при заданной мощности турбины.

Уравнение мощности турбины с отбором пара имеет вид:

Уравнение (2.1) позволяет определить мощность турбины для любых расходов пара Gк и Gот. Изменяя попеременно в этом уравнении Gк и Gот

можно найти зависимость Nэ от Gк при Gот = const или от Gот при Gк = const

и построить, таким образом, диаграмму режимов турбины с одним регули-

руемым отбором пара. С достаточной точностью можно считать, что Nэ

линейно зависит от Gк и Gот. В действительности зависимость Nэ = (Gк,

Gот) определяется типом системы парораспределения и характером изме-

12

нения относительного внутреннего КПД ηoi от расхода пара Gк и Gот.

На диаграмме режимов наносят следующие линии.

1. Линия конденсационного режима.

Режим турбины, когда весь пар проходит через части высокого давле-

ния (ЧВД) и низкого давления (ЧНД) и направляется в конденсатор, назы-

вают конденсационным. В этом случае пар в отопительный отбор не по-

ступает, т.е. Gот = 0.

Уравнение (2.1) для этого режима имеет вид:

мощности Nэн и действительном теплоперепаде в турбине Нд определяется расчетом из уравнения (2.2). Откладывая на оси абсцисс Nэн, а на оси ор-

динат Gкmax, получим точку «К», (см. рис. 3).

При известном максимальном расходе свежего пара Gоmax (см. таблицу

2 приложения) турбина будет развивать максимальную электрическую мощность Nэmax . Линия m – r определяет максимальный пропуск пара че-

рез турбину.

Определим потерю энергии холостого хода турбоагрегата по уравне-

нию:

где Nэхх – мощность холостого хода (при n = 3000 об/мин).

Откладывая Nэхх от точки 0 влево, получим точку 01, условно опреде-

ляющую состояние неподвижной турбины перед пуском. При условии ли-

нейной зависимости Nэ = (Gк) проведенная прямая 01 – К есть искомая

13

линия конденсационного режима турбины. Отрезок Gкхх определяет расход пара на холостой ход турбины в этом режиме.

2. Линия противодавления.

В режиме противодавления весь пар проходит только через часть вы-

сокого давления (ЧВД) и направляется в отбор для подогрева сетевой воды в бойлере. В часть низкого давления (ЧНД) турбины и конденсатор пар не поступает, т.е. Gк = 0.

Уравнение (2.1) примет вид:

При расходе пара в отбор, равном максимальному расходу пара в тур-

бину Gот = Gоmax, мощность турбины будет максимальной.

Прямая, проходящая через точки 01 и r, дает приближенную зависимость мощности от расхода пара в том случае, если весь пар из ЧВД турбины по-

ступает в отбор. Отрезок Gотхх определяет расход пара на холостой ход на режиме с отбором пара при нулевом расходе в конденсаторе, Gк = 0.

Линия 01 – r представляет лишь теоретический интерес т.к. указанный режим недопустим для турбины: в любом случае через ЧНД необходимо пропускать некоторое минимальное количество пара для отвода теплоты трения, возникающего в ЧНД при вращении ротора турбины.

Из этих соображений минимальный пропуск пара Gкmin через ЧНД должен быть не менее 5-10% от Gкmax.

3. Линия постоянных минимальных расходов пара в конденсатор

Gкmin = const.

14

В действительных режимах работы при минимальном расходе пара в конденсатор Gкmin , расход пара в отбор может изменяться от нуля до Gот =

Gоmax-Gкmin . Уравнение (2.1), в этом случае, имеет вид:

в конденсатор Gкmin точкой К0, лежащей на прямой 01 – К, (рис. 3).

Ранее было установлено, что изменение Nэ в зависимости от Gот опре-

деляется линией 01 – r, следовательно, линия К0 – r0, проведенная парал-

лельно линии 01 – r, будет удовлетворять уравнению (2.6) при Gкmin = const.

4. Линии постоянных отборов Gот = const.

Для построения линий постоянных отборов можно использовать урав-

нение (2.1), в котором принимается фиксированный постоянный расход пара в отбор Gот = const, при минимальном расходе пара в конденсатор,

Gкmin . Тогда:

Можно, например, принять фиксированные расходы пара в отбор рав-

ными:

Отложим эти величины от точки К0, определяющей минимальный расход пара в конденсатор, на линии К0 – r0. Получим соответствующие точки I, II, III, IV, V. На оси абсцисс можно определить мощность турби-

15

ны, развиваемую на клеммах генератора при минимальном расходе пара в

конденсатор и соответствующей величине расхода пара в отбор: NэоI , NэоII ,

NэоIII, NэоIV , NэоV .

Линии, проведенные из точек I, II, III, IV и V параллельно линии

01 – К, есть искомые линии постоянных отборов пара Gот = const.

5. Линии постоянных расходов пара в конденсатор Gк = const.

Для построения линий постоянных расходов пара в конденсатор мож-

но также использовать уравнение (2.1), в котором принимается фиксиро-

ванный постоянный расход пара в конденсатор Gк = const, при нулевом расходе пара в отбор Gот = 0:

Отложим эти величины на линии 01 – К и получим соответствующие точки 1, 2, 3, 4, 5.

На оси абсцисс можно определить мощность турбины, развиваемую

на клеммах генератора при соответствующей величине расхода пара в конденсатор: N1эк, Nэк2 , Nэк3 , Nэк4 , Nэк5 .

Линии, проведенные из точек 1, 2, 3, 4 и 5 параллельно линии К0 – r0,

есть искомые линии постоянных расходов пара в конденсатор Gк = const.

