Энергетические характеристики турбоагрегатов

Номинальная (максимальная длительная) мощность турбоагрегата N_ном - мощность, которую развивает турбина при длительной работе (паспортная характеристика).

N_эк - мощность, при которой обеспечивается работа с максимальным КПД.

Для конденсационных турбин:

N_ном= N_эк

Для остальных:

N_ном>N_эк (на 10÷20%).

При N_эк : режим - стационарный, расход пара - нормальный, параметры - расчетные.

Максимальная перегрузочная мощность - наибольшая возможная мощность, при которой может работать турбина в течение определенного заводом-изготовителем времени.

D, Q, B, η= f(N_э) - энергетические характеристики турбоагрегата.

D= f(N_э) - паровая характеристика:

D_х - расход пара на холостой ход турбины

1

Теоретическая характеристика

- удельный (относительный) прирост расхода пара (тангенс угла наклона паровой характеристики).

- удельный номинальный расход пара

- коэффициент нагрузки

При отсутствии потерь в турбине (х=0) удельный расход пара во всех режимах равен номинальному.

Удельный расход пара при росте нагрузки растет.

2

при начале координат в точке 1:

при начале координат в точке 2:

- относительный (удельный) прирост расхода пара.

Тепловая характеристика

- топливная характеристика.

Для турбины К-300:

- годовое число часов использования мощности.

Графическая зависимость между мощностью турбины, расходом пара на турбину и расходами пара в отборы - диаграмма режимов.

- расход пара в конденсационном режиме при выключенном отборе.

- для одного отбора

- удельный прирост расхода пара при выключенном отборе

- расход пара на холостом ходу

Пусть

- мощность потерь в режиме холостого хода, которые необходимо преодолевать.

1:

2:

- чисто конденсационный режим турбины

max - с противодавлением

относительный прирост расхода пара с отбором

min

max

- сетка характеристик турбины с разными отборами

- расход пара в конденсатор

Турбины с двумя отборами

Верхний регулируемый отбор - производственный;

нижний- теплофикационный.

Диаграмма - зависимость между

- недовыработка электроэнергии отбором. Чтобы ее учесть, делают построение в нижней части диаграммы.

Тепловая схема ТЭС

Тепловая схема ТЭС - условное изображение взаимного расположения агрегатов и аппаратов станции, участвующих в технологическом процессе выработки тепловой и электрической энергии.

Различают принципиальную и полную тепловую схему.

Разработка полной тепловой схемы - суть проектирования ТЭС.

Этапы разработки:

1) определение типа (КЭС, ТЭЦ) и мощности станции как энергетической установки, предназначенной для покрытия потребности в тепловой и электрической энергии определенного района (населенного пункта, предприятия);

2) выбор цикла и начальных параметров;

3) выбор типа, количества, единичной мощности турбоагрегатов или блоков; выбор типа, количества, единичной мощности котельных агрегатов (если станция не блочная);

4) разработка и составление принципиальной тепловой схемы;

5) расчет принципиальной тепловой схемы;

6) выбор вспомогательного оборудования;

7) составление полной тепловой схемы станции со схемами всех трубопроводов пара, питательной воды и вспомогательными трубопроводами.

1. Определение типа (КЭС, ТЭЦ) и мощности станции как энергетической установки, предназначенной для покрытия потребности в тепловой и электрической энергии определенного района (населенного пункта, предприятия)

Необходимо учитывать следующие особенности: рабочая мощность станции должна покрывать максимальную нагрузку потребителей, собственные нужды и потери в сети.

Установленная мощность станции

N_ав – мощность, обеспечивающая покрытие нагрузки при аварийном выходе из строя энергоблоков.

N_рем – мощность ремонтного резерва.

Холодный резерв - агрегаты на станции, которые не выдают полезной нагрузки в сеть, но находятся в прогретом состоянии (через турбину идет пар).

Горячий (вращающийся) резерв - недозагрузка агрегатов, т.е. есть возможность поднять мощность полной загрузкой.

2. Выбор цикла и начальных параметров

3. Выбор типа, количества, единичной мощности турбоагрегатов или блоков

Выбор основного оборудования определяется тепловой схемой станции – блочный вариант или с поперечными связями.

Для блочных КЭС выбор основного оборудования сводится к выбору стандартных энергоблоков.

Единичная мощность вводимых энергоблоков не должна превышать аварийную мощность системы.

=10%

ТЭС строятся очередями, причём мощность блока на каждой очереди одинакова.

Для не блочных ТЭС выбор котлов и турбин производится отдельно. При этом каждая турбина снабжается паром из одного или двух паровых котлов. установка одного парового котла в секции экономичнее, однако может потребовать для обеспечения надёжного теплоснабжения применения резервных паровых котлов низкого давления.

Целесообразна установка на данной ТЭЦ одинаковых паровых котлов. Отсюда следует, что на ТЭЦ с секционной или блочной схемой расход пара на разные теплофикационные турбины должен быть одинаковый. Таким образом, теплофикационные турбины данных параметров пара нужно унифицировать по расходу пара на них.

4. Разработка и составление принципиальной тепловой схемы

Принципиальная тепловая схема отражает:

1) все этапы преобразования энергии, выделившейся при сжигании топлива, в тепловую и электроэнергию.

2) показывает взаимную связь основных элементов станции;

3) отражает все основное и вспомогательное оборудование (от котла до турбины), а также оборудование для отпуска тепла внешним потребителям.

