Анализ тепловых схем ПТУ

Затруднения при анализе тепловых схем паротурбинных установок, связаны с рядом объективных обстоятельств.

1. Необходимость учета взаимного влияния отдельных элементов тепловой схемы.

2. Необходимость оценки массовых и тепловых потоков во вспомогательных аппаратах и элементах на один-два порядка отличающихся от общих потоков пара и теплоты в основных агрегатах схемы – парогенераторе и турбине.

3. Возможное изменение процесса расширения пара в турбине вследствие больших изменений потоков пара и теплоты в отдельных элементах тепловой схемы вызывает изменение параметров всех регенеративных элементов схемы.

4. Затруднения, связанные с установлением требуемой точности расчета и возможностью её получения при применяемых счётных устройствах и при располагаемой точности определения параметров процесса расширения пара в турбине.

Возможны 2 варианта преодоления этих затруднений.

1. Путем упрощений и приближений при ориентировочных инженерно-технических расчетах.

2. Путём составления сложных систем уравнений, учитывающих динамическое взаимодействие агрегатов и аппаратов схемы.

Из-за сложности взаимодействий большого количества связанных параметров полного и подробного решения пока получить не удалось.

Но для подавляющего большинства инженерных задач допустима приближенная оценка решений с точностью до 3-5%. Это можно сделать путем некоторых упрощений и приближений.

Метод коэффициента ценности теплоты (1930г.) основывается на понятии относительной ценности теплоты в данном замкнутом цикле при условии поддержания постоянной мощности цикла и при изменениях расхода топлива в парогенераторе в результате отклонений расходов рабочего тела и тепловых потоков в любых точках и узлах тепловой схемы. Каждый тепловой поток в пределах параметров данной тепловой схемы имеет определённую удельную ценность, под которой понимается возможная относительная выработка мощности единицей теплоты этого потока в турбине по отношению к выработке острого пара. Наибольшую ценность имеет поток острого пара перед турбиной и в парогенераторе, его к-ент ценности, т.е. относительная выработка по сравнению с потоком рабочего тела с начальными параметрами пара Р0 и t0 равен

1:ξ0=1, где ξ0 - к-ент ценности потока острого пара.

Очевидно, что поток пара с параметрами, равными параметрам в конденсаторе, совершить дополнительную работу не может, поэтому коэффициент ценности этого потока ξк = 0.

Коэффициенты остальных промежуточных потоков пара лежат в пределах 0 ≤ ξ j ≤ 1. Любое возмущение в схеме, связанное с изменением количество теплоты, вызовет изменение расхода теплоты в парогенераторе при неизменной мощности установки на величину, пропорциональную коэффициенту ценности и количеству возмущающего потока. Например, подвод теплоты в установку со стороны ( возврат конденсата, использование ВЭР, отбор теплоты на нужды предприятия) вызывает изменение подвода теплоты в парогенераторе: ΔQпг = ξ Qвозм, где ΔQпг - изменение расхода на парогенераторе, Qвозм - возмущающее изменение в расходе теплоты в любой точке схемы, ξ – коэффициент ценности теплоты в точке схемы, где произошло возмущение.

При внесении в схему дополнительного теплового потока Qвозм будет уменьшаться расход теплоты в парогенераторе, т.е. уменьшен расход топлива. При отводе теплоты, наоборот, произойдет увеличение расхода теплоты и перерасход топлива. Мощность установки – неизменна.

Изменение расхода топлива:

ΔВпг = , (11.1)

где ΔВпг – изменение расхода топлива в парогенераторе; - низшая теплота сгорания топлива,

– к.п.д. нетто парогенератора в данном режиме.

Т.о., применение метода ценности теплоты позволяет любое изменение расхода теплоты в какой-либо точке схемы перевести в изменение расхода топлива в парогенераторе. Т.е. метод позволяет быстро определить изменение экономичности всей установки при изменении потока теплоты в любой точке схемы.

Формула Я.М.Рубинштейна (для коэффициента ценности теплоты):

ξ = у[1 + К(1 – у) ],

где у – к-ент недовыработки мощности паром отбора турбины; К – к-ент, зависящий от начальных параметров установки, состава и особенностей тепловой схемы.

К = , (11.2)

где – энтальпия жидкости при начальном давлении р перед турбиной; – энтальпия конденсата после конденсатора при давлении р ; – энтальпия острого пара перед стопорным клапаном турбины при Р0 и t0.

Для стандартных параметров и схем значения К приводятся в таблицах.

Часто необходимо определить изменение мощности при неизменном расходе теплоты на установке. Например, при сравнении схем парогазовых установок и других комбинированных схем. В этом случае требуется связать изменение расхода теплоты в какой-либо точке схемы с изменением мощности установки при условии постоянства расхода теплоты на турбину. Связь определяется формулой:

ΔN = е Qвозм, где е - коэффициент изменения мощности; ΔN – изменение мощности установки; Qвозм – возмущающее изменение в расходе теплоты в данной точке схемы.

При небольших изменениях теплоты и мощности способы их определения не должны влиять на изменения экономичности, поэтому прирост мощности должен быть пропорционален изменению расхода теплоты:

, (11.3)

следовательно,

. (11.4)

Отсюда следует, что

, (11.5)

т.е.

. (11.6)