- •Лекция 1
- •Раздел I. Проблемы развития энергетики
- •1.1. Энергетика и энергетические ресурсы
- •По отдельным регионам, тВт∙ч
- •1.1.1. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии
- •России до 2050 г.
- •Лекция 2
- •1.1.2. Перспективы использования твердого топлива. Основные месторождения ископаемого твердого топлива рф
- •Лекция 3
- •1.1.3. Перспективы развития нефтяного комплекса и систем газоснабжения. Месторождения нефти и газа
- •По состоянию на начало 2001 г.
- •Лекция 4
- •1.2. Технические характеристики топлив
- •1.2.1. Технические характеристики мазута
- •1.2.2. Технические характеристики газа
- •1.2.3. Характеристики твердого топлива
- •Горение топлива
- •1.3.2. Основные потребители воды и характеристика сточных вод
- •1.4. Энергосберегающие технологии в энергетике. Энергоаудит
- •Лекция 6
- •Раздел II. Виды потребления энергии и графики нагрузок
- •2.1. Электрическое потребление
- •2.2. Тепловое потребление
- •Раздел III. Технологические схемы
- •Раздельного и комбинированного производства
- •Электроэнергии и тепла
- •Лекция 7
- •3.1. Тепловые схемы котельных
- •3.1.1. Принципиальная тепловая схема (птс) котельной с паровыми котлами
- •3 .1.2. Принципиальная тепловая схема (птс) котельной с водогрейными котлами для закрытых систем теплоснабжения
- •3.1.3. Принципиальная тепловая схема (птс) котельной для открытых систем теплоснабжения с водогрейным котлами
- •3.1.4. Принципиальная тепловая схема (птс) котельной с паровыми и водогрейными котлами
- •3.1.5. Котельная с комбинированными пароводогрейными агрегатами
- •Лекция 8
- •3.2. Принципиальная технологическая схема паротурбинной электростанции
- •3.3. Технологическая структура электростанций
- •Лекция 9
- •Раздел IV. Классификация тепловых электрических станций (тэс)
- •Раздел V. Показатели тепловой и общей экономичности тэс
- •Лекция 12
- •5.1.3. Расходы пара, тепла, топлива и коэффициенты полезного действия конденсационной электростанции с промежуточным перегревом пара
- •Лекция 13
- •5.2. Тепловая экономичность и энергетические показатели теплоэлектроцентралей (тэц)
- •5.2.1. Расходы пара и тепла на теплофикационные установки
- •Численное значение э находится в пределах 50 – 180, возрастая с повышением начальных параметров и снижением конечного давления.
- •Лекция 14
- •Первое слагаемое в формуле (5.2.9)
- •5.2.2. Энергетические показатели тэц
- •Лекция 15
- •Раздел VI. Начальные параметры и промежуточный перегрев пара
- •6.1. Зависимость тепловой экономичности тэс от начальных параметров пара
- •6.2. Промежуточный перегрев пара на кэс
- •Лекция 16
- •6.3. Промежуточный перегрев пара на тэц
- •6.4. Влияние конечных параметров пара на тепловую экономичность тэс
- •6.5. Способы промежуточного перегрева пара
- •Раздел VII. Регенеративный подогрев
- •7.2. Расход пара на турбину с регенеративными отборами
- •7.3. Типы подогревателей и схемы их включения
- •7.4. Оптимальное распределение регенеративного подогрева питательной воды на кэс
- •7.4.1. Распределение регенеративного подогрева воды и отборов в турбине при промежуточном перегреве пара
- •7.4.2. Охладители пара отборов и их влияние на распределение регенеративного подогрева воды
- •7.5. Регенеративный подогрев воды на теплоэлектроцентралях (тэц). Распределение регенеративного подогрева воды на тэц
5.2.2. Энергетические показатели тэц
Коэффициент полезного действия теплофикационной турбоустановки по производству электрической энергии за единицу времени (1 сек.)
, (5.2.11)
где и – соответственно расход тепла турбоустановкой и на внешнего потребителя, кВт.
Коэффициент полезного действия теплофикационной турбоустановки по отпуску тепловой энергии равен кпд установки для отпуска тепла:
(5.2.12)
где и – соответственно отпуск тепла внешнему потребителю и затраты тепла на него турбоустановкой.
Коэффициенты полезного действия парогенератора и транспорта тепла (трубопроводов) не различаются для электрической и тепловой энергии; они определяются едиными для обоих видов энергии процессами. С учетом этих кпд получим для процесса производства электрической энергии тепловую нагрузку парогенераторов:
расход тепла топлива на станции
;
кпд ТЭЦ по производству электрической энергии
; (5.2.13)
преобразуя это выражение, получим:
. (5.2.14)
Для процесса производства тепловой энергии получаем:
тепловая нагрузка парогенераторов, кВт,
расход тепла топлива на производство тепловой энергии
.
Соответственно кпд ТЭЦ по производству тепловой энергии
; (5.2.15)
преобразуя это выражение, получаем:
. (5.2.16)
Общий расход топлива на ТЭЦ распределяется между электрической и тепловой энергией:
, (5.2.17)
где – расход топлива на производство электрической энергии, кг/с; – расход топлива на тепло, отпускаемое внешнему потребителю, кг/с.
