Питання до захисту кр зі спецкурсу

„ТЕПЛОВІ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ”

1. Які типи класифікацій електростанцій вам відомі. Перерахуйте їх і поясніть, що є основою кожної класифікації. Яка різниця між КЕС та ТЕС, ТЕЦ? Що таке „когенерація”? Які електростанції можна називати когенераційними? Запишіть та поясніть структуру ККД когенераційної станції.

За призначенням електростанції діляться на:

• районні, для забезпечення життєдіяльності регіону;

• промислові, для забезпечення енергомістких виробництв, наприклад, металургійних, хімічних, нафтопереробних, машинобудівних;

• пікові, для покриття максимумів споживання електричної потужності;

• аварійні.

За типом теплового рушія електростанції ділять на:

• паротурбінні;

• газотурбінні;

• парогазові великої та малої одиничної потужності;

• дизельні.

Виробляють електроенергію на електростанціях (енергетичних заводах), використовуючи переважно як проміжний етап, теплову енергію. Такі станції називають тепловими електричними станціями (ТЕС). Отже на ТЕС відбувається перетворення теплової енергії у електричну. Електростанції, що призначені лише для виробництва електроенергії оснащуються турбінами з високим вакуумом на виході, який забезпе­чується конденсацією пари (робочого тіла) у конденсаторі. Такі станції називають конденсаційними електростанціями (КЕС). Теплота конденсації (біля 57% від енергії згоряння палива) розсіюється у навколишньому середо­вищі, що супроводжується ростом ентропії середовища.

Сучасні ТЕС використовуються також для виробництва тепла (когенерація). Електростанції, призначені для спільного виробництва тепла і електроенергії (когенераційні станції), оснащуються турбінами з проміжними відборами пари, енергія якої використовується для теплопостачання житла та підприємств. На виході з турбін у таких станціях існує значний тиск, тому їх ще називають турбінами з протитиском. Енергетичні заводи, що виробляють тепло і електроенергію, називають тепло – електроцентралями (ТЕЦ). Теплота спалювання палива на ТЕЦ використовується ефективніше ніж на ТЕС, справді

, , (1.2)

- тепловий ККД, він вказує, яка частина тепла Q, що поступає на ТЕЦ, перетворюється у корисне тепло, що подають споживачам. Коефіцієнт використання тепла η_Q на сучасних ТЕЦ може досягати 87 - ми відсотків.

2. Поясніть зміст поняття „графік електричного навантаження системи”. Які види графіків ви знаєте? Які особливості залежності електричного навантаження від часу? Поясніть, чому вигляд добових та річних графіків залежить від дисципліни працівників?

Залежність навантаження від часу відображається графіками електричного навантаження. Типові графіки показані на рис. 1.5 – 1.7. Вони мають характерні максимуми та мінімуми. Добові максимуми наванта­ження припадають на період з 8 до 18 години. Біля 12 - 13 годин існує невеликий мінімум, див. рис. 1.5 та 1.6, що зв’язаний з перервою на обід. Мінімум навантаження триває з 23 до 7-ми годин, тобто у нічний час. Вибір способів зниження потужності електростанцій у нічний час та у вихідні дні є однією з проблем раціональної генерації електроенергії.

3. Поясніть зміст понять „базова станція”, „пікова станція”, „напівпікова станція”? Задля чого існують такі станції і які станції використовуються у таких ролях? Якими властивостями повинні володіти ці станції?

Раціональне регулювання виробленої потужності у енергетичній системі досягається використанням трьох типів електростанцій, див. рис.1.8:

• базових, таких, що працюють максимальний час на номінальній потужності ( не менше 5000 год. на рік) і забезпечують регіон сталою кількістю енергії; такі станції повинні мати мінімальні затрати палива на одиницю виробленої енергії; ними є найновіші блоки високих параметрів та одиничних потужностей: 500, 800 та 1300 МВт, а також АЕС;

• пікові, такі, що працюють короткі проміжки часу (менше 1500 год. на рік) і використовуються для покриття максимумів споживання електроенергії; такими можуть бути застарілі станції, або блоки, що працюють на газі, чи рідкому паливі; часто для цього використовують ГЕС, спеціальні станції, наприклад ГАЕС, чи парогазові установки, або станції аварійного резерву;

• напівпікові станції, їх завдання покривати триваліші максимуми навантаження, зокрема такі, що виникають у кінці кварталу чи року; у ролі таких станцій використовують не найновіші ТЕС, ГЕС у повноводдя. Середній час роботи напівпікових станцій у межах 3000 – 4000 годин на рік.

4. Що таке встановлена потужність станції, системи? Які дані потрібні для розрахунку цих величин? Поясніть зміст поняття коефіцієнт та час використання встановленої потужності станції. Що характеризують ці поняття?

Інтенсивність роботи станції характеризують коефіцієнтом використання встановленої потужності μ_уст.

Ця величина рівна відношенню кількості енергії, що вироблена за рік, до тієї кількості, що була б виробленою за цей же період, якщо б станція постійно працювала з встановленою потужністю

, (1.6)

Роботу станції також характеризують числом годин використання встановленої потужності

. (1.7)

5. Намалюйте T –S діаграму циклу Ренкіна і поясніть процеси, що відбуваються у циклі. Яка різниця між реальним та ідеальним циклами? Означте термічний ККД циклу і поясніть різницю між внутрішнім ККД та термічним.

П риймемо за початок циклу процес 3 - 4.

