4. Начальные и конечные параметры пара на тэс и аэс и влияние их на тепловую экономичность установок.

На ТЭС на органическом топливе используется цикл перегретого пара, а на АЭС с реакторами на тепловых нейтронах (РТН) – цикл насыщенного пара. Это связано с тем, что в РТН в качестве основного конструкционного материала активной зоны используются сплавы на основе циркония. Они позволяют уменьшить вредное поглощение нейтронов по сравнению с различными марками сталей, но выдерживают температуру не более 340-350 ^оС. Это меньше критической температуры водяного пара, равной примерно 374 ^оС, а при докритических параметрах КПД цикла насыщенного пара больше, чем цикла перегретого пара (рис. 7).

Рис. 7. Цикл Ренкина на насыщенном (сплошные линии) и перегретом (пунктирные линии) паре при докритических начальных параметрах пара

Начальные параметры пара – это его давление P_