Предисловие

Моделирование паровых турбин — повседневная задача сотен людей в нашей стране. Вместо слова модель принято говорить расходная характеристика. Расходные характеристики паровых турбин используют при решении таких задач, как вычисление удельного расхода условного топлива на электроэнергию и тепло, производимые ТЭЦ; оптимизация работы ТЭЦ; планирование и ведение режимов ТЭЦ.

Мною разработана новая расходная характеристика паровой турбины — линеаризованная расходная характеристика паровой турбины. Разработанная расходная характеристика удобна и эффективна в решении указанных задач. Однако на текущий момент она описана лишь в двух научных работах:

1. Оптимизация работы ТЭЦ в условиях оптового рынка электроэнергии и мощности России;
2. Вычислительные методы определения удельных расходов условного топлива ТЭЦ на отпущенную электрическую и тепловую энергию в режиме комбинированной выработки.

И сейчас в своем блоге мне бы хотелось:

• во-первых, простым и доступным языком ответить на основные вопросы о новой расходной характеристике;
• во-вторых, предоставить пример построения новой расходной характеристики, который поможет разобраться и в методе построения, и в свойствах характеристики (см. Линеаризованная расходная характеристика паровой турбины. Часть 2. Пример построения для турбины ПТ-80 с использованием MATLAB);
• в-третьих, опровергнуть два известных утверждения относительно режимов работы паровой турбины (см. Линеаризованная расходная характеристика паровой турбины. Часть 3. Развенчиваем мифы о работе паровой турбины).

Что такое расходная характеристика паровой турбины?

Принципиальная схема работы паровой турбины представлена на рис. 1.

Турбина потребляет пар высокого давления Q₀ и вырабатывает три продукта:

• электроэнергия N,
• пар среднего давления (промышленный пар) Q_п,
• пар низкого давления, необходимый для нагрева сетевой воды (теплофикационный пар) Q_т.

Расходная характеристика паровой турбины связывает между собой величины Q₀, N, Q_п, Q_т. В общем виде расходную характеристику можно записать в виде некоторой функции:

(1)

Расходная характеристика паровой турбины позволяет вычислить расход пара высокого давления Q₀ при известной нагрузке N, Q_п, Q_т. Другие задачи, такие как оптимизация работы ТЭЦ, вычисление удельных расходов условного топлива, являются задачами более высокого уровня. Решение этих задач включает в себя решение задачи вычисления значения Q₀.

Расходные характеристики турбин принято задавать в единицах мощности (по совету Синьков В.М., Оптимизация режимов энергетических систем), обычно используют МВт.

Какие расходные характеристики бывают?

Основной вид расходной характеристики паровой турбины в России регламентирован документом РД 34.09.155-93 Методические указания по составлению и содержанию энергетических характеристик оборудования тепловых электростанций. Согласно РД расходная характеристика паровой турбины представляет собою десятки номограмм следующего вида.

Решение задачи вычисления расхода пара высокого давления Q₀ при известных значениях нагрузки N, Q_п, Q_т осуществляется по алгоритму:

• найти нужную номограмму из множества,
• на глаз определить величину q_т брутто,
• посчитать расход Q₀ по формуле

(2)

Все было бы неплохо, если бы формула (2) соответствовала законам физики. Ан нет! Указанная выше формула противоречит Второму закону термодинамики (см. подробнее Проблемы оценки экономичности работы турбины).

Что такое линеаризованная расходная характеристика паровой турбины?

Линеаризованная расходная характеристика паровой турбины является простым и удобным способом связи параметров режима работы турбины Q₀, N, Q_п, Q_т. Линеаризованная расходная характеристика предложена мною в научной работе Оптимизация работы ТЭЦ в условиях оптового рынка электроэнергии и мощности России.

Линеаризованная расходная характеристика паровой турбины выглядит следующим образом:

(3)

Это линейная зависимость с постоянными коэффициентами α_i.

Чем принципиально отличается линеаризованная расходная характеристика паровой турбины от номограмм q_т брутто?

Во-первых, линеаризованная расходная характеристика паровой турбины проще. Режимы работы турбины при известных значениях давлений в отборах, температур паров и т.д. описываются одной формулой (3) вместо десятков нелинейных номограмм (рис. 2).

Во-вторых, линеаризованная расходная характеристика паровой турбины по первому признаку соответствует Второму закону термодинамики. У меня есть идея, как показать, что линеаризованная расходная характеристика является термодинамически наиболее точной. Если вы занимаетесь термодинамикой и вас интересует эта тема, напишите мне, нам есть о чем поговорить.

Как построить линеаризованную расходную характеристику паровой турбины?

Пример построения линеаризованной расходной характеристики для паровой турбины ПТ-80 с использованием математического пакета MATLAB, читайте, вникайте и задавайте вопросы.

Часть 1. Основные вопросы
Часть 2. Пример построения для турбины ПТ-80 в MATLAB
Часть 3. Развенчиваем мифы о режимах работы паровой турбины