2 Изучение нового материала ­

Различают конденсационные электростанции (КЭС) - с паровыми конденсационными турбоагрегатами, отпускающие энергию одного вида

-электрическою, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), отпускающие внешним потребителям электрическую энергию и тепловую энергию с паром или горячей водой.

Схема пароводяного  тракта является  основной технологической  схемой паротурбинной  электростанции и носит название  тепловой схемы КЭС.

Преобразование энергии на КЭС производится на основе термодинамического цикла Ренкина, в котором  подвод тепла воде  и водяному  пару в котле  и отвод тепла  охлаждающей водой  в конденсаторе турбины происходят при постоянном  давлении,  а работа пара  в турбине и  повышение давления воды в насосах — при  постоянной  энтропии.

Общий кпд современной КЭС-35-42% и определяется КПД  усовер-шенствованого термодинамического  цикла Ренкина (0,5 - 0,55), внутрен-ний относительный кпд турбины (0,8 - 0,9),механический КПД турбины (0,98 - 0,99),  КПД электрического генератора (0,98 - 0,99), КПД  трубо- проводов  пара и воды (0,97 - 0,99), КПД  котлоагрегата (0,9 - 0,94).

Увеличение кпд КЭС достигается повышением начальных параметров

(давления и температуры)  водяного пара, совершенствованием термоди-

намического цикла, с применением промежуточного  перегрева пара и регенеративного подогрева конденсата  и питательной воды паром из отборов турбины. 

Основное  оборудование  КЭС  (котельные и турбинные агрегаты)  размещают в главном корпусе. На КЭС устанавливают  преимущественно 

по одному котлу на турбину. Котёл с турбоагрегатом и их вспомогатель-ным оборудованием  образуют в конструктивном единстве моноблок электростанции. Для турбин мощностью 150-1200 МВт требуются котлы

производительностью 500-3600 м/ч пара [5].

Различают ТЭС на твердом, жидком и газообразном топливе, на двух или трех видах топлива.

Различают ТЭС с паровыми (ПТ) и газовыми турбинами. Большое распространение получили паровые турбины.   

Комбинированное производство электрической и тепловой энергии обеспечивает уменьшение расхода топлива. При малой годовой продолжительности теплового потребления и дешевом топливе экономичным может быть раздельное производство электрической энергии и теплоты. Электрическая энергия вырабатывается конденсационным путем, а теплота отпускается из котельной низкого давления. Энергетическая установка, состоящая из КЭС и котельной низкого давления (КНД), называется раздельной установкой (РУ).

Наряду с потребителями электроэнергии в районе электростанции имеются потребители тепловой энергии, большое экономически выгодное значение имеет комбинированная выработка электроэнергии и теплоты. Для удовлетворения тепло потребителей используется теплота отработавшего в турбине пара.

Температурный уровень теплоносителя t_п, необходимый потребителям теплоты, превышает температуру пара, отработавшего в конденсационной турбине ПТУ. Потребите­ли теплоты используют пар повышенного противодавления p_п, при котором температура конденсации t_пк = t_п.

Теплота конденсации, которая в ПТУ, работающей без теплового потребителя, отдается циркуляционной воде, безвозвратно теряется, а полезно используется при наличии теплопотребления.

На конденсационных электрических станциях (КЭС) с охлаждающей водой теряется около 60% теплоты сгорания топлива. Если кроме электрической энергии требуется тепловая энергия, то в установках с раздельной выработкой теплоты и элект­роэнергии (рис.2,а) приходится сжигать топ­ливо в дополнительном теплоисточнике.

При комбинированной выработке теплоты и электрической энергии (рис. 2,б) используют, например, турбину с противодав­лением 7, после которой пар направляется тепловому потреби­телю 6. При этом, полнее используется подведенная теп­лота пара. Электрическая мощность турбины 7 зави­сит от расхода пара, необходимого потребителю теплоты 6, для выработки недостающего количества электрической энергии ус­танавливают дополнительно конденсационную турбину.

Экономия теплоты при комбинированной выработке:

, кДж/ч (9.1)

где Q_p и Q_к - общие затраты теплоты при раздельной и комбинированной выработке, кДж/ч;

Q_п - теплота, переданная тепловому по­требителю, кДж;

-коэффициент, характеризующий электрическую мощность, выработанную на базе теплового потребителя.

-абсолютный коэффициент полезного действия турбины.

Выигрыш экономичности электростанции пропорцио­нален электроэнергии, вырабатываемой турбиной с противодавлением.

Оценка совершенства ПТУ при комбинированной выработке электроэнергии и теплоты по абсолютному КПД теряет смысл, поскольку вся теп­лота пара, идущего на турбину с противодавлением, используется полностью [21].

Некоторое количество теплоты может быть использовано на самой электростанции для подогрева питательной воды, поступающей в котел. Вместо подогрева питательной воды в котле теплотой сжигаемого топлива, можно, для повышения ее температуры, использовать пар, из отбора турбины, так чтобы теплота конденсации не терялось в конденсаторе с охлаждающей водой, а полезно использовалась в регенеративном подогревателе питательной воды.

Получаемое в регенеративном цикле повышение экономично­сти (как и с внешним потребителем теплоты) пропорционально энергии пара, который после турбины направляется тепловому потребителю. Увеличение числа отборов на регенерацию повы­шает термический КПД регенеративного цикла, однако усложняет и удорожает ПТУ.

Принципиально прогрессивным методом централизованного теплоснабжения является комбинированная выработка тепла и электроэнергии, для экономически оправданного использования которой целесообразность сооружения каждой отдельной ТЭЦ должна определяться на основе тщательного учета и анализа всей суммы факторов, оказывающих влияние на относительную экономичность ее сооружения и эксплуатации.

