Тепловая экономичность электростанций характеризуется КПД, удельными расходами теплоты и условного топлива. КПД конденсационных электростанций Основным показателем энергетической эффективности станции является КПД по отпуску электрической энергии – абсолютный электрический КПД.
Э – выработка электроэнергии; Э с.н – расход электроэнергии на собственные нужды; Q з – затраченная энергия (располагаемая теплота, введенная в котел).
Q п.к – полезная тепловая мощность парового котла; η п.к – КПД парового котла; В – расход топлива; − низшая рабочая теплота сгорания топлива. Для КЭС:
2. Цикл Ренкина в ( T, s) и ( h, s) диаграммах Основой технологического процесса выработки механической энергии (работы) паросиловой установкой является цикл Ренкина, состоящий из изобар подвода и отвода теплоты и адиабат работы пара в турбине и работы питательного насоса. Паросиловая установка – энергетическая установка, состоящая из парового котла и парового двигателя, в котором энергия водяного пара превращается в механическую работу.
а – идеальный цикл; б - действительный
Процессы цикла Ренкина: 1-2 – адиабатное расширение пара в турбоустановке; 2-3 – конденсация пара в конденсаторе; 3-4 – повышение давления воды в конденсатном и питательном насосах; 4-5 – подогрев воды до температуры насыщения в регенеративном подогревателе и водяном экономайзере; 5-6 – превращение воды в пар; 6-1 – перегрев пара в пароперегревателе.
Термический КПД идеального цикла Ренкина: − расход теплоты из горячего источника; − потеря теплоты в холодном источнике при адиабатном расширении; h 0 – энтальпия свежего пара; h п.в – энтальпия питательной воды; h к.а – энтальпия отработавшего пара при адиабатном расширении; − энтальпия конденсата отработавшего пара.
3. Основные составляющие абсолютного КПД КЭС КПД КЭС зависит от КПД турбоустановки η ту, парового котла η п.к и КПД транспорта пара по трубопроводам η тр. КПД турбоустановки учитывает потери при дросселировании потока пара в проточной части турбины, механические потери, потери в электрическом генераторе и потери в холодном источнике. Последние являются наибольшими в цикле паротурбинной установки.
Абсолютный электрический КПД турбоустановки η ту : Q ту – расход теплоты пара на турбоустановку, кДж/ч; N э – электрическая мощность турбины, кВт. Значение КПД парового котла определяется суммой потерь теплоты с уходящими газами q 2, химической и механической неполнотой сгорания топлива q 3 и q 4, в окружающую среду q 5, со шлаком q 6.
КПД транспорта тепловой энергии: Электрическая мощность турбины: N а – мощность турбины в идеальном процессе; η о i – внутренний относительный КПД турбины; η м – механический КПД турбины; η г – КПД электрического генератора.
Абсолютный электрический КПД турбоустановки: или: η t – термический КПД цикла Ренкина. КПД КЭС брутто:
Принимая η t = 0,55; η o i = 0,85; η м = 0, 99; η г = 0, 98 5 ; η тр = 0, 99; η п.к = 0, 92, получаем При осуществлении технологического процесса часть энергии расходуется на собственные нужды КЭС (расход электроэнергии на тягодутьевые машины, насосы) в размере 4–6 % от выработки электроэнергии.
4. Расход пара, расходы теплоты и топлива на КЭС Расход пара на турбину КЭС D 0, кг/с, определяется из условия энергетического баланса: Расход теплоты на турбоустановку Q ту, кВт: Удельный расход теплоты q ту, кДж/(кВт·ч):
При η ту = 0,44–0,46 : q ту = 8180–7820 кДж/(кВт·ч). Удельный расход теплоты на КЭС: Мерой экономичности электростанции, наряду с КПД и удельным расходом теплоты, служит удельный расход условного топлива b у.т = B у.т / N э, кг/(кВт·ч).
Общее уравнение теплового баланса КЭС: Тепловую экономичность станции принято оценивать расходом условного топлива с теплотой сгорания Q у.т = 7000 ккал/кг = = 29330 кДж/кг. Для условного топлива уравнение теплового баланса имеет вид:
В последнем уравнении В у.т выражен в кг/с. Если выражать В у.т в кг/ч, то уравнение теплового баланса примет вид: Удельный расход топлива, кг/(кВт·ч): Для значений : b у.т = 330–310 г у.т./(кВт·ч).
5. Расчет процесса работы пара в конденсационной турбине без регулируемого отбора Исходные данные: - мощность на зажимах генератора N э, кВт; - рабочее число оборотов ротора турбины n, об./мин; - начальные параметры пара: давление р 0, ата, и температура t 0, °C ; - давление в конденсаторе р к, ата.
