Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология централизованного производства электроэнергии и теплоты. Тепловая экономичность паротурбинных энергоблоков. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
О. В. БОРУШ, О. К. ГРИГОРЬЕВА
ТЕХНОЛОГИЯ
ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО
ПРОИЗВОДСТВА
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ТЕПЛОТЫ
ТЕПЛОВАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ
ПАРОТУРБИННЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ
Утверждено
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2024
УДК 621.311.22(075.8)
Б837
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор А. Г. Русина
канд. техн. наук, главный специалист ТМО
ОПН ООО «УралТЭП» И. В. Бородихин
Работа подготовлена кафедрой тепловых электрических станций
Боруш О. В.
Б837 Технология централизованного производства электроэнергии
и теплоты. Тепловая экономичность паротурбинных энергоблоков : учебное пособие / О. В. Боруш
, О. К. Григорьева. – Новоси-
бирск : Изд-во НГТУ, 2024. – 75 с.
ISBN 978-5-7782-5162-5
Приведена классификация электрических станций, современная
структура генерирующих мощностей ЕЭС России. Рассмотрены термодинамические циклы паротурбинных установок, используемых на ТЭС,
современные способы их анализа и совершенствования. Описаны схемы современных энергетических установок и вспомогательные хозяйства тепловых электростанций. Изложены основы расчета тепловой
экономичности паротурбинного энергоблока на базе энергетического
и эксергетического баланса. В
расчета теплофикационной паротурбинной установки, а также контрольные вопросы.
последнем разделе приводится пример
ISBN 978-5-7782-5162-5 © Боруш О. В., Григорьева О. К., 2024
© Новосибирский государственный
технический университет, 2024
УДК 621.311.22(075.8)
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................................... 4
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ..................................................... 5
2. СХЕМЫ И ЦИКЛЫ ПАРОТУРБИННЫХ ЭНЕРГОБЛОКОВ ...................... 15
3. СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ И ПОКАЗАТЕЛИ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ЭНЕРГОБЛОКА ................................................................................................. 29
4. ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ...................................................................... 39
5. ТЕПЛОВАЯ СХЕМА И ЦИКЛ ЭНЕРГОБЛОКА ........................................... 43
6. КОНДЕНСАЦИОННЫЙ РЕЖИМ ................................................................... 48
6.1. Энергетический метод расчета ................................................................ 48
6.2. Эксергетический метод расчета ............................................................... 50
7. ТЕПЛОФИКАЦИОННЫЙ РЕЖИМ ................................................................ 54
7.1. Энергетический метод расчета ................................................................ 54
7.2. Эксергетический метод расчета ............................................................... 56
7.3. Оценка экономии топлива при комбинированном производстве ......... 59
8. СХЕМА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО И ЭКСЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА ........ 61
9. ПРИМЕР РАСЧЕТА .......................................................................................... 63
Контрольные вопросы и задания .......................................................................... 68
Заключение ............................................................................................................. 70
Библиографический список .................................................................................. 71
Приложение. Теплота сгорания энергетических топлив .................................... 73
ВВЕДЕНИЕ
Тепловые электрические станции (ТЭС), вырабатывающие электрическую и тепловую энергию, необходимую для хозяйства страны,
играют ведущую роль в теплоэнергетике. ТЭС характеризуются высокой сложностью тепловых схем, многообразием физико-технических
процессов в элементах, большим количеством расходно-термодинамических и технико-экономических параметров. Составление и расчет
тепловых схем является сложной инженерной задачей, для
которой необходимо обладать базовыми знаниями в области теплоэнергетики.
В пособии рассмотрены термодинамические циклы паротурбинных
установок, используемых на ТЭС, современные способы их анализа и
совершенствования. Приведены описания и схемы энергетических
установок тепловых электростанций. В последнем разделе приводятся
пример расчета теплофикационной паротурбинной установки и контрольные вопросы.
Учебное пособие подготовлено
программой дисциплины «Технология централизованного производства электроэнергии и теплоты» и может быть использовано при изучении смежных курсов, таких как «Тепловые электрические станции».
При подготовке пособия использованы материалы [1–21].
в соответствии с образовательной
решения
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Производство электрической энергии и тепла в России осуществляется с использованием различных источников энергии, таких как
уголь, газ, нефть, ядерное топливо, вода и возобновляемые источники
энергии. При этом одним из основных направлений научно-технического прогресса остается теплофикация – комбинированное производство электрической и тепловой энергии.
Электрические станции можно классифицировать по назначению,
виду используемого источника энергии, типу установок, по работе
в энергосистеме, параметрам и т. д.
