Паровая энергетическая характеристика турбоагрегатов

Основой для построения расходных характеристик турбоагрегатов являются их тепловые испытания, реже — заводские расчеты. При испытаниях обычно определяются расходы свежего пара Doна входе в турбину при различных электрических нагрузках. В процессе испытаний определяются также давление, температура и энтальпия свежего пара и питательной воды, а также давление в конденсаторе, что позволит перейти от значений расходов пара к единицам расходов тепла. При обработке материалов испытаний характеристики приводятся к номинальным условиям, в качестве которых обычно принимаются постоянные номинальные параметры свежего пара, пара отборов и постоянное давление в конденсаторе, фиксированная схема системы регенерации и режим ее работы (иногда вместо заданного давления в конденсаторе рассматриваются характеристики при постоянных расходе и температуре охлаждающей воды).

Тепловые расчеты, испытания и эксплуатационные данные показывают, что зависимость расхода пара D, от мощности турбоагрегата Nэ, с точностью, достаточной для ориентировочных тепловых и технико-экономических расчетов, можно принимать прямолинейной в широких пределах нагрузок турбоагрегата, от нулевой Nэ=0 до расчетной, экономической нагрузки Nэк (рис.7.1). Мощность Nэк условно называют экономической, а также нормальной мощностью, поскольку турбоагрегат должен в условиях эксплуатации работать с нагрузкой, близкой по возможности к экономической. Обычно эта мощность составляет 80-100% от номинальной мощности, расход пара в таком режиме составляет Dн.

Рис.7.1. Паровая характеристика конденсационного турбоагрегата.

При нулевой электрической мощности и полном числе оборотов свежий пар в количестве Dх расходуется на преодоление постоянных потерь холостого хода, состоящих из внутренних и механических потерь в турбине, механических и электрических потерь в генераторе. Относительная величина расхода пара на холостой ход турбоагрегата характеризуется коэффициентом холостого хода

. (7.1)

Коэффициент холостого хода зависит от соотношения начальных и конечных параметров рабочего процесса и от мощности турбоагрегата. Для современных, мощных конденсационных турбоагрегатов этот расход составляет 3-7% от номинального расхода пара Dном

Наклон основного прямолинейного участка характеристики определяется приростом расхода пара на единицу прироста нагрузки, величиной удельного прироста (относительного прироста) расхода пара:

. (7.2)

Удельный прирост расхода пара r является полезной частью расхода пара на выработку энергии.

Удельный прирост расхода пара r, коэффициент холостого хода х и удельный расход пара при нормальной нагрузке турбоагрегата dн связаны между собой соотношением:

. (7.3)

Расход пара на холостой ход турбоагрегата и относительный прирост имеют большее значение для оценки экономичности работы турбоагрегата и для рационального выбора режимов их эксплуатации. Зная характеристические величины — расход на холостой ход и относительный прирост пара для любой заданной нагрузки, можно определить часовой расход пара в голову турбоагрегата. Для нагрузок от нулевой до экономической расход пара на турбину определяют по формуле:

D = Dx + r ^. N =xDн+(1-x)dнN, ( 7.4 )

где N –текущая мощность в пределах от нулевой до Nэк.

Удельный расход пара выражается в зависимости от нагрузки уравнением:

. (7.5)

Удельный расход пара конденсационного турбоагрегата при изменении мощности от нулевой до экономической состоит из постоянной величины относительного прироста r и из переменной величины , зависящей от коэффициента загрузки и обусловленной постоянными потерями холостого хода. Эта зависимость гиперболическая. При снижении мощности удельный расход пара на турбоагрегат резко повышается, стремясь к бесконечности при нулевой электрической мощности (рис. 7.2). Гиперболический характер зависимости удельного расхода пара от нагрузки и стремление его к бесконечности при снижении нагрузки до нулевой определяется наличием постоянной потери холостого хода. В идеальном турбоагрегате без потерь холостого хода, для которого х=0, удельный расход пара величина постоянная и равная r=dн, т.е. удельному приросту, который в этом случае превращается в удельный расход пара при нормальной мощности.

Рис. 7.2. Характеристика удельных расходов пара.

В реальных условиях эксплуатации при увеличении нагрузки, величина удельного расхода пара уменьшается и стремится к величине относительного прироста r для области нагрузок не превышающей экономической.

Экономичность турбоагрегатов при малой нагрузке резко снижается. Режим работы агрегатов с малой нагрузкой допустим лишь как вынужденный и непродолжительный. В периоды прохождения провалов графиков нагрузки следует проверять целесообразность останова части агрегатов, вместо глубокого разгружения.

В области нагрузок выше экономической (для турбоагрегатов, имеющих излом в точке экономической мощности), характеристики также можно считать прямолинейными, но с большим наклоном, чем в основной ее части. Для области выше экономической точки выражение характеристики турбоагрегата имеет вид:

D = D_Х + r Nэк + r` (N - Nэк ), ( 7.6 )

где r` — относительный прирост для области выше точки экономической (нормальной мощности).

Уравнение (7.6) можно представить в виде:

D = Dx+ r N + ( r`- r ) ( N - Nэк ) ( 7.7 )

Это уравнение можно рассматривать как обобщающее, охватывающее всю область изменения нагрузки.