ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

РАЦИОНАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕЛЕ­НИЕ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ПАРАЛЛЕЛЬ­НО РАБОТАЮЩИМИ АГРЕГАТАМИ

Оптимальное распределение на­грузок между работающими агре­гатами оказывает большое влияние на общую экономичность турбинно­го цеха и станции в целом. Эта
проблема может, естественно, воз­никнуть при неполной загрузке аг­регатов, когда имеется возможность перераспределять электрическую или тепловую нагрузку между турбина­ми.

В состав основного оборудования электрической станции могут вхо­дить агрегаты различного типа и назначения. Кроме того, большое количество станций имеет установ­ки с различными начальными пара­метрами пара. В этих условиях ра­циональное распределение нагруз­ки между агрегатами и очередность их загрузки и разгрузки являются важным условием экономичной ра­боты турбинного цеха. Даже при наличии однотипного оборудования распределение нагрузок между тур­бинами не должно быть случайным, поскольку и здесь существует оп­тимальный способ распределения нагрузок.

Экономичное распределение на­грузки между работающими агрега­тами, обеспечивающее минималь­ный расход тепла, производится на основе метода удельных (относи­тельных) приростов расхода тепла. Для применения этого метода необ­ходимо располагать энергетически­ми характеристиками агрегатов, устанавливающими зависимость расхода тепла Q от нагрузки агре­гата N3.

Относительным приростом расхо­да тепла агрегата называется изме­нение расхода тепла при измене­нии нагрузки на единицу. Относи­тельные приросты агрегатов в боль­шинстве случаев не ЯВЛЯЮТСЯ ПО­СТОЯННЫМИ, а зависят от нагрузки. Поэтому для решения вопроса о - распределении нагрузки между аг­регатами для каждого из них необ­ходимо строить кривую зависимости относительного прироста от нагруз­ки — характеристику относительных приростов. Эта характеристика, а также энергетическая характеристи­ка турбины представлены на рис. 3-12.

Если энергетические характери­стики агрегатов представляют со­бой криволинейные плавные кривые (без учета дросселирования в кла­панах) с возрастающими относи­тельными приростами, то наивыгод­нейший режим получается при рас­пределении нагрузок, соответствую­щем равенству относительных при­ростов тепла этих агрегатов. При таком принципе распределения на­грузок у агрегатов, имеющих оди­наковые энергетические характери­стики, нагрузка должна быть рас­пределена поровну.

Поскольку использование криво­линейных энергетических характери­стик для практических целей оказы­вается неудобным, их с достаточ­ной степенью точности аппроксими­руют прямыми линиями.

Для конденсационной турбины, если пренебречь влиянием дроссе­лирования в регулирующих клапа­нах при малом их открытии, эта зависимость может быть представ­лена ломаной прямой, имеющей точку излома в области экономиче­ской нагрузки (рис. 3-13). Наличие точки перегиба объясняется ухуд­шением экономичности при нагруз­ках, превышающих расчетную, осо­бенно у турбин, имеющих перегруз­ку внешним или внутренним байпа­сом. Поскольку расход тепла на турбину в значительной мере зави­сит от вакуума в конденсаторе, ха­рактеристики будут различными для зимнего и летнего режима работы агрегата.

Не менее важной характеристи­кой является величина относитель-

Ного прироста тепла на единицу вы­работанной электрической энергии. Для прямолинейных участков тех­нико-экономической характеристики эта величина будет постоянной (рис. 3-13) [22].

В практике технико-экономиче­ских расчетов рассматриваются две величины расхода тепла на турби­ну: по мощности брутто и нетто. В первом случае рассматривается только расход тепла на турбину без учета расхода пара на собст­венные нужды агрегата, причем этот расход относится к мощности гене­ратора без учета электрических соб­ственных нужд.