Линии Gк = const и Gот = const в диапазоне мощностей Nэн Nэ Nэmax

проведены пунктиром, т.к. мощность Nэ в этой области достигается за счет увеличения давления пара в отборе рот и расхода пара в отбор Gот выше номинальных значений.

16

Рис. 3 – Диаграмма режимов турбины Т-25-90

17

3. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛОФИКАЦИОННОГО ЦИКЛА

Рассмотрим энергетическую эффективность теплофикационного цик-

ла для идеальной паротурбинной установки с одним отбором пара. В Т, s –

диаграмме цикл показан на рис. 4. При выработке турбиной только меха-

нической энергии весь пар расширяется до давления в конденсаторе (точка

2) (в идеальном цикле температура T3 в точке 2 равна температуре окру-

жающей среды). Преобразованная в механическую энергию теплота изме-

ряется площадью 3 -5-6-1-2-3 , а теплота, отданная в окружающую среду,

площадью 3 -2-7-9-3 . Для возможности осуществления комбинированной выработки электроэнергии и теплоты, теплота должна отпускаться потре-

бителю с температурой, превышающей температуру окружающей среды,

например, с температурой T3 . Только в этом случае она может быть ис-

пользована потребителем.

Для этой цели в теплофикационных турбинах в специальных отсеках после части высокого давления отбирается часть пара с соответствующими параметрами для подогрева в теплообменном аппарате (бойлере) сетевой воды, циркулирующей в системе отопления.

Другая часть пара может поступать в часть низкого давления и кон-

денсатор турбины, дополнительно вырабатывая механическую энергию,

превращаемую затем в электрическую.

С целью упрощения изложения материала, рассмотрим в диаграмме только ту часть цикла, в которой вырабатывается теплота: площадь 3 -5-6- 1-1 -3 . В этом случае уменьшается удельная выработка механической энергии м единицей массы рабочего тела. Это видно из Т, s – диаграммы:

площадь 3 -5-6-1-1 -3 меньше площади 3 -5-6-1-2-3 . Но в этом случае те-

плота отработанного в турбине пара (площадь 3 -1 -7-8-3 ) не теряется в

18

окружающую среду, а используется тепловыми потребителями. Благодаря этому, отпадает потребность в отдельных котельных установках, что соз-

дает экономию соответствующего количества топлива.

Рис. 4 –Диаграмма T-S теплофикационного цикла

Экономия топлива, которую дает комбинированная выработка тепло-

ты и электроэнергии по сравнению с их раздельной выработкой, при усло-

вии получения потребителями в обоих случаях одинаковых количеств электричества и теплоты, равна:

Вэк = (Вкэс + Вкот) – Втэц, (3.1)

где Вкэс – расход топлива на конденсационной электростанции при раз-

дельной выработке электроэнергии и теплоты;

Вкот – расход топлива в котельных установках при раздельной выра-

ботке электроэнергии и теплоты;

Втэц – полный расход топлива на ТЭЦ при комбинированной выработ-

ке электроэнергии и теплоты.

19

Формула (3.1) справедлива для теплофикационного цикла любых ТЭЦ

(паротурбинных, парогазовых, газовых, атомных и др.) и является исход-

ной для любого метода расчета экономии топлива.

Расход топлива в теплофикационном цикле на ТЭЦ будет больше, чем при чисто конденсационном режиме на КЭС, т.к. в первом случае в элек-

троэнергию переходит меньшая доля теплоты, затраченной на производст-

во 1 кг пара.

Однако это увеличение расхода топлива на ТЭЦ (Втэц) за счет выра-

ботки не только электрической энергии, и теплоты, меньше расхода топли-

ва в отдельной котельной

Так, в случае раздельной схемы теплоэлектроснабжения для выработ-

ки на КЭС такого же количества электроэнергии, как и на ТЭЦ, потребует-

ся расход теплоты:

где Эт – количество электроэнергии, выработанной ЧВД турбины на ТЭЦ с отбором пара (соответствует площади 3 -5-6-1-1 -3 на рис. 4); ηtк – тер-

мический КПД идеального цикла КЭС.

Если при выработке электроэнергии на ТЭЦ в количестве Эт внешне-

му потребителю отпускается Qвп теплоты, эквивалентной площади 3 -1 -7- 8-3 , то расход теплоты сгорания топлива в идеальной котельной (с КПД

t = 1) составит:

Подставляя уравнения (3.3), (3.4) и (3.5) в уравнение (3.1) и учитывая,

20

Удельная экономия теплоты на единицу отпущенной теплоты равна:

где Эт – удельная выработка электроэнергии на единицу отпущенной теп-

лоты в идеальном цикле с отбором пара.

Значение Эт в идеальном цикле с отбором определяется отношением разностей энтальпий.

где h1 – энтальпия пара перед турбиной; h1 – энтальпия пара, идущего в отбор; h3 – энтальпия конденсата, поступающего из бойлера.

Значение термического КПД цикла КЭС определяется выражением:

где h2 – энтальпия пара, идущего в конденсатор; h3 – энтальпия конден-

сата, поступающего из конденсатора турбины.

Из формулы (3.7) видно, что в идеальной установке удельная эконо-

мия топлива прямо пропорциональна удельной выработке электроэнергии

Эт . При этом она тем больше, чем ниже термический КПД ηtк . Количест-

во электроэнергии, вырабатываемой в реальном цикле паром, идущим в отбор турбины с расходом Gот, составит: