Начальные параметры пара: от чего зависит сравнение экономичности турбин

ALVERJOB · Локальная редакция

Предположим, в двух сравниваемых турбинах одинаково повысили температуру свежего пара. Можно ли сразу ожидать одинакового изменения экономичности? В разборе Е. И. Бененсона и Л. С. Иоффе ответ зависит от того, до какого давления расширяется пар, есть ли промежуточный перегрев и какой конденсационной мощностью выравнивают электрическую выработку вариантов. Поэтому сначала разберём условия сравнения. Без них даже верное утверждение о влиянии температуры или давления легко применить не к той установке. [A1] [A2]

Сначала договоримся, что оставляем одинаковым

Авторы сопоставляют турбины с одинаковыми исходными начальными параметрами и расходом свежего пара, температурой питательной воды и параметрами промежуточного перегрева. Конструкции и тепловые схемы также принимаются одинаковыми, кроме различий, необходимых для противодавления или регулируемого отбора. Такая постановка позволяет отделить влияние рассматриваемого изменения от прочих различий между машинами. Две произвольно выбранные турбины этим условиям могут не соответствовать. [A1]

У теплофикационного потока расширение заканчивается при давлении соответствующего отбора или противодавления. Конденсационный поток доходит до более низкого давления в конденсаторе. Поэтому добавочный теплоперепад, который удалось использовать в одном потоке, не обязательно будет использован так же в другом. А турбину с регулируемыми отборами приходится рассматривать как совокупность нескольких потоков. Их доли влияют на общий результат. [A1] [A4]

Есть и ещё одно условие: как сравнивать варианты с разной электрической выработкой. Если один вариант производит меньше электроэнергии, недостающую выработку в сравнении покрывает замещающая конденсационная мощность. На неё также расходуется теплота, и этот расход нужно учесть. Для теплофикационной турбины экономичность замещающей мощности задают отдельно. При сопоставлении конденсационных вариантов эту роль может выполнять сама рассматриваемая машина. [A1] [A2]

Представим два расчёта одного и того же изменения параметров. В обоих у сравниваемого варианта одинаковый недостаток электрической выработки, но для его покрытия выбраны конденсационные мощности с разной экономичностью. Теплоты на замещение потребуется по-разному, поэтому изменится и результат сопоставления. Это качественный пример того, зачем явно называть замещающую мощность. Численный выигрыш без этого условия обсуждать рано. [A1] [A2]

Когда промежуточный перегрев приводит к одинаковому относительному изменению

В книге отдельно рассматривается случай, когда теплофикационные отборы расположены после промежуточного перегрева. При неизменных расходе пара в части после перегрева и параметрах перегрева принимается, что часть после перегрева сохраняет свой режим независимо от изменения работы предшествующей части. В частности, не меняются её мощность, тепловая нагрузка и расход в конденсатор. Тогда изменение мощности связано с одинаковыми частями высокого давления двух сравниваемых турбин. [A2]

Если при этих условиях замещающей выбрана именно сопоставляемая конденсационная турбина, получается одинаковое относительное изменение экономичности при одинаковом изменении начального давления, температуры свежего пара или КПД проточной части. Речь о равенстве относительных изменений в заданном сравнении. Из него нельзя сделать вывод, что сами показатели двух установок равны или что любые турбины одинаково реагируют на изменение свежего пара. [A2]

Для применения этого вывода нужно сохранить всю цепочку условий: отборы после перегрева, принятая независимость последующей части, неизменные расход пара в части после перегрева и параметры перегрева, оговорённая замещающая машина. Авторы отмечают, что в конкретной тепловой схеме независимость частей может нарушаться. Если это произошло, готовое равенство переносить на такую схему нельзя. [A2]

Без перегрева температура и давление действуют по-разному

Для сравнения без промежуточного перегрева также принимаем сопоставляемую конденсационную турбину в качестве замещающей и выравниваем расход теплоты вариантов. В таком сопоставлении повышение температуры свежего пара увеличивает используемый перепад в ступенях ниже начального состояния. Чем выше противодавление, тем короче остаётся участок расширения, на котором можно использовать добавочный перепад. Поэтому в авторской модели изменение начальной температуры слабее отражается на экономичности теплофикационного потока, чем конденсационного. Важна здесь именно граница расширения рассматриваемого потока. [A3]

С повышением начального давления картина сложнее. Дополнительный перепад в начале расширения сопровождается изменением энтальпии пара ниже прежнего начального давления. Выигрыш в первых ступенях сочетается с уменьшением мощности последующих. К этому добавляются отмеченные авторами изменения влажности и регенеративных отборов. Если противодавление выше, часть последующего уменьшения мощности отпадает. В таком сравнении влияние повышения начального давления оказывается сильнее для теплофикационного потока. [A3]

Поэтому объединять давление и температуру в одно правило «повысили параметры, получили одинаковый эффект» неудобно даже для качественного объяснения. У повышения температуры и повышения давления разные изменения работы по ступеням. А вывод о том, где влияние сильнее, относится к рассмотренной модели и её условиям, без универсального коэффициента для любой турбины. [A3]

От одного потока к итоговому режиму

Наконец, результат для теплофикационного потока нельзя просто подписать как результат для всей турбины. У машины с отборами нужно учесть несколько потоков и давление в конце расширения каждого из них. С режимом и отопительной нагрузкой меняются их доли. Поэтому авторы отдельно обсуждают усреднение за отопительный и годовой периоды. Вывод для одного потока в выбранном состоянии ещё не описывает годовую работу установки. [A4]

Практический смысл разбора в том, чтобы перед сравнением назвать четыре вещи: какие исходные условия одинаковы, где заканчивается расширение каждого потока, как устроен перегрев и чем замещается электрическая выработка. Тогда становится понятно, к какому случаю относится вывод. Допустимые отклонения давления и температуры, настройки оборудования и рекомендации менять рабочий режим из этого качественного сравнения не следуют.

Источник: Е. И. Бененсон, Л. С. Иоффе. «Теплофикационные паровые турбины». 2-е изд. М.: Энергоатомиздат, 1986. Печатные с. 40–44; PDF 41–45.