Расход тепла на мощность нет­то ведется с учетом затрат на соб­ственные нужды агрегата тепловой и электрической энергии. Естествен­но, что распределение нагрузок сле­дует вести по второй характеристи­ке, учитывающей и затраты энер­гии на собственные нужды. Для конденсационной турбины эта ха­рактеристика аналитически может быть представлена в следующем виде:

Q = Q*x + AqlN+ (Aqz—Aqi) (N—NJ,

(3-13)

Где Q — расход тепла на тур­бину нетто, Гкал/ч; Q хх — расход тепла на холостой ход, Гкал/ч; Aqi — первый относительный при­рост тепла нетто [до излома харак­теристики, Гкал/(МВт-ч) ]; Д<7г — второй относительный прирост теп­ла нетто [после излома характери­стики, Гкал/(МВт - ч)]; Ni — мощ­ность турбоагрегата нетто, при ко­торой происходит излом характери­стики МВт.

Вышеприведенная зависимость должна быть получена путем прове­дения тепловых испытаний каждого агрегата в отдельности. При этом нужно помнить, что даже однотип­ное оборудование может иметь ха­рактеристики, несколько отличаю­щиеся друг от друга. В случае от­сутствия подобных испытаний сле­дует использовать данные завода - изготовителя или результаты испы­тания однотипного оборудования.

В табл. 3-5 приводятся технико - экономические характеристики неко­торых серийных агрегатов отечест­венного производства, полученные на основании многочисленных испы­таний, проведенных на различных электростанциях. Эти характеристи­ки могут быть приняты в качестве нормативного материала для стан­ций с однотипным оборудованием.

При наличии подобных характе­ристик загрузка конденсационных машин определяется величиной отно­сительных приростов тепла турбо­агрегатов. Для достижения наивы­годнейшего распределения нагрузки следует в первую очередь загружать турбины, имеющие наименьший от­носительный прирост. Величина по­следнего не связана непосредствен­но с удельным расходом тепла. В частности, агрегат с меньшим удельным расходом тепла может в определенных диапазонах нагруз­ки, а иногда и при всех нагрузках иметь больший относительный при­рост.

В качестве примера рассмотрим очередность загрузки двух турбин, энергетические характеристики ко-

Таблица 3-5

По мощности нетто, Гкал/ч

<2=29,58+1,825JV+0,157X

X (Л'—172,25) Q=25,35+1,937ЛЧ-0,189X

123,27) Q=22,98+1,91 /V+0,213X

X(/V—74,08) Q=12,17+2,018ЛГ+0,235X

X(N—35,62) Q=20.28+2,034Af+0,242X

X(/V—65,0) Q=11,71+2,124W+0,169X 33,99)

Q=4,11+2,369/V+0,102X X(/V—20,17)

Торых изображены на рис. 3-14,а. Энергетические характеристики этих турбин пересекаются при нагрузке N і, причем у первой турбины в обла­сти нагрузок от 0 до jV3K относи­тельный прирост тепла будет мень­ше, чем у івторой турбины, в обла­сти нагрузок от NaK до NU0M — боль­ше. В этом случае при необходимо­сти остановить одну турбину при нагрузке до Л^і следует разгрузить и остановить турбину № 1, а в обла­сти нагрузок от Ni до NH0M остано­вить в работе турбину № 1, остано­вив турбину № 2. В случае работы обеих турбин в параллель необхо­димо в диапазоне нагрузок от 0 до N3K в первую очередь загрузить тур­бину № 1, затем до этой же нагруз­ки загрузить турбину № 2. В даль­нейшем при увеличении нагрузки до Whom загружается в первую очередь турбина № 2, как имеющая мень­ший удельный прирост тепла в этом

Диапазоне нагрузок, а затем до Nn0M нагружается турбина № 1.