По виду используемого источника энергии выделяют следующие
типы электростанции:
тепловые электрические станции (ТЭС), использующие энергию
органического топливо (уголь, торф, газ, мазут);
атомные электростанции (АЭС), использующие атомную энер-
гию ядерных топлив (изотопы урана, тория, плутония, нептуния);
гидроэлектростанции (ГЭС) – электрическая энергия вырабаты-
вается за счет механической энергии воды рек;
солнечные электростанции (СЭС) – используют солнечное излу-
чение для получения электрической и/или тепловой энергии;
ветровые электростанции (ВЭС) – электрическая энергия выра-
батывается за счет энергии движения ветра;
геотермальные электростанции (ГеоЭС), использующие тепло-
вую энергияю подземных источников (например, гейзеров);
биоэлектростанции (БиоЭС), использующие энергию биоэнерге-
тических ресурсов (биомасса, отходы производства и потребления,
биогаз, свалочный и шахтный газ).
В структуре генерирующих мощностей Единой энергетической системы (ЕЭС) России на начало 2023 г. преобладают тепловые электри-
5
ческие станции (рис. 1.1) [12], которые обеспечивают более половины
а
всех мощностей Российской Федерации.
Структура установленных мощностей электростанций объединенных энергосистем (ОЭС) ЕЭС России представлена на рис. 1.2.
Рис. 1.1. Структура генерирующих
мощностей ЕЭС России
ОЭС Восток
Рис. 1.2. Структура генерирующих мощностей
по ОЭС России
6
По виду вырабатываемой и отпускаемой энергии электростанции
разделяют:
на конденсационные тепловые электрические станции (КЭС),
отпускающие только электрическую энергию;
теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), отпускающие электрическую
и тепловую энергию. Тепловая энергия отпускается в виде отработавшего пара или газа теплового двигателя либо в виде горячей воды.
На территории России функционирует 558 тепловых электрических
станций, их общая электрическая мощность составляет примерно
163,6 ГВт (на 01.01.2023 г.), при этом большая часть из них работает на
газе. Доля теплоэлектроцентралей составляет около 50 %, их общая
тепловая мощность составляет 287,2 тыс. Гкал/ч [13, 14]. Перечень
наиболее
крупных ТЭС, функционирующих в России по состоянию на
2021 г., приведен в табл. 1.1 [15]
Таблица 1.1
Наиболее крупные ТЭС России
Электрическая/
Наименование ТЭС
Сургутская ГРЭС-2 5667,1 / 840
Рефтинская ГРЭС 3800 / 350
Костромская ТЭС 3630 / 450
Пермская ГРЭС 3363 / 620 Пермский край Газ 1986
Сургутская ГРЭС-1 3333 / 903
Рязанская ГРЭС 3024 / 212,5 Рязанская область Газ, уголь 1974
Киришская ГРЭС 2555 / 1070
Конаковская ГРЭС 2520 / 120 Тверская область Газ 1965
Ириклинская ГРЭС 2430 / 119
Ставропольская ГРЭС 2423 / 145
тепловая
мощность,
МВт / Гкал/ч
Субъект РФ
Ханты-Мансийский АО
Свердловская область
Костромская область
Ханты-Мансийский АО
Ленинградская
область
Оренбургская область
Ставропольский
край
Основное
топливо
Газ 1985
Уголь 1970
Газ 1969
Газ 1972
Газ 1965
Газ 1970
Газ 1975
Год
ввода
7
Продолжение табл. 1.1
Электрическая/
Наименование ТЭС
тепловая
мощность,
Субъект РФ
Основное
топливо
Год
ввода
МВт / Гкал/ч
Березовская ГРЭС 2400 / 893 Красноярский край
Бурый
уголь
1987
Новочеркасская ГРЭС 2258 / 60 Ростовская область Газ, уголь 1965
Заинская ГРЭС 2204,9 / 145
Нижневартовская
ГРЭС
2031 / 758
Кармановская ГРЭС 1856,2 / 204
Республика Татарстан
Ханты-Мансийский АО
Респ. Башкортостан
Газ 1963
Газ 1993
Газ 1968
ТЭЦ-26 Мосэнерго 1840,9 / 4214 Москва Газ 1979
ТЭЦ-21 Мосэнерго 1765 / 4918 Москва Газ 1952
Среднеуральская
ГРЭС
Невинномысская
ГРЭС
1578,5 / 1222
