Режимы работы энергоблока в номинальном режиме и на частичных нагрузках

Загрузку блока при работе на частичных нагрузках обычно связывают с двумя коэффициентами:

­ по мощности, выходная характеристика блока:

­ по расходу, паровая характеристика блока:

Коэффициент нагрузки по мощности чаще всего называют системным показателем нагрузочной характеристики блока.

Для исследования нагрузки блока на частичных нагрузках, представим его как объект управления в виде черного ящика:

Рис. 8.1. Упрощенная структура блока

Входным параметром определим расход топлива на блок, а выходным — мощность. Тогда можно записать следующее уравнение:

Представим идеальную ситуацию, когда все параметры блока являются нормативными и постоянными во времени:

.

где i = 1, 2, …, n.

— совокупность параметров определяющих работу блока;

— нормативные параметры блока.

Введем понятие нормативного параметра — это текущий параметр работы блока, соответствующий каким-либо ограничениям по условиям эксплуатации, например, ограничениям, регламентируемых техническими условиями.

Независимо от заданной нагрузки, параметры блока находится в определенных пределах:

где — нормативное номинальное значение параметра при номинальной нагрузке блока.

Приведем пример. Допустимое значение регулируемого параметра температуры промперегрева составляет 540 °С. А его нормативная величина составит (540±5) °С.

При изменении нагрузки базовая величина и её отклонение нормативного параметра может изменяться в заданных пределах. Например, нормативный параметр температуры уходящих газов в номинальном режиме составляет (120±6) °С, а при нагрузке 0,6∙ должен соответствовать (130±8) °С.

Функциональная зависимость называется нормативной характеристикой блока и в простейшем случае является прямолинейной (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Нормативная характеристика блока

Нормативную характеристику в виде прямой линии чаще всего применяют для прогностических расчетов или не требующих высокой точности. Каждая точка такой характеристики имеет нормативное значение постоянное во времени.

Абсолютный расход топлива рассчитывается из выражения:

где — расход топлива при работе блока в холостом режиме;

— относительный прирост по расходу топлива:

На нормативной характеристики блока также отображают зависимость удельного расхода топлива от мощности (рис. 8.2):

Физическая суть нормативной характеристики заключается в определении величины изменения расхода топлива для изменения мощности на 1 МВт. Нормативная характеристика показывает как мы должны изменить расход топлива для достижения заданной мощности. Важная роль нормативной характеристики, как системной характеристики, состоит в отражении эффекта работы блока для заданной нагрузки. Чем меньше величина прироста мощности , тем эффективнее работает блок.

Усложним структуру блока, представленную на рис. 8.1, и представим его последовательным соединением звеньев с определяющими входными/выходными параметрами:

Рис. 8.3. Упрощенная структура блока электростанции в виде последовательно соединенных звеньев: К — котел; Т — турбина; Г — генератор

Разберем от каких параметров зависит расход топлива при работе блока на частичных нагрузках.

Расход топлива на котел для простоты (без промперегрева) примем равным отношению:

где — расход пара на голову турбины;

— подогрев воды в питательном насосе;

— низшая теплота сгорания топлива;

— КПД котлоагрегата.

Низшая теплота сгорания топлива может считаться постоянной величиной при переходе блока на частичную нагрузку.

Расход пара на турбину, подогрев воды в питательном насосе и КПД котлоагрегата являются зависимыми параметрами:

­ как уже отмечалось раннее, расход пара , вырабатываемый котлом, имеет практически прямопропорциональную зависимость от расхода топлива на блок и. следовательно, является зависимым параметром от нагрузки блока, но с другой стороны он отражает выходной параметр , а обратной зависимости не прослеживается. Таким образом, параметр можно исключить из общей зависимости;

­ КПД котла при смене нагрузки является тоже зависимым параметром с возможностью влияния на него, например, системой регулирования топливо-воздух;

­ подогрев воды в питательном насосе при изменении нагрузки также меняется, потому как меняется используемый теплоперепад, зависящий от , и .

При рассмотрении элемента Турбина упрощенной схемы блока (см. рис. 8.3) выходной параметр можно не выделять как зависимый от расхода топлива, потому как его влияние уже заложено в вырабатываемой электрической мощности генератора.

Упрощенная формула для расчета электрической мощности может быть представлена следующим выражением:

где — доля питательной воды, используемая в тепловом цикле блока;

— используемый теоретический теплоперепад турбиной;

— внутренний КПД турбины.

­ при изменении нагрузки внутренний КПД турбины тоже изменяется;

­ используемый теоретический теплоперепад также изменяется при изменении нагрузки блока и в общем случае влияет на давление в конденсаторе при постоянных входных параметрах.