Тепловой расчет начинают с предварительного построения процесса на h-s - диаграмме. 1) На диаграмме h-s по параметрам р 0, t 0 наносят точку А 0. h, кДж/кг s, кДж/ ( кг·К) р 0 t 0 A 0
2) Из точки А 0 проводят линию адиабатного процесса до пересечения с изобарой, соответствующей давлению отработавшего пара р к. Точку пересечения обозначают А 1 t. h, кДж/кг s, кДж/ ( кг·К) р 0 t 0 A 0 p к A 1 t
3 ) Определяют разность энтальпий точек А 0 и А 1 t : Н 0 = h 0 – h 1 t, т.е. располагаемый теплоперепад на турбину без учета потери давления в стопорном и регулирующем клапанах. h, кДж/кг s, кДж/ ( кг·К) р 0 t 0 A 0 p к A 1 t H 0
4) Потерю давления в стопорном и регулирующем клапанах за счет дросселирования принимают Δ р = (0,03–0,05) р 0. Обычно берут Δ р =0,05 р 0, тогда давление пара будет равно На диаграмме h-s проводят изобару, соответствующую давлению. 5) Проведя из точки А 0 линию постоянной энтальпии h =const до пересечения с изобарой, намечают точку.
h, кДж/кг s, кДж/ ( кг·К) р 0 A 0 p к A 1 t H 0 рʹ 0 Aʹ 0
6) Потерю давления в выхлопном патрубке (от последней ступени турбины до конденсатора) принимают Δ р в.п = 0,08 р к. 7) Определяют давление пара на выходе из последней ступени р 2 = р к + Δ р в.п. Изобару р 2 наносят на диаграмму h-s. 8) Проведя из точки линию адиабатного процесса до пересечения с изобарой р 2, намечают точку. Определяют разность энтальпий в точках и :
h, кДж/кг s, кДж/ ( кг·К) р 0 A 0 p к A 1 t H 0 рʹ 0 Aʹ 0 p 2 Aʹ 1 t Hʹ 0
9 ) По известному значению внутреннего относительного КПД турбины η о i определяют предполагаемый используемый теплоперепад Н i = H 0 η о i. 10) Откладывают от точки вниз по адиабате используемый теплоперепад Н i и находят точку С. Проводя через точку С линию, параллельную оси s, до пересечения с изобарой р 2, получают точку В, характеризующую состояние пара после выхода из последней ступени турбины.
h, кДж/кг s, кДж/ ( кг·К) р 0 A 0 p к A 1 t H 0 рʹ 0 Aʹ 0 p 2 Aʹ 1 t C H i B
11) Соединив точки и В прямой линией, определяют предполагаемый процесс расширения пара в турбине. h, кДж/кг s, кДж/ ( кг·К) р 0 A 0 p к A 1 t рʹ 0 Aʹ 0 p 2 Aʹ 1 t C B
6. Производство тепловой и электрической энергии на ТЭЦ. Особенностью ТЭЦ является комбинирование производства тепловой и электрической энергии, что приводит к экономии топлива по сравнению с тем случаем, когда электроэнергия и тепловая энергия вырабатываются раздельно. Производство тепловой и электрической энергии на ТЭЦ осуществляется на теплофикационной турбоустановке.
Пар, поступающий на вход турбины, делится в ней на два потока. Один поток пара. Расширяясь по длине всей проточной части, в конце расширения с достаточно низким давлением (вакуумом) отводится в конденсатор. Электроэнергия, произведенная на основе этого потока, считается выработанной по конденсационному циклу. Второй поток пара, расширяясь в турбине, отбирается из промежуточной точки проточной части.
Места отборов определяются требованиями параметрам отбираемого пара. Электроэнергия, полученная за счет работы этого потока пара, считается выработанной по теплофикационному циклу. Работа, произведенная 1 кг пара этого потока, и соответственно электроэнергия, выработанная на основе этой работы, будут всегда меньше, чем работа и электроэнергия, произведенные 1 кг пара конденсационного цикла.
Обозначим долю пара, работающего по конденсационному циклу, α к, а долю пара, работающего по теплофикационному циклу, α отб, тогда α к + α отб = 1. При наличии производственного и отопительного отбора α отб = α п + α т. Тогда α к + α п + α т = 1.
Современные теплофикационные турбины имеют два отопительных отбора – верхний и нижний, т.е. α т = α т.в + α т.н. И в общем случае α к + α отб = α к + α п + α т.в + α т.н = 1. Для теплофикационных турбин с противодавлением, когда отсутствует конденсатор, весь пар после последней ступени направляется к тепловому потребителю. В этом случае α отб = 1 и α к = 0.
Для ТЭЦ принято разделять показатели по выработке электроэнергии и по отпуску теплоты. 1) Общий расход теплоты на ТЭЦ: 2) Общий расход теплоты на турбоустановку:
Q з = Q п.к + Δ Q п.к, где Q п.к − тепловая нагрузка парового котла; Δ Q п.к − потери теплоты в котле. Общий расход теплоты на турбоустановку Q ту = N i + Q т + Δ Q к, где N i – внутренняя мощность турбины (без учета потерь в конденсаторе); Q т – расход теплоты на внешнего потребителя; Δ Q к – потери теплоты в конденсаторе паровой турбины.
3) Различают два вида КПД ТЭЦ и два вида КПД турбоустановки: а) по производству и отпуску электрической энергии б) по производству и отпуску тепловой энергии
затраты теплоты на внешнего теплопотребителя; отпуск теплоты потребителю. Для ТЭЦ в целом с учетом КПД парового котла η п.к и КПД транспорта теплоты η тр получим:
Значение основном определяется значением, значение определяется значением. Процесс совместного производства электроэнергии и тепловой энергии характеризуется полным КПД брутто ТЭЦ: где Э и Q т – количество выработанной электрической и тепловой энергии.