Каждая из этих величин связана с соответствующим кпд следующими уравнениями энергетического баланса:
общий расход топлива В – с полным кпд ТЭЦ:
(5.2.18)
расход топлива на производство электроэнергии – с кпд ТЭЦ по производству электроэнергии:
; (5.2.19)
расход топлива на внешнее тепловое потребление – с кпд по производству тепла, отпускаемого потребителю:
(5.2.20)
Из этих трех уравнений можно определить каждую из величин расхода топлива, если известна энергетическая нагрузка , и значения соответствующего кпд:
Из уравнения часового энергетического баланса (5.2.19) можно определить удельный расход условного топлива с теплотой сгорания 29,31 кДж/г на единицу производимой электрической энергии, г/(кВтч):
;
Удельный расход условного топлива на единицу тепла для внешнего потребителя по уравнению (5.2.20):
.
Лекция 15
Раздел VI. Начальные параметры и промежуточный перегрев пара
Под начальными параметрами пара понимают температуру и давление пара перед турбиной и соответствующие им параметры пара на выходе из паровых котлов.
Повышение начальных параметров пара, позволяющее увеличивать КПД цикла и располагаемый теплоперепад, является одним из основных источников экономии топлива на электрических станциях. Технический прогресс на паротурбинных электростанциях в значительной мере проявлялся в повышении начальных параметров пара. Так, за прошедшие 50 лет начальное давление пара возросло с 1,5 – 2,0 до 23,5 – 24,5 МПа, т.е. в 12 – 16 раз, начальная температура – с 350 до 550 оС, т.е. в 1,3 раза.
Энергетическую эффективность повышения начальной температуры пара можно иллюстрировать на примере идеального цикла Карно. Действительно КПД цикла Карно
,
где – начальная и – конечная температура цикла, К, при этих температурах теплота подводится к рабочему телу и отводится от него.
Конечная температура пара современных крупных конденсационных турбоустановок изменяется в относительно нешироких пределах, от 295 до 310 К. Если принять = 300 К, то при = 600 и 800 К КПД цикла Карно равен соответственно 0,50 и 0,625; при = 900 К = 0,667. Таким
образом, КПД цикла Карно сравнительно быстро возрастает с повышением начальной температуры пара.
Повышение начальной температуры пара благоприятно также и в цикле Ренкина и в циклах, применяемых на паротурбинных ТЭС и АЭС, практически ограничивается прочностными и технологическими свойствами металлов (технология изготовления), надежностью их в работе, а также экономическими условиями, их удорожанием с повышением температуры, в особенности при переходе от одного класса стали к другому, более современному. Так, до температуры 450 0С возможно применение углеродистых сталей; до температуры 550 0С – слаболегированных сталей перлитного класса; до температуры 660 0С – сталей ферритно-мартенситного и аустенитного классов. Переход от каждого из этих классов стали, к следующему жаропрочному и жаростойкому сопровождается повышением их стоимости в 2 – 5 раз.
Необходимость перехода к другому классу стали, зависит также от давления пара.
Повышение начального давления пара, как правило, способствует повышению КПД цикла водяного пара. Исключение составляет околокритическая область состояния пара, в которой может наблюдаться обратная зависимость – снижение КПД с ростом давления как насыщенного, так и перегретого пара при данной температуре.
Термодинамически наиболее эффективно одновременное повышение начальной температуры и начального давления пара.
Если исходить из прочностных свойств металла, то при заданном классе (и марке) стали с повышением начальной температуры приходится снижать начальное давление пара, чтобы обеспечить необходимый уровень надежности оборудования. Такие парные значения начальной температуры и давления, соответствующие одинаковой прочности оборудования, можно назвать равнопрочными начальными параметрами пара.
Повышение начального давления пара (при данной температуре) позволяет наряду с возможным улучшением тепловой экономичности электростанции увеличить мощность оборудования при допустимых его размерах (габаритах). Увеличение плотности пара с повышением его давления позволяет существенно увеличить массовый его расход и совершаемую им работу в проточной части турбины, размеры которой ограничиваются конструктивными условиями.
Промежуточный перегрев пара позволяет осуществить дополнительный подвод теплоты к рабочему телу (водяному пару) и повысить его работоспособность. Тем самым частично компенсируется ограничение начальной температуры свежего пара и повышение КПД цикла. Применение промежуточного перегрева способствует снижению конечной влажности в последних ступенях турбин, повышению надежности и экономичности их работы.
Обычно применяется одноступенчатый промежуточный перегрев пара. Для особенно крупных энергоблоков при дорогом используемом топливе возможно применение двухступенчатого промежуточного перегрева пара. Такая схема применена на некоторых крупных энергоблоках в США.
Наиболее крупные теплофикационные турбоустановки также можно выполнять с промежуточным перегревом пара. Так, в РФ серийно изготовляют теплофикационные турбины типа Т-250-240 и Т-180-130 с промежуточным перегревом пара.