На схеме отмечаются параметры, расходы и направления потоков теплоносителей в основных узлах и элементах схемы.

При разработке принципиальной тепловой схемы решаются следующие задачи:

· регенеративный подогрев питательной воды до оптимальной температуры на основании технико-экономических расчетов;

· удаление газов из потоков питательной, сетевой, добавочной воды;

· восполнение потерь теплоносителей в основном цикле паротурбинной установки и вспомогательных устройствах;

· выбор вида параметров и оптимальной схемы отпуска тепла внешним потребителям;

· рациональное использование внешних потоков пара и дренажей в тепловой станции;

· рациональное использование вторичных энергоресурсов промышленного предприятия в тепловой схеме станции.

5. Расчет принципиальной тепловой схемы

Задача расчета - в определении расходов, параметров и направлений рабочего тела во всех аппаратах тепловой схемы; в определении показателей тепловой экономичности и расхода пара на турбину.

Методы расчета:

1) составление системы балансных уравнений для всех элементов схемы;

2) метод последовательных приближений: по аналитическим выражениям или диаграммам оценивается расход пара на турбину и определяется точно по расхождению → задаются снова.

Последовательность расчета:

1) построение процесса расширения пара в турбине для определения энтальпий пара в точках отбора пара;

2) оценка расхода пара на турбину по Nэ, Qот, Qпр. Оценку предпочтительнее делать по диаграмме режимов. Можно по формуле:

- коэффициент регенерации; учитывает увеличение расхода пара на турбину для обеспечения той же самой электрической мощности (1,15÷1,25).

Оценка делается для максимального (минимального) зимнего и летнего периодов.

3) Составление уравнений тепловых балансов для отдельных элементов схемы (начиная с последнего ПВД, затем ПВД по ходу слива дренажей, ПНД, деаэратор). Искомые величины - расходы греющего пара.

При расчетах элементов учитывают потери в окружающую среду (1-2%) и потери давления в трубопроводах пара (7-12%).

4) Проверка принятого расхода пара

, если расхождение больше 1%, то определяют величину расчетной электрической нагрузки:

- срабатываемый в турбине теплоперепад потоком пара, идущим в отопительный отбор.

5) Показатели тепловой экономичности станции.

Методы расчета (упрощенные для инженерных расчетов)

1. С использованием коэффициента ценности теплоты. Метод основан на использовании понятия относительной ценности теплоты в данном цикле при неизменной мощности паротурбинной установки.

Дает возможность определить изменение расхода теплоты, отпускаемой на турбоустановку, а значит изменение расхода топлива в ПГ, в результате отклонений расходов и параметров теплоносителей в любой точке тепловой схемы.

Считается, что каждый поток теплоты в любой точке тепловой схемы имеет определенную ценность, под которой подразумевается возможная относительная выработка мощности единицей теплоты этого потока по отношению к выработке мощности острым паром.

- ценность теплоты на входе острого пара

- на выходе из турбины

0<ξ<1 - в любой точке

Любое тепловое возмущение Q_возм вызывает изменение расхода теплоты на паротурбинную установку:

у - коэффициент недовыработки электрической энергии потоком пара в точке, в которой рассматриваем возмущение;

k - коэффициент, который зависит от параметров паротурбинной установки.

- энтальпия воды в состоянии насыщения при давлении в ПГ;

- энтальпия конденсата;

- энтальпия пара.

2. Метод с использованием коэффициента изменения мощности (е)

6, 7. Выбор основного и вспомогательного оборудования

8. Составление полной (развернутой) тепловой схемы

Она включает все тепловое оборудование (как основное, так и резервное),трубопроводы всех видов, соединяющие все элементы станции, всю запорную и регулирующую арматуру.

Задачи:

1. выбор схемы главных трубопроводов, их диаметра и количества параллельных линий, расстановка на них запорной и регулирующей арматур (паропроводы от ПК до турбины, паропроводы регенеративных отборов от турбины до регенеративных подогревателей и до внешних потребителей, трубопровод питательной воды от деаэратора до питательного насоса и ПК);

2. выбор схемы вспомогательных трубопроводов (все дренажные, продувочные, трубопроводы добавочной воды, обратной сетевой воды, циркуляционной воды)

3. выбор пусковых схем и трубопроводов, позволяющих обеспечить пуск паротурбинной установки из холодного состояния.

Требования к главным трубопроводам:

1. Должны обеспечить бесперебойную и безопасную для персонала передачу рабочего тела (пар, питательная вода, конденсат) между отдельными элементами станции. Должны отвечать ГОСТам и соответствовать правилам устройства и безопасной эксплуатации тепловых станций (Ростехнадзор).

2. Трубопроводы должны обеспечивать быстрое переключение оборудования при изменениях режимов и внештатных ситуациях.

3. Системы трубопроводов станции должны быть простыми и требовать минимальных затрат на сооружение.

4. Потери давления и теплоты в трубопроводах при передаче рабочего тела должны быть экономически оправданы.

5. Трубопроводы должны иметь возможность расширяться при нагреве, иметь соответствующую маркировку и окраску.

6. Трубопроводы должны оборудоваться дренажными устройствами для удаления конденсата при пуске для предотвращения гидроударов и должны оборудоваться устройствами для спуска воздуха при снижении оборотов.