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
L
Е
j
E
Е
Е
∑
j
ех
∑
,
Е
(4.6)
изр
где
– сумма полезной эксергии теплоты, химической продукции,
отдаваемой потребителям.
В соответствии с этими принципами эксергетический КПД котельной установки составит
ЕЕ ЕЕ
КУ
где
и
пар
ПВ
пар ПВ 11 *1 ПП ПП * ПП
ех
– эксергия выработанного пара и питательной воды;
D , ППD , ПВD – расход острого пара, пара в пароперегревателях
где
1
и питательной воды соответственно;
пар ПВ пар ПВ
Е
топл
()+( )ЕЕDh Т SDhТ S
(4.8)
∑
ВQ
*
,h
,S
1
1
,
(4.7)
Н
Р
,Dh Т S
,h
ПП
,S
,h
ПП
ПВ
S
–
ПВ
соответствующие энтальпия и энтропия.
Эксергетический подход может широко применяться при анализе
работы ТЭЦ – от определения функционального состояния оборудования и энергоблоков ТЭЦ до определения практических границ теплофикации при задачах поиска наилучших режимов загрузки энергоблоков.
ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ
С учетом второго начала термодинамики тепловая энергия не может без потерь превращаться в работу. Роль потерь эксергии в разных
элементах системы неодинакова. Она тем больше, чем дальше от начала технологической цепочки находится рассматриваемый элемент,
и тесно связана с эксергетическим КПД отдельных элементов.
Для получения в энергоблоке максимально возможной работы
теплообмен между энергоносителями должен проходить при бесконечно
малой разности температур, а перемещение сплошных масс среды из
области одного давления в область другого давления должно сопровождаться бесконечно малой работой трения.
41
Для энергоблока в реальных условиях холодным источником слу-
T
жит окружающая среда, температура которой
цикла постоянна и не зависит от работы цикла, а температура
для паротурбинного
*
T
горя-
1
чего источника является переменной.
При термодинамическом анализе все виды потерь эксергии услов-
но разделяют на внешние и внутренние [21].
В большинстве промышленных энергетических процессов происходит передача в окружающую среду сбросного продукта. Параметры
состояния таких компонентов обычно отличаются от параметров
окружающей среды. Следовательно, сбросной продукт имеет еще некоторую неиспользованную
эксергию. В окружающей среде эта эксергия исчезает в результате необратимого выравнивания параметров состояния сбросного продукта с параметрами компонентов окружающей
среды. Потери эксергии, возникающие в результате этих необратимых
изменений, называют внешними потерями эксергии. К таким потерям
можно отнести потери теплоты через тепловую изоляцию с выходящими из системы продуктами, энергия
которых не используется в системе (например, с дымовыми газами, шлаком). Внешние потери эксергии численно равны эксергии сбросного продукта, выпускаемого
в окружающую среду.
В отличие от внешних внутренние потери возникают в результате
необратимых процессов, протекающих в пределах исследуемой установки. Эти потери связаны с гидравлическими сопротивлениями, дросселированием, трением
в машинах, тепло- и массообменом при конечных разностях температур и концентраций, и для их уменьшения
необходимо, например, изменять технологию. При расчете внутренних
потерь эксергии проявляется только один параметр окружающей среды – температура
T
.
*
Обычно потери эксергии рассчитываются для элементов исследуемого теплового процесса (например, для теплообменника или турбины). Если в рассматриваемом элементе в одном и том же месте
одновременно происходит несколько необратимых явлений, то принципиально можно определить только общие потери эксергии, вызванные ими. Поскольку эти явления влияют друг на друга,
речь
может идти только об условном разделении.
42
5. ТЕПЛОВАЯ СХЕМА И ЦИКЛ ЭНЕРГОБЛОКА
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Рассчитать принципиальную тепловую схему с регенеративным
(деаэраторным) подогревом питательной воды теплофикационного
энергоблока на основе метода энергетического и эксергетического баланса. Определить энергетические и эксергетические потери, сравнить
эффективность работы энергоблока на конденсационном и теплофикационном режиме. Сравнить энергетические и эксергетические показатели эффективности энергоблока при работе на заданных режимах. По
результатам
тических балансов. Определить экономию топлива при комбинированной выработке тепло- и электроэнергии теплофикационным энергоблоком заданной электрической мощности (N
с выработкой такого же количества электроэнергии и тепла на раздельных установках (конденсационном энергоблоке и котельной).
Заданы:
электрическая мощность теплофикационного энергоблока N
начальные параметры пара (давление P
температура промежуточного перегретого пара
с промперегревом);
давление конденсации
давление в деаэраторе,
относительный расход пара в регулируемый теплофикационный
отбор (для теплофикационного режима)
температура сетевой воды
вид топлива (бурый, каменный уголь, газ, мазут).
