ТЭС и АЭС_1 / Лекция 10

Лекция 10

Тепловой баланс и КПД простейшей электростанции

Конденсационные паротурбинные электростанции

Простейшая принципиальная схема КЭС представлена на рис. 1 Пар из парогенератора 1 поступает в паровую турбину 3 и после расширения (совершения работы) поступает в конденсатор 4, где конденсируется,

Рис. 1. Простейшая принципиальная схема конденсационной электростанции (а) и тепловой процесс расширения пара в турбине (б):

1 — парогенератор (ПГ); 2 — пароперегреватель; 3 — турбина; 4 — конденсатор; 5 — регенеративные подогреватели низкого давления; 6 — деаэратор; 7 — регенеративные подогреватели высокого давления; 8 — конденсатный насос; 9 — дренажный насос; 10— питательный насос; 11 — генератор; — расход пара в конденсатор и отборы; — давление острого пара, в отборах и конденсаторе; - энтальпия острого пара, в отборах и конденсаторе; —энтальпия питательной воды и конденсата после конденсатора.

отдавая тепло охлаждающей воде. Часть поступившего в турбину пара после частичного расширения отбирается из разных мест проточной части и направляется в подогреватели питательной воды 5, 6, 7. В них пар отдает тепло питательной воде, конденсируется и в виде конденсата вливается в общий поток питательной воды. В результате осуществляется регенеративный подогрев питательной воды, существенно повышающий тепловую экономичность электростанции.

Коэффициент полезного действия КЭС. На электростанции во всех стадиях преобразования одного вида энергии в другой происходит необратимая потеря энергии, которая учитывается соответствующими коэффициентами полезного действия (КПД).

КПД паротурбинной электростанции по выработке электрической энергии (КПД брутто) может быть представлен в виде произведения нескольких КПД, учитывающих потери на отдельных участках технологического цикла:

или

термический КПД цикла;

относительный внутренний КПД турбины;

механический КПД турбины и КПД электрического генератора;

коэффициент теплового потока;

КПД брутто парогенератора (цеха);

абсолютный электрический КПД брутто турбогенераторной установки (цеха).

Термический КПД характеризует эффективность термодинамического цикла преобразования тепловой энергии в электрическую. Для простейшего . идеального цикла водяного пара (цикла Ренкина) термический КПД нетто равен:

Рис. 2. Простейшая принципиальная схема конденсационной электростанции с промперегревом пара (а) и тепловой процесс расширения пара в турбине (б):

ПП — промежуточный пароперегреватель; — давление и энтальпия пара

до и после промежуточного перегрева; тепло, подведенное в промперегревателе; остальные обозначения те же, что на рис.1.

где — энтальпия пара в начале и конце адиабатического процесса расширения пара в турбине кДж/кг;

энтальпия конденсата турбины и питательной воды после насоса при ее адиабатическом сжатии, кДж/кг;

теоретическая работа сжатия воды в насосе

где: давление воды в нагнетательном и всасывающем патрубках наcoca, кгс/см²;

- средний удельный объем перекачиваемой воды, м³/кг.

Действительная работа сжатия воды в насосе:

где внутренний (гидравлический) и механический КПД. насоса.

Энергия, затрачиваемая на сжатие воды в насосе, переходит в тепло, возвращаемое питательной воде:

Действительный подогрев воды в насосе

Если пренебречь энергией сжатия насосов, термический КПД приближенно может быть найден из выражения:

Относительный внутренний КПД турбины складывается из двух КПД: относительного КПД, учитывающего степень технического совершенства проточной части турбины, , и коэффициента дросселирования , учитывающего потерю энергии за счет дросселирования пара во впускном и регулирующих органах.

где - энтальпия пара в конце действительного процесса расширения

в турбине (рис. 1), кДж/кг-,

- см. на рис. 1.

У современных мощных турбин при расчетной нагрузке , .