Если прилегающие к тепловым электростанциям районы должны потреблять большие количества тепла, целесообразнее прибегать к комбинированной выработке тепла и электроэнергии, чем снабжать эти районы теплом от специальных котельных, а электроэнергией - от конденсационных электростанций. Установки, служащие для комбинированной выработки тепла и электроэнергии, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ); они работают по теплофикационному циклу. 

Переход к более высоким начальным параметрам пара на конденсационных электростанциям при сохранении прежних начальных параметров на ТЭЦ может снизить относительную эффективность при комбинированной выработке тепла и электроэнергии. 

1-энергетический котел; 2 -паровая турбина; 3- конденсатор; 4-питатель-ный насос; 5 - водогрейный котел; 6- тепловой потребитель; 7 - сетевой насос; 8 - сетевой подогреватель.

Рисунок 9.1- Схемы раздельной (а) и комбинированной (б) выработки

электрической и тепловой энергии.

Однако наиболее экономичным источником тепла для крупных теплоснабжающих систем являются теплоэлектроцентрали, ТЭЦ, кроме преимуществ централизации теплоснабжения, которые дает и крупная котельная, может дать большую экономию за счет комбинированной выработки тепла и электроэнергии [21]. 

Расход условного топливо на выработку теплоты на ТЭЦ или в районной котельной, кг, [9]:

, кг/ч (9.2)

_{где Q-количество отпушенной потребителям теплоты, ГДж;}

- удельный расход условного топливо на выработку теплоты, кг/ГДж.

Удельный расход условного топлива на выработку теплоты на ТЭЦ или районной котельной без учета потерь теплоты во внутренних коммуникациях, кг/ГДж:

, кг/ГДж (9.3)

где ηк –КПД котельной ТЭЦ или районной котельной.

Расход условного топлива на выработку электрической энергии по теплофикационному ВТ.Э и конденсационному Вр.э циклам, кг:

, кг (9.4)

, кг (9.5)

_{где bTЭ и ; bКЭ -удельные расходы условного топливо на выработку электрической энергии по теплофикационному и конденсационному циклам, кг/(кВт.ч);}

_{ЭТ и Эк-выработка электрической энергии по теплофикацион- ному (на тепловом потреблении) и конденсационному циклам, кВт . ч;}

_{эТ -удельная комбинированная выработка электрической энергии на тепловом потреблении, кВт . ч/ГДж;}

_{QТ –количество теплоты отпущенное из отбора турбин на внешнее}

_{тепловое потребление, ГДж.}

_{Удельная комбинированная выработка электрической энергии на тепловом потреблении, кВт . ч/ГДж:}

, кВт ^.ч/ГДж (9.6)

где и –удельная комбинированная выработка электрической

энергии на базе внешнего и внутреннего теплового потребления, кВт ^. ч/ГДж;

–относительная выработка электрической энергии за счет регенеративного подогрева конденсата;

Нт -изоэнтропный перепад пара в отборе турбине от начальных

параметров до давления в отборе, кДж/кг;

hт, hк.т –энтальпия пара в отборе турбины и конденсата этого пара, кДж/кг;

ηоi –внутренний относительный КПД турбины;

ηэм= ηм ηг –электромеханический КПД установки;

ηм и ηг –механический КПД турбины и КПД генератора.

Относительная выработка электрической энергии за счет регенеративного подогрева конденсата по формуле Е. Я. Соколова:

, (9.7)

где hр - энтальпия пара условного регенеративного отбора, кДж/кг;

hп.в и h к.т - энтальпия питательной воды и конденсата пара из отбора, кДж/кг;

Нр - изоэнтропный перепад для потока пара условного регенера-тивного отбора, кДж/кг;

Нт - изоэнтропный перепад для потока пара поступающего в отбор турбины, кДж/кг.

Для расчета показателей паротурбинных установок с промежуточным перегревом пара в формулы (1.5) и (1.6) [9], следует представлять сумму Нт=Нт/+Нтʺ. В первое слагаемое Нт/–это изоэнтропный перепад от состояния пара перед турбиной до давления пред промежуточным перегревателем. Второе слагаемое Нт// -это изоэнтропный перепад от состояния за промежуточным перегривателем до давления в теплофикационном отборе.

Удельные расходы условного топлива на выработку электрической энергий в теплофикационном цикле и конденсационном цикле с учетом регенераций b_к^э, кг/(кВт^.ч):

, (9.8)

, (9.9)

где -КПД котельной электрической станций (ТЭЦ или КЭС);

- внутренний абсолютный КПД конденсационной выработки с учетом регенераций.

Внутренний абсолютной КПД конденсационной выработки без учета регенераций и с учетом регенерации :

, (9.10)

, (9.11)

где - изоэнтропный перепад конденсационного потока пара, кДж/кг;

h_o и h_к - энтальпии пара перед турбиной и конденсата после конденсатора, кДж/кг;

е_к - отношение выработки электрической энергии за счет регенеративного подогрева конденсата после конденсатора к чисто конденсационной выработке.

Значение ек можно подсчитывать по формуле (1.6) [9], в которой Нт следует заменить изоэнтропным перепадом конденсационного потока пара Нк, а величину hк.т -энтальпией конденсата после конденсатора hк. Формулы (1.6) и (1.9) можно использовать при наличии промежуточного перегрева. Для этого вместо Нк следует подставлять сумму Нк/+Нк//. Первое слагаемое Нк/-это изоэнтропный перепад от состояния пара перед турбиной до давления перед промперегревателем, второе Нк//-это промперегревателем до изотропный перепад от состояния за давления в конденсаторе. Кроме того, знаменатель формулы (1.9) [9] следует добавлять hп.п - повышение энтальпии пара в промежуточном перегревателе [9].