Лекция № 6 Энергосбережение в теплоэнергетических установках(тэу)

Классификация ТЭУ

1. По виду сужаемого топлива:

• установки на органическом топливе

• установки на ядерном топливе

2. По виду рабочего тела:

• паротурбинные

• газотурбинные

• комбинированные (парогазовые)

3. По другим признакам:

• поршневые

• паро-, газотурбинные

• реактивные

• прямого преобразования тепловой энергии в электрическую энергию

• установки, использующие возобновляемые энергетические ресурсы

4. По виду отпускаемой энергии:

• конденсационные электростанции (КЭС ) - отпускают потребителю один вид знергии: электроэнергию

• ТЭЦ - отпускают два вида энергии: электроэнергию и тепловую.

Для каждого из представленных типов ТЭУ всеобъемлющим критерием энергоэффективности является удельный расход топлива на выработанную или отпущенную энергию.

Удельный расход топлива - это отношение расхода топлива к выработанной или отпущенной энергии. Единицы измерения удельного расхода топлива на выработанную или отпущенную электроэнергию - г/квт.час (кг/квт.час), г/Дж (кг/ГДж),на выработанную или отпущенную тепловую энергию – кг/ГДж (кг/Гкал).

Условное топливо

Для сравнения эффективности установок, сжигающих различные виды топлива, используется понятие условного топлива.

Условное топливо – это такое топливо, при сгорании одного килограмма которого выделяется (7000*4,186) 29300 кДж тепла. Количество тепла, выделяемого при сжигании одного килограмма топлива, называется теплотой сгорания (теплотворной способностью). Для расчетов используется рабочая масса топлива, обозначается Q_р^н. Для условного топлива Q_ус=29300 кДж/кг (29,3МДж/кг).

Примерные значения удельных расходов топлива

Дрова имеют Q_р^н = 8000 -12000 кДж/кг

Каменный уголь – 20000 – 30000 кДж/кг

Бензин – до 45000 кДж/кг.

Теплота сгорания любого топлива может быть представлена как произведение *Q_р^н, где коэффициент  = Q_р^н/ Q_ус (0,25 – 1,5)

Для определения экономичности (эффективности) ТЭУ можно использовать также понятия:

- удельный расход тепла брутто q^брт : отношении расхода тепла к выработанной энергии Э_выраб.

q^брт = Q_топ / Э_выраб

- удельный расход тепла нетто q^нет: отношении расхода тепла Q_топ к отпущенной энергии Э_отп .

q^нет =Q_топ / Э_отп;

Удельный расход тепла является обратной величиной КПД установки.

- КПД брутто, отношение выработанной электроэнергии к теплоте, выделяющейся при сгорании топлива.

= Э_выраб/ Q_топ ;

–КПД _Нетто это отношение отпущенной потребителю электроэнергии к теплоте, выделяемой при сгорании топлива

=1 / q^нет; (1)

Q_топ=В* Q_р^н; Э_выраб =N*

где B - расход топлива [кг/c] ;

N - средняя за рассматриваемый период электрическая мощность, кВт;

- продолжительность работы КЭС за рассматриваемый период, час;

cн - КПД собственных нужд;

, (2)

Где Сн – это затраты энергии внутри электростанции (на собственные нужды), включающей затраты на нагрев топлива, его подготовку к сжиганию, подачу топлива в топку котла, на транспорт теплоносителя и др.

Сн = 0,03-0,1 (3-10 %).

Не всё выделившееся при сгорании топлива тепло используется полезно, часть тепла теряется: с уходящими дымовыми газами, с недожогом топлива, в окружающую среду. Эффективность использования сжигаемого топлива в паровом котле (парогенераторе) определяется коэффициентом полезного действия котла (парогенератора). КПД брутто используется для расчетов без учета затрат энергии на собственные нужды и КПД нетто - с учетом затрат энергии на собственные нужды.

Итоговой величиной является удельный расход топлива на выработанную b^брт и отпущенную энергию b^нет

b^брт = B/Э^брт,кг/(кВт_*час) ; b^нет = B/Э^нет ,кг/(кВт_*час) (3)

1кВт_*час =1кДж/с*3600с =3600кДж=3,6МДж

КПД брутто парогенератора - отношенияполезно используемого тепла Q₁, переданного в парогенераторе рабочему телу к количеству тепла Q_топ ,выделившегося при сгорания топлива.

КПД брутто установки можно выразить через отдельные составляющие КПД

(3)

_ту - КПД турбоустановки;

_ту =_t_oi_м_ег (4)

_t – термический КПД

КПД, учитывает механические потери в турбине и в генераторе (0,99);

электрические потери в генераторе (0.99);

КПД транспорта тепла (0.99).

Для ТЭС без промперегрева

, (5)

D₀ - расход пара, поступающего из котла в турбину, кг/с; q₁=H₀ - H_пв;

Н₀ - энтальпия пара на выходе из котла, кДж/кг;

Н_пг - энтальпия питательной воды, кДж/кг;

.

Для ТЭС с промперегревом

(6)

- тепло, затраченное на перегрев пара в промежуточном пароперегревателе.

q_nn = (H_nn – H_x)*d_nn,

где H_nn , H_x - энтальпия пара на входе и выходе пароперегревателя, кДж/кг;

d_nn - относительный расход пара в пароперегреватель.

Термический КПД - это отношение полезно использованного теплаq _пол (работы) в турбоустановке в идеальном процессе к подведенному теплу q₁

(7)

q₂ - отведенное тепло;

Из выражений ( 1 ) – (7) следует, что экономичность (эффективность) ТЭУ зависит от многих факторов:

- КПД парогенератора(котла);

- КПД собственных нужд;

- КПД транспорта тепла;

- КПД турбоустановки, которая определяется внутренним относительным и термическим КПД.

Для паротурбинной установки термический КПД определяется температурой и давлением пара, поступающего в турбину; наличием промперегрева, параметрами промперегрева пара: давлением и температурой; температурой питательной воды и другими факторами.