5.4. Типы тепловых электростанций
По назначению электростанции разделяются на:
городские, снабжающие энергией потребителей города и населен-ных пунктов;
промышленные, сооружаемые при крупных промпредприятиях и обеспечивающие энергией в основном технологические нужды производства;
районные или электростанции общего пользования, снабжающие электроэнергией всех потребителей, расположенных на более об-ширной, чем городская, территории.
В зависимости от вида рабочего тела, используемого в цикле станции, тепловые электростанции (ТЭС) бывают паротурбинные, газотурбинные и парогазовые.
Наиболее распространенным типом ТЭС являются паротурбинные электростанции, на которых в качестве теплового двигателя для привода электрогенераторов используется паровая турбина, а в качестве рабочего тела — водяной пар.
Тепловая схема простейшей паротурбинной электростанции показана на рис. 5.3. Водяной пар, вырабатываемый в парогенераторе станции, после па-роперегревателя направляется в паровую турбину, где, расширяясь, соверша-ет полезную работу, преобразуемую в генераторе в электрическую энергию. Отработавший пар из турбины поступает в конденсатор, где он охлаждается водой и в виде конденсата возвращается при помощи конденсатного и питательного насосов в парогенератор для повторения цикла.
69
Рис. 5.3. Простейшая схема конденсаци-онной электростанции (КЭС): ПГ — парогене-ратор; ПЕ — пароперегреватель; ПТ — паровая турбина; Г — электрогенератор; К — конден-сатор; КН — конденсатный насос; ПН — пита-тельный насос; Т — топливо; В — воздух; УГ — угарные газы; ШЗ — шлак, зола
Электростанция, работающая по описанной схеме, называется конден-сационной (КЭС), на КЭС энергия пара используется только для производ-ства электрической энергии.
Существует другой тип электростанций, на которых для производства электроэнергии используется только часть энергии пара, а другая часть в ви-де теплоты частично отработавшего пара используется для целей теплоснаб-жения. Такие электростанции называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Так как потребление теплоты носит местный характер из-за нетранспорта-бельности тепловой энергии на большие расстояния, то ТЭЦ сооружаются как промышленные и городские электростанции, которые служат источни-ком одновременно электро– и теплоснабжения потребителей.
Рабочий процесс паротурбинной электростанции основан на иде-альном цикле Ренкина, в котором теплота подводится и отводится при по-стоянном давлении рабочего тепла (рис. 5.4). Параметры свежего пара на входе в турбину (точка 1), его давление, температуру и энтальпию назы-вают начальными и обозначают соответственно ро, tо, iо. Линия 1–2 изо-бражает процесс адиабатного расширения пара в турбине. Параметры точ-ки 2 называются конечными и обозначаются через рк и iк. Изменение эн-тальпии пара в этом процессе называют адиабатным теплопадением:
которое является работой, совершаемой паром в турбине. Линия 2-3 изо-бражает процесс конденсации отработавшего пара в конденсаторе. Коли-чество отводимой при этом теплоты равно
70
где сtк — произведение теплоемкости конденсата на его температуру после конденсатора — энтальпия конденсата после конденсатора, кДж/кг.
Линия 3-4 изображает процесс сжатия воды насосами до начального давления. При этом работа насосов эквивалентна повышению энтальпии воды:
где iп.в — энтальпия питательной воды, кДж/кг.
Линии 4-5, 5-6 и 6-1 изображают последовательно процессы нагрева-ния, испарения воды и перегрева пара в парогенераторе станции до на-чальной температуры. Количество теплоты, подводимое в этих процессах к 1 кг пара, равно разности энтальпий свежего пара и питательной воды:
-
qо = iо– iп.в.
(5.11)
1
Рис. 5.4. Тепловая диаграмма цикла Ренкина (паросиловой установки): То — на-чальная температура; Тк — конечная температура; Тп.в — температура питательной во-ды; (qо – qк) — теплота, превращенная в цикле в механическую энергию; qк — теплота, теряемая в идеальном цикле; qк — дополнительные потери теплоты в конденсаторе при действительном цикле
Термический коэффициент полезного действия цикла Ренкина вычис-ляется по формуле
Работой питательного насоса можно пренебречь ввиду ее не-значительности, тогда
71
действительном цикле паротурбинной установки, расширение пара
турбине происходит не по линии 1–2, а по кривой 1–2', то есть использу-ется для работы только часть адиабатного теплопадения.
Разность между действительным теплопадением и адиабатным пред-ставляет собой внутренние потери энергии в турбине.