Таким образом, общая зависимость расхода топлива при изменении нагрузки будет выражаться в виде:

А модель управления блоком можно представить выражением:

Здесь одним из важнейших отношений между собой становится и .

Рис. 8.4. График выбора параметров острого пара при допустимой напряженности металла

Напряженность в металле определятся в основном сочетанием параметров и (рис. 8.4) и выбирается по самым напряженным местам теплового цикла. Как правило, это паровпускная зона ЦВД и ЦСД, выходные пакеты промперегрева, выходные пакеты первичного пара.

Параметры и называются сопряженными и связаны между собой через напряженность в металле . Если бы была возможность улучшить прочностные характеристики металла. то можно было бы перейти на другие параметры острого пара.

Рассмотрим скользящее регулирование. При скользящем регулировании мы переходим на пониженное давление и, таким образом, можем увеличить температуру острого пара до без ущерба для металла. Рост температуры составит порядка 30 … 40 °C. Но на температуру накладывает ограничение завод-изготовитель, поэтому максимум есть возможность увеличить температуру на 20 °C.

Давление в отборах не регулируется и температура питательной воды является саморегулируемой величиной, принимая значение температуры насыщения в отборе за вычетом недогрева в подогревателе.

КПД проточной части показывает совершенство существующей проточной части турбины и в некоторой степени зависит от начальных и конечных параметров пара, которые уже вошли в формулу модели, поэтому можно его исключить.

График изменения КПД котла при снижении нагрузки представлен на рис. 8.5.

Рис. 8.5. График изменения КПД котла при работе блока на частичных нагрузках

Из графика, хорошо видно, что прямоточный котел при определенной нагрузки имеет точку наивысшего КПД, названную экономической точкой. КПД барабанного котла при снижении нагрузки представляет собой спадающую линию, примерно квадратичной зависимости. Отсюда, можно сделать вывод, что с прямоточным котлом лучше участвовать в процессах регулирования мощности, так как находясь вблизи экономической точки значение КПД котла не будет сильно меняться.

Рассмотрим влияние режима регулирования блоком на частичных нагрузках:

1) При постоянном давлении перед стопорными клапанами .

2) При скользящем регулировании.

График для этих режимов, отражающий зависимости расхода топлива, удельного и абсолютного, от нагрузки блока, представлен на рис. 8.6.

Рис. 8.6. График изменения абсолютного расхода топлива (), относительного прироста по расходу топлива () и удельного расхода топлива () при работе блока на частичных нагрузках в двух режимах: 1) при постоянном давление ; 2) при скользящем регулировании

На графике, отчетливо видно смещение экономической точки при скользящем регулировании в область чуть меньших нагрузок, а связано это с тем, что при скользящем регулировании у нас всегда открыты только первая и вторая группа клапанов, в то время, когда при работе на постоянном давлении перед турбиной мы ведем клапанное регулирование, и задействуем третью и изредка четвертую группы клапанов.

Покажем, как изменяется абсолютный прирост удельного расхода топлива при переходе на скользящее регулирование (см. рис. 8.7):

где — удельный расход топлива для режима регулирования мощности блока при постоянном давление острого пара;

— удельный расход топлива при скользящем регулирование.

Рис. 8.7. Абсолютный прирост удельного расхода топлива при переходе на скользящее регулирование

Как видно из графика, при небольших разгружениях скользящее регулирование дает отрицательный эффект, а при большом снижении нагрузки проявляется положительный эффект.

На практике вместо отдельно скользящего регулирования и режима при постоянном давлении используют так называемое комбинированное регулирование. Первые две группы клапанов используют при скользящем регулировании, а третью и четвертую группу подключают в режиме регулирования при постоянном давлении (рис. 8.8)

Рис. 8.8. Распределение давлений по клапанам от нагрузки при комбинированном режиме

Каждый из регулируемых параметров приводит к изменению переходных характеристик работы блока. Таким образом, при выборе какого-либо параметра за оптимальный переходим к множеству оптимальных моделей управления:

Переход на определенное регулирование ведет за собой выбор оптимальных параметров для этого режима регулирования. При переходе на комбинированную схему регулирования сложности в реализации нет никакой, а выбор оптимального параметра для лучшей экономичности — сложная задача. Переход на скользящее регулирование является очень инерционным процессом и ведет за собой изменение характеристика котла, что приводит к задаче отыскания высшего КПД котла.

У каждого котла имеются экстремальные регуляторы: для каждой нагрузки изменяются определенные параметры (содержание кислорода, соотношение топливо-воздух и т.п.), чтобы получить максимальный КПД котла. Выход на стационарный режим работы является очень сложной задачей, потому что все теплотехнические объекты являются инерционными, с распределенными параметрами, вероятностными многомерными, нелинейными и нестационарными.

Date: 2016-07-20; view: 462; Нарушение авторских прав