Произведение термического КПД на относительный внутренний представляет абсолютный внутренний КПД цикла

Для простейшей КЭС без учета работы насосов

Механический КПД турбины учитывает величину мощности, расходуемой турбиной на привод систем регулирования и маслонасоса, трение в подшипниках и т. п.:

где — мощность на валу турбины;

— мощность, передаваемая на вал электрического генератора. У современных турбин при номинальной нагрузке КПД электрического генератора учитывает потерю мощности в генераторе (электрические и механические потери)

где — мощность на клеммах генератора.

Для мощных электрических генераторов с водородным охлаждением

Произведение представляет электромеханический КПД. турбогенераторной установки. Произведение четырех КПД.

представляет абсолютный электрический КПД. брутто турбогенераторной установки или турбинного цеха по выработке электроэнергии.

Коэффициент теплового потока учитывает потери тепла в трубопроводах пара и воды, а также потери тепла с утечками рабочего тела через неплотности и продувкой (характеризует совершенство тепловой схемы станции и эксплуатации). Эти потери составляют 1—2% от потока тепла на выходе из парогенераторной.

КПД. КЭС по отпуску электрической энергии (КПД нетто) находится из выражений:

где - доля расхода электроэнергии на собственные нужды станции

отпущенная и расходуемая на собственные нужды станции электроэнергия, кВт∙ч

Удельный расход тепла турбинной установкой (цехом), на выработку электроэнергии (брутто)

Удельный расход тепла турбинной установкой (цехом) на отпущенную электроэнергию (нетто)

Удельный расход тепла конденсационной электростанцией на отпущенную электроэнергию

Расход топлива. Одним из основных показателей оценки экономичности работы конденсационной электростанции в целом является удельный расход условного топлива на 1 кВт∙ч отпущенной электроэнергии:

где - КПД КЭС брутто и нетто;

— доля расхода электроэнергии на собственные нужды КЭС от общей выработки.

Примерная величина для современных конденсационных блоков приведена в табл. 9-10.

ТЕПЛОФИКАЦИОННЫЕ ПАРОТУРБИННЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) - это электростанции, на которых осуществляется комбинированное производство электрической и тепловой энергии: пар после расширения в турбине (совершения работы) отбирается при нужных параметрах из регулируемого отбора или после турбины с противодавлением и направляется внешним потребителям. При таком цикле выработка электрической энергии на теплофикационном потоке пара производится, без потерь тепла в конденсаторе, что ведет к экономии топлива, являющейся основным достоинством теплофикации.

Расход топлива на ТЭЦ. Для электростанций с комбинированным произ­водством электрической и тепловой энергии устанавливаются два показателя топливоиспользования: удельный расход условного топлива на отпущенную электроэнергию и удельный расход условного топлива на отпущенную тепло­вую энергию.

Распределение общего расхода топлива на ТЭЦ на выработку электроэнергии и тепла может производиться по разности между суммарным расходом топлива В, известным в эксплуатационных условиях на один из указанных видов энергии:

Распределение расходов топлива на тепло и электроэнергию имеют принципиально важные значения в условиях рыночных отношений. От правильного решения этого вопроса конкурентоспособность ТЭЦ по каждому виду отдаваемой продукции.

Использовавшаяся ранее методика Министерства энергии и электрификации (физический метод) прогнозировала, что расход топлива на производство тепла от ТЭЦ должен быть равен расходу топлива как бы непосредственно из котла, а вся энергия топлива от комбинированного производства относилась только на электроэнергию. Также подход в условиях значимых затрат на транспорт на транспорт тепла привел к падению конкурентоспособности ТЭЦ по отпуску тепла. От этого похода пришлось отказаться и перейти к так называемому пропорциональному методу.

При пропорциональном методе оценка затрат электрический КПД ТЭЦ представляется в виде:

Здесь – коэффициент пропорциональности, характеризующий энергоценность отдаваемого топлива.

­­­­­­- число видов тепловой нагрузки ТЭЦ

Отсюда расход топлива на электроэнергию равен:

Часовой расход условного топлива на электроэнергию может быть определен по формуле:

Удельный расход условного топлива на отпущенную электроэнергию:

Удельный расход условного топлива на отпущенную тепловую энергию