расчетов построить диаграммы энергетических и эксерге-
) по сравнению
Г
;
Г
и температура t0);
0
t
(для блоков
ПП
;P
К
;P
Д
;
Т
;t
СВ
43
ОПИСАНИЕ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ
N
И ЦИКЛ ЭНЕРГОБЛОКА
Теплофикационный энергоблок при работе на теплофикационном и конденсационном режиме имеет одну и ту же электрическую
мощность
МВт. Принципиальная тепловая схема показана на
Г
рис. 5.1.
Твердое топливо в количестве
В после системы топливоподготов-
ки поступает к горелкам котла. Для жидкого и газообразного топлива
система топливоподготовки в настоящей работе не учитывается.
Перегретый пар после котла подается с температурой
лением
P
бар в паровую турбину. Если турбина с промперегревом, то
0
t С и дав-
0
после расширения пара в части высокого давления (ЧВД) турбины пар
возвращается в котел на промежуточный перегрев и далее поступает
в турбину в часть среднего давления (ЧСД) с температурой
лением
Отработавший пар конденсируется при давлении
ПП
.P
P бар в конден-
t и
дав-
ПП
К
саторе.
Конденсат конденсатными насосами подается к деаэратору, где за
счет пара, отбираемого из турбины, осуществляется как деаэрация
питательной воды, так и ее подогрев до температуры конденсации
греющего пара. После деаэратора вода подается питательным насосом
в котел.
Часть электроэнергии, вырабатываемая электрогенератором, равная затратам на собственные нужды энергоблока,
через трансформатор
собственных нужд подводится к электродвигателям вспомогательных
механизмов.
Для снабжения теплофикационных потребителей из отбора турби-
ны в количестве
сетевой воды до температуры
подается пар в сетевую установку для подогрева
Т
.t В расчетах принято, что конденсат
СВ
этого пара полностью отводится в деаэратор.
На конденсационном режиме теплофикационный отбор отключен
и
= 0.
Т
44
Р
Р
N
Р
В
Р
2
В
1
3
4 5
6
, t0
0
N
Г
14
Г
Р
К
12
15
16
7
1 7
18
13
8
10
9
21
11
19
Q
Т
tСВ
20
Т
а
, t
ПП
ПП
22
0, t 0
18
17
Г
Г
7
14
К
12
15
16
13
8
9
21
10
19
t
11
Q
T
СВ
20
T
2
1
3
5
4
6
б
Рис. 5.1. Принципиальная тепловая схема тепло-
фикационного энергоблока без промперегрева (а)
и с промперегревом (б):
1 – система топливоподготовки; 2 – котел; 3 – система
очистки дымовых газов; 4 – дымосос; 5 – дымовая труба;
6 – дутьевой вентилятор; 7 – паровая турбина; 8 – электрогенератор; 9 – трансформатор собственных нужд; 10 – повышающий трансформатор; 11 – потребитель электроэнергии; 12 – конденсатор; 13 – циркуляционный насос
системы технического водоснабжения; 14 – конденсатный
насос; 15 – деаэратор; 16 – питательный
пара на деаэратор; 18 – теплофикационный отбор пара;
19 – потребители тепла; 20 – сетевая установка; 21 – сете-
вой насос; 22 – промежуточный пароперегреватель
насос; 17 – отбор
45
ПОСТРОЕНИЕ ЦИКЛА
х
х
S
ТЕПЛОФИКАЦИОННОГО ЭНЕРГОБЛОКА
Строится цикл энергоблока: без промперегрева 0, К, К, КН, Д, ПН
(рис 5.2,
а), с промперегревом 0, 1, ПП, К, К, КН, Д, ПН (рис 5.2, б):
ПН-0 – изобарный процесс генерирования пара;
0-1 – действительное расширение пара в ЧВД турбины;
1-ПП – изобарный промежуточный перегрев пара в котле;
ПП-К – действительное расширение пара в ЧСД и ЧНД турбины;
К-К
– изобарно-изотермическая конденсация отработавшего пара;
К
-КН – изоэнтальпийный процесс сжатия воды в кондесатном насосе;
КН-Д – изобарный подогрев воды в деаэраторе;
Д-ПН – изоэнтальпийный процесс сжатия воды в питательном насосе.
P
КН
(ПВ)
ПН
Д
t
0
0
1s
Р
Д
Р
0
t
ПП
Р
ПП
ПП
1
R
К
= 0
РК
К
К
S
= 1
а б
Рис. 5.2. Цикл теплофикационного энергоблока без промперегрева (а)
и с промперегревом (б)
Процесс расширения пара в турбине строится от точки 0 (при
00
),.Pt
Состояние в точке 1 определяется как состояние пара при давлении
P
и энтальпии
ПП
.h
Давление промперегрева
1
ПП 0
6.PP
Р
принимается как
ПП
(5.1)
Энтальпия определяется как, кДж/кг:
где
– КПД
hh hh
10 01Т
паровой турбины,
Т
(),
= 0,83...0,85.
Т
46
(5.2)
S
Параметры в точке ПП находятся как состояние пара при темпера-
R
t
туре
и давлении
ПП
Р .