На рис. 3-14,6 представлены ха­рактеристики двух турбин, у кото­рых относительные приросты тепла в области нагрузок 0—N3K л NdK— Л^ном точно такие же, как и в пре­дыдущем случае, но эти кривые, чр пересекаются. В этом случае при останове одной из турбин выгоднее оставить в работе турбину № 1, удельный расход тепла которой во всем диапазоне изменения нагрузок меньше, чем у турбины № 2. Однако при параллельной работе загрузка этих турбин должна происходить точно в такой же последовательно­сти, как и в предыдущем случае. Если же в области перегрузки отно­сительные приросты турбины № 1 будут меньше, чем у турбины № 2,. го и в области перегрузочных режи­мов турбина № 1 должна быть на­гружена 'в первую очередь.

Принцип первоочередной загруз­ки агрегатов, имеющих меньшие от­носительные приросты, непосред­ственно вытекает из правила равен­ства относительных приростов.

Действительно, если распреде­лить нагрузку между агрегатами так, чтобы относительные приросты их были неодинаковы, окажется вы­
годным увеличить нагрузку агрега­та, относительный прирост которого ниже, и разгрузить агрегат с более высоким относительным приростом. Однако по 'мере увеличения нагруз­ки турбин 1С малым относительным приростом их относительные прирос­ты увеличиваются, а относительные приросты разгружаемых агрегатов уменьшаются. Следовательно, такое перераспределение нагрузки между агрегатами выгодно до тех пор, пока их относительные приросты не срав­няются.

Поскольку величина относитель­ных приростов тепла играет опреде­ляющую роль при распределении нагрузки между работающими агре­гатами, ® табл. 3-6 приводятся

Усредненные значения приростов для турбин, имеющих энергетиче­ские характеристики с одной точкой перегиба. Этими данными можно пользоваться при решении практиче­ских вопросов, касающихся опти­мального распределения нагрузки между работающими агрегатами.

Рассматриваемые энергетические характеристики турбоагрегатов яв­ляются приближенными, поскольку они не учитывают дросселирования пара в регулирующих клапанах. Та­кие характеристики могут быть только у турбин с дроссельным па­рораспределением или при беско­нечно большом числе регулирую­щих клапанов (идеальное сопловое регулирование). Аппроксимация этих характеристик отрезками пря­мых позволяет представить их ана­литически, что очень удобно для расчетов. Что же касается распре­деления нагрузок между турбинами, то неучет дросселирования пара ре­гулирующими клапанами может привести к длительной работе тур­бины с частично открытыми регули­рующими клапанами.

На рис. 3-15 представлены энер­гетические характеристики и харак­теристики относительных приростов турбины К-200-130 ЛМЗ с учетом дросселирования в регулирующих клапанах [52]. Характеристики со­ставлены в диапазоне нагрузок от 150—215 МВт, точки N3 и iV4 соот­ветствуют нагрузкам, при которых происходит открытие третьего и чет­вертого регулирующих клапанов. Как видно из графика, максималь­ное отклонение действительной энер­гетической характеристики от ап­проксимирующей в сторону увели­чения расхода тепла составляет ве­личину порядка 0,6% -

Если турбоагрегаты этого типа будут работать в этой точке, то, не­смотря на распределение нагрузок по относительным приростам, тур­бины будут работать в невыгодном режиме. В этом случае рациональ­нее нагрузки распределить с таким расчетом, чтобы все турбины, за ис­ключением одной, работали бы без дросселирования пара, а все изме­нения нагрузки воспринимались бы одной турбиной. Для этого необхо­димо определить у всех машин ре­жимы предоткрытия очередного ре­гулирующего клапана и следить за тем, чтобы все турбины, за исклю­чением одной, имели бы нагрузки, соответствующие этим режимам. По данным испытаний такое распреде­ление нагрузок по сравнению с рав­номерным распределением мощно­сти по агрегатам позволяет для крупных конденсационных турбин иметь экономию тепла порядка 0,2—
0,6%. Еще более значительным этот выигрыш будет для противодавлен - ческих турбин и турбин с отбором пара.