1551,4 / 585
Шатурская ГРЭС 1500 / 344,3
Свердловская область
Ставропольский
край
Московская область
Газ 1936
Газ 1960
Газ 1925
Приморская ГРЭС 1467 / 237 Приморский край Уголь 1974
ТЭЦ-23 Мосэнерго 1420 / 4530 Москва Газ 1966
ТЭЦ-25 Мосэнерго 1370 / 4088 Москва Газ 1975
Няганская ГРЭС 1360 / 58,7
Назаровская ГРЭС 1373 / 300 Красноярский край
Томь-Усинская ГРЭС 1345,4 / 194
Ханты-Мансийский АО
Кемеровская область
Газ 2013
Бурый
уголь
1961
Уголь 1958
Красноярская ГРЭС-2 1274 / 976 Красноярский край Уголь 1961
Беловская ГРЭС 1260 / 229
Кемеровская область
Каменный
уголь
1964
Гусиноозерская ГРЭС 1224 / 224,5 Респ. Бурятия Уголь 1976
Южная ТЭЦ ПАО
«ТГК-1» (ТЭЦ-22)
Новосибирская ТЭЦ-5 1200 / 2730
1207 / 2353 Санкт-Петербург Газ 1978
Новосибирская
область
Бурый
уголь
1985
8
Окончание табл. 1.1
Я
Электрическая/
Наименование ТЭС
Набережночелнинская
ТЭЦ
ТЭЦ Волжского автозавода
ТЭЦ-22 Мосэнерго 1365 / 3649
ТЭЦ-20 Мосэнерго 1110 / 2557 Москва Газ 1952
Иркутская ТЭЦ-10 1110 / 563 Иркутская область Уголь 1962
ТЭЦ-27 Мосэнерго 1060 / 1876
Печорская ГРЭС 1060 /327 Республика Коми Газ 1979
йвинская ГРЭС 1048 / 69 Пермский край Газ 1963
Краснодарская ТЭЦ 1025 / 635,5
тепловая
мощность,
МВт / Гкал/ч
1180 / 4092
1172 / 3343 Самарская область Газ 1967
Субъект РФ
Республика Татарстан
Московская область
Московская область
Краснодарский
край
Основное
топливо
Газ 1971
Газ 1960
Газ 1992
Газ 1954
Год
ввода
По назначению электростанции выделяют:
районные электростанции общего пользования – самостоятель-
ные электростанции общего пользования, которые обслуживают все
виды потребителей района (промышленные предприятия, транспорт,
население и т. д.);
промышленные электростанции, входящие в состав производ-
ственных предприятий, предназначены в основном для энергоснабжения предприятий и прилегающих к ним районов.
Крупные районные КЭС, обслуживающие потребителей значительного района страны, получили название государственных районных электростанций (ГРЭС). Как правило, районные электростанции
имеют мощность более 1 млн кВт. В некоторых случаях ГРЭС могут
также обеспечивать потребителей тепловой энергией, однако доля ее
будет сравнительно невелика по сравнению с
отпущенной электро-
энергией.
В настоящее время для получения электрической и тепловой энергии на электростанциях используют следующие типы тепловых установок: паротурбинные (ПТУ), газотурбинные (ГТУ), парогазовые (ПГУ),
9
газопоршневые (ГПУ), с дизельными двигателями. Более эффективны
парогазовые установки (табл. 1.2, рис. 1.3), наибольшее распространение в России получили паротурбинные установки (рис. 1.4) [16].
Таблица 1.2
Эффективность генерации электроэнергии на ТЭС с разными
установками
№ п/п Наименование Значение, %
1 КПД ПГУ 50…64*
2 КПД ПТУ на газе 38…40
3 КПД ГТУ 36…44
4 КПД действующих ПТУ на угле 30…32
5 КПД новых угольных ПТУ на ССКП 45…46
6 КПД новых угольных ПТУ на УСКП 47…50
7 КПД ГПУ 43…45
*
КПД до 64 % заявляют зарубежные производители, отечественные –
до 59 % [16].
КПД, %
70
60
50
40
30
20
10
40,9
36
0
123456
36,8
58
45
Рис. 1.3. Сравнение эффективности энергоблоков ТЭС России и Запада:
1 – средний КПД ТЭС России; 2 – КПД газомазутного энергоблока Нижневар-
товской ГРЭС; 3 – средний КПД пылеугольных энергоблоков 500 МВт Рефтинской ГРЭС; 4 – средний КПД зарубежных пылеугольных энергоблоков нового
поколения на повышенные параметры пара; 5 – современные ПГУ утилизацион-
ного типа; 6 – перспективные зарубежные ПГУ
64
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]