ПП
Состояние отработавшего пара после турбины находится на изоба-
Р
по энтальпии этого пара
ре
К
h
:
К
для блоков без промперегрева
hhhh
К 00КТ
()
; (5.3)
S
для блоков с промперегревом
hh h h
КПП ППКТ
()
При давлении в конденсаторе
, энтальпия в точке К находится как
К
(, 0)hfPx
КК
P строится процесс конденсации К,
К
. (5.4)
S
. (5.5)
Состояние в точке Д характеризует состояние питательной воды
после деаэратора (при давлении
.)P
Д
Процессы в конденсатном и питательном насосе принимаются
в расчетах изоэнтальпийными. Точка
на пересечении изобары
PP с линией процесса расширения пара
Д
R определяется на диаграмме P, S
в турбине 0, К. Точка ПН определяется как состояние питательной воды –
ПВ при температуре питательной воды
ПВ Д
) (tfР и давлении 0.Р
Энтальпии в характерных точках цикла могут быть определены по
диаграмме
Параметры
P, бар
t, С
h, кДж/кг
s, кДж/(К кг)
P, S и записаны в таблицу.
Параметры цикла
Характерные точки цикла
0 1s 1 ПП R КS К
КН Д ПВ
К
47
N
H
R
R
6. КОНДЕНСАЦИОННЫЙ РЕЖИМ
6.1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА
1. Определяется расход перегретого пара на турбину, кг/с:
N
D
0
Н
y
1 η()
RR
, (6.1)
ЭМ
где
– мощность, кВт; Н – теплоперепад на турбину, кДж/кг;
Г
для блоков без промперегрева
hh
; (6.2)
0 К
для блоков с промперегревом
y
– коэффициент недовыработки для отбора пара на деаэратор:
R
– относительный расход пара из отбора турбины на деаэратор (для
R
()( )H hh h h
01 ПП К
()
yhhH
К
R
; (6.3)
; (6.4)
подогрева питательной воды):
– электромеханический КПД турбогенератора; ЭМ = 0,97...0,98.
ЭМ
()()
hhhh
ПВ К К
R
; (6.5)
2. Теплота, расходуемая на выработку электроэнергии, кВт:
для блоков без промперегрева
Э 00
()QDhh
48
, (6.6)
для блоков с промперегревом
R
R
где
DD
0 ПП
()()QD Dhh h h
Э 0 ПП0 ПП 1
D
– расход пара на промежуточный пароперегрев, кг/с;
ПП
.
, (6.7)
3. Теплота, отводимая к циркводе в конденсаторе, кВт:
QD hh
(1 )( )
0 КК
. (6.8)
4. Теплота регенеративного подогрева питательной воды в деаэра-
торе, кВт:
QDhh
5. Расход топлива на котел, кг/с (м
где
η – КПД котла (гл. 3).
К
В
()
0
RR
3
/с):
10
Q
Э
, (6.10)
η
Q
К
. (6.9)
3
6. Теплота топлива, не используемая в котле, кВт:
Q ВQ
G
(1 η )1 0
3
К
. (6.11)
7. Расход электроэнергии на собственные нужды зависит от вида
топлива, от системы пылеприготовления и технического водоснабжения, а также от режима работы оборудования (гл. 3).
Расход электроэнергии на тягодутьевые установки, кВт:
3, 6ψND
ТД ТД 0
; (6.12)
расход электроэнергии на топливоприготовление, кВт:
3, 6ψNВ
ТП ТП р
; (6.13)
расход электроэнергии на циркуляционные, конденсатные насо-
сы, кВт:
NDm
3, 6(1 ) ( )
ЦН 0 ЦН охл КД
R
49
; (6.14)
расход электроэнергии на питательные насосы, кВт:
N
Е
Е
0,14 η .N р D
ПН 00 ПН
(6.15)
Суммарный расход электроэнергии, кВт:
NNNNN
CНТДТПЦНПН
. (6.16)
8. КПД собственных нужд
3
η =10
СН Γ СН Γ
NN
. (6.17)
9. КПД турбогенераторной установки по производству электро-
энергии
η 10NQ
3
. (6.18)
Э
10. КПД по отпуску электроэнергии:
η 10 ηη η η
NNBQ
N
3
СН К ΤΡ СН ΤΓ
, (6.19)
11. Удельный расход условного топлива на отпускаемую электро-
энергию, кг. у. т/(кВт
ч):
0,123 η
b
NN
. (6.20)
6.2. ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА
Данные для расчета берутся из п. 6.1. Основные потери эксергии
показаны на рисунке.
1.
Химическая эксергия топлива, кВт:
3
0
. (6.21)
10ЕВQ
Эксергетическая потеря в котле, кВт:
2.
ЕЕ
К G
. (6.22)
Неиспользованная в котле часть эксергии топлива (потеря эксергии
из-за химического и механического недожога, уходящих газов, излучения обмуровкой):
G
(1 η )
50
. (6.23)
Е
К 0
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]