Для этих агрегатов оптималь­ное распределение нагрузок с уче­том дросселирования может дать экономию в размере 1,4—1,8%. Все эти цифры носят, естественно, усред­ненный характер, поскольку величи­на экономии будет зависеть от типа турбин, начальных и конечных па­раметров, давления и величины от­боров, числа регулирующих клапа­нов и т. д.

Распределяя нагрузки между турбинами на основании их относи­тельных приростов, необходимо учи­тывать, что такое решение вопроса справедливо только для агрегатов неблочного типа.

В блочных установках, где на­грузка котлоагрегата определяется нагрузкой турбины, распределение мощности между блоками необходи­мо вести с учетом режимной харак­теристики котлоагрегата. При этом оптимальное распределение нагруз­ки между турбоагрегатами может не соответствовать наивыгоднейше­му распределению нагрузки по бло­кам. В этом случае распределение нагрузок следует вести, руковод­ствуясь относительными приростами блоков, которые в первом прибли­жении (без учета тепловых и элек­трических собственных нужд бло­ка) могут быть определены как про­изведение относительных приростов котла и турбоагрегата.

При работе в параллель турбин с отборами пара вопрос об опти­мальном распределении тепловых и электрических нагрузок усложняет­ся, поскольку расход тепла на тур­боагрегат будет зависеть как от электрической, так и от тепловой на­грузки турбины, и общий относи­тельный прирост следует искать в виде полного дифференциала от частных производных расхода тепла по тепловой и электрической на­грузке.

В практической деятельности для решения этого вопроса достаточно иметь энергетические характеристи­ки турбин при различных расходах тепла и пара в отбор (рис. 3-16); на основании этих графиков можно ве­сти оптимальное распределение электрической нагрузки при посто­янном отборе (рис. 3-16,а) или теп­ловой нагрузки при постоянной элек­трической мощности (рис. 3-16,6). И в том и в другом случае принцип равенства 'относительных приростов будет являться основой экономичной работы агрегатов.

Если на ТЭЦ энергетические ха­рактеристики агрегатов отсутствуют, а турбины работают по отбору в об­щую магистраль, то рациональное распределение тепловых нагрузок между турбинами может быть опре­делено на основании простого опы­та. На общей магистрали, за местом присоединения отборов всех турбин следует установить термометр, заме­ряющий температуру смешанного потока пара. Очевидно, наиболее ра­циональное распределение расходов пара при неизменном суммарном от­боре будет соответствовать тому случаю, когда температура смешан­ного потока будет иметь минималь­ное значение. Это будет показывать, что средняя взвешенная величина использованного в части высокого давления всех турбин теплопадения достигла максимальной величины,, т. е. выработка электроэнергии на отборном паре максимальна.

Рнс. 3-16. Энергетические характеристики

Этот же метод можно использо­вать и при работе на общую линию турбин с противодавлением.

При работе станций, имеющих в своем составе как конденсацион­ные турбины, так и турбоагрегаты, отпускающие тепловую энергию, сле­дует в первую очередь загружать агрегаты, вырабатывающие электро­энергию на тепловом потреблении, и в последнюю очередь — конденса­ционные агрегаты. При эксплуата­ции такого смешанного оборудова­ния может возникнуть проблема: на каком агрегате выгоднее увеличи­вать электрическую нагрузку — на конденсационной турбине или на турбине с отбором пара. Этот во­прос также решается путем сравне­ния энергетических характеристик рассматриваемых агрегатов. Обыч­но в этом случае предпочтение от­дается конденсационному агрегату, поскольку в турбине с регулируе­мыми отборами пара конденсацион­ный поток пара испытывает много­кратное дросселирование. Однако имеются режимы, при которых бы­вает выгоднее загрузить хвостовую часть турбины с отбором, а конден­сационную турбину разгрузить или остановить.

Для обеспечения экономичной работы турбинного цеха во всем диапазоне изменения тепловых и электрических нагрузок должны быть составлены режимные карты очередности загрузки и разгрузки агрегатов, которыми и должен пользоваться эксплуатационный пер­сонал.