3-4: конденсат з початковою температурою Т₃ ≈ Т_6′ стискається живильним насосом, див. рис.2.2, від Р₃ до тиску Р₄ = Р₁ і подається у економайзер котла; при цьому насосом виконується робота стиснення l₃₄ = v∙(P₁ – P₃), v – питомий об’єм води, v ≈ 10^-3 м³ , і дещо зростає температура ( Т₃ →Т₄).

4-5: у економайзері вода, отримуючи тепло q₁′, нагрівається до температури насиченої пари Т₅ = Т_н, що відповідає тиску Р₁;

5-6: у парогенераторі при Т₅ = Т₆ = const та тиску Р₁ вода кипить, отримуючи тепло q₁′′ і теплоносій у вигляді сухої насиченої пари подається у турбіну;

6-6’: у турбіні пара адіабатно розширюється (ідеальний процес), виконуючи роботу l_66′ = h₆ – h_6′, кінцеві параметри пари P_6′, T_6′, h_6′ (ентальпія); при цьому, див. рис. 2.1, знижується сухість пари х і в кінці розширення вона може досягти критичної для турбіни величини 85%;

6’-3: процес конденсації пари у КТ, відбувається при сталих температурі і тиску (P_6′, T_6′) і пара перетворюється у рідину (воду) з ентальпією h_3.

Термічний ККД , будь-якого циклу означається як відношення роботи, що виконана за цикл l_ц , до затраченого в циклі тепла q _зт , тобто

. (2.1)

У нашому випадку l_ц = h₆ – h_6′ , а q _зт = h₆ – h₄ , тому для термічного ККД циклу Ренкіна на насиченій парі отримуємо вираз

(2.1а)

величина якого може бути близькою до ККД циклу Карно з температурами Т_н та Т_к, див рис. 2.1.

6 . У чому суть підвищення ККД ПТУ використанням регенеративних відборів пари? Адже ж ми вилучаємо частину високо потенційної пари з циклу, не даємо виконати їй максимальну роботу? Нарисуйте і поясніть схему термодинамічного циклу з регенеративними відборами. Яка кількість відборів використовується на практиці і чому вона обмежена?

Р егенеративний підігрів живильної води сьогодні застосовують на всіх ПТУ електростанцій. Потоки пари, що відводяться з турбіни у регенеративні підігрівники (РП), виконують роботу без втрат у КТ. При цьому, для заданої електричної потужності ПТУ Ne, витрата пари через КТ зменшується, а ККД ПТУ зростає. У реальних ПТУ через РП проходить не весь потік пари, а лише його частина, див. рис. 2.6. При такій схемі витрата пари через турбіну від відбору до відбору зменшується. Внаслідок цього висота лопаток у ЧВТ турбіни зростає, а у ЧНТ зменшується, що також збільшує відносний внутрішній ККД турбіни.

Залежність між ККД циклу з кількома регенеративними відборами та внутрішній ККД відповідного циклу Ренкіна (з пароперегрівом) η_i може бути представлена так, див. рис. 2.7

Встановлено, що для схем з промперегрівом пари, як і без нього, існує температура живильної води, при якій внутрішній ККД ПТУ η_і досягає максимального значення. Причому ця температура практично не залежить від числа РП, а визначається місцем розміщення першого відбору пари, див. рис.2.9.

Зі збільшенням числа відборів пари їх ефективність зменшується, а капіталовкладення зростають. Тому економічно доцільними є 7 – 9 відборів пари у яких використовують як РПЗ, так і РПП, див. рис.2.9.

7. Напишіть рівняння теплового балансу для турбіни з відборами пари. Поясніть зміст коефіцієнта недовиробітку потужності. Те саме для теплофікаційної турбіни. На скільки витрата пари у теплофікаційній турбіні з відборами більша від еквівалентної турбіни?

. (2.27)

(2.27а)

У виразі (2.27) сумування по j відбувається по всіх регенеративних відборах; α_k, - частка пари, що поступає у конденсатор та така, що відбирається у j –му відборі; - ентальпія пари у j – му відборі, див. рис.2.7; А_r – відношення роботи всіх потоків пари, що відводяться з турбіни, до роботи потоку, що проходить через конденсатор.

З рівняння (2.27) бачимо, що , якщо А_r > 0. Чим більша ця величина, тим вища ефективність регенераційних відборів.

, (2.25)

. (2.26)

- ККД циклу без регенерації.

- енергетичний коефіцієнт, рівний відношенню роботи, яка виконана відібраною парою, до роботи, виконаної парою, що пройшла через конденсатор.

З формули (2.25) випливає, що ККД циклу з регенерацією завжди більший від звичайного циклу Ренкіна оскільки чисельник (2.25) більший від знаменника. Крім цього бачимо, що тим більший, чим більша величина . З виразу (2.26) випливає, що величина енергетичного коефіцієнту залежить від величини відбору пари та параметрів пари у відборі. Більше того, можна показати, що при певних значеннях параметрів відбору досягає максимальної величини на 8 -12% більшої від .

Регенеративний підігрів живильної води сьогодні застосовують на всіх ПТУ електростанцій. Потоки пари, що відводяться з турбіни у регенеративні підігрівники (РП), виконують роботу без втрат у КТ. При цьому, для заданої електричної потужності ПТУ Ne, витрата пари через КТ зменшується, а ККД ПТУ зростає. У реальних ПТУ через РП проходить не весь потік пари, а лише його частина, див. рис. 2.6. При такій схемі витрата пари через турбіну від відбору до відбору зменшується. Внаслідок цього висота лопаток у ЧВТ турбіни зростає, а у ЧНТ зменшується, що також збільшує відносний внутрішній ККД турбіни.