Энергетическая характеристика турбоагрегатов

На современных тепловых электростанциях используются конденсационные турбины (тип К) и теплофикационные - с одним регулируем отбором пара (тип Т), с двумя регулируемыми отборами пара для отопления и промышленного потребления (тип ПТ) и противодавленческие (тип Р).

Процесс преобразования тепловой мощности, подводимой к турбине, в мощность механическую сопровождается потерями: собственными (от охлаждения турбины, на трение опорных трущихся частей ротора турбины) и потерями термодинамического цикла. Энергетическую характеристику турбины получают в виде расходной весовой D = f(Р_е) или расходной тепловой Q=f(Р_е) характеристик. Принципиальный вид характеристик конденсационных и противодавленческих турбин показан на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Расходные энергетические характеристики турбоагрегатов с дроссельным (1) и сопловым (2) регулированием

Энергетические характеристики турбин представляют собой плавные с изломом кривые, обращенные выпуклостью вверх. При отношении конечного давления пара р_к к начальному р₀ равному или больше 0.1, характеристики тепловых турбин мало отличаются от прямолинейных. В то же время энергетическая характеристика генератора является вогнутой кривой, поскольку переменная составляющая потерь в генераторе пропорциональна квадрату силы тока. Противоположность кривизны характеристик турбины и генератора приводит к тому, что энергетическая характеристика турбогенератора (как оборудования состоящего из турбины и генератора) еще более приближается к линейной, особенно в области высоких и средних нагрузок. Это позволяет, с достаточной для практики степенью точности, заменить криволинейные характеристики прямыми, проходящими через точку полной и 50%-ной мощности (см. рис. 6.3). При этом аналитическое выражение энергетической характеристики турбоагрегата приобретает вид

(6.1)

где (Q_а — тепло, подведенное для выработки электроэнергии; Q_хx — расход холостого хода; d и d' – частичный удельный расход тепла для выработки электроэнергии до точки экономической мощности и в зоне перегрузки; N_е и N_{е эк} – нагрузка агрегата и его экономическая мощность.

Для чисто конденсационного турбоагрегата выражение (6.1) дает зависимость Q_а = f(N_е). Однако для противодавленческого агрегата в подведенную энергию Q_а включено и тепло, отобранное из противодавления для удовлетворения тепловых потребителей Q_о. Исключив эту составляющую из подведенного к турбине тепла, получим собственно энергетическую характеристику турбины с противодавлением как зависимость тепла, подведенного для получения электрической мощности; от нагрузки турбины (рис. 6.4)

, (6.2)

где Q_хxэ – составляющая расхода холостого хода, приходящаяся на выработку электрической энергии; d_т — частичный удельный расход тепла на выработку электроэнергии по теплофикационному циклу.

Из выражения (6.2) можно получить зависимость электрической нагрузки турбоагрегата Ре от отбираемого тепла Q_о. Действительно,

(6.3)

откуда

где Q_хxт – составляющая расхода холостого хода, приходящаяся на отпускаемое тепло; g — частичная удельная выработка электроэнергии за счет тепла противодавления.

Таким образом, для противодавленческой турбины расход подведенной мощности есть функция количества тепла, отпущенного потребителю Q_о:

Теплофикационная турбина с одним отбором пара может быть представлена в виде сочетания конденсационной турбины и турбины с противодавлением. Для нее тепло, подведенное к турбоагрегату Q_а, определяется не только величиной электрической нагрузки N_е, но и величиной отбора тепла Q_о т. е. Q_а = f(N_е, Q_о). Энергетическая характеристика такой турбины имеет сложную форму (рис. 6.5,а), а ее анали­тическое выражение (при отсутствии перегрузочного участка) таково

(6.4)

где d_К и d_Т — частичный удельный расход тепла на выработку электроэнергии по конденсационному и теплофикацион­ному циклам; N_ек и N_ет – электрическая нагрузка турбоагрегата по конденсационному и теплофикационному циклам, причем N_ек + N_ет= N_е, а N_ет определяется по формуле (6.2).

Рис. 6.5. Расходная энергетическая характеристика турбоагрегата с отбором пара и конденсацией (а) и турбоагрегата с двумя отборами пара и конденсацией (б)

Энергетическая характеристика турбоагрегата с теплофикационной турбиной и двумя отборами пара еще более усложняется и на плоскости может быть представлена быть представлена лишь в виде номограммы (рис. 6.5,б). Для этого типа турбин расход подведенной мощности будет зависеть уже от трех параметров: электрической мощности N_е, величины отбора пониженного давления Q_о (теплофикационного) и повышенного давления Q_п (производственного), т. е. Q_а = f(N_е, Q_о , Q_п). Аналитическое выражение ее энергетической характеристики имеет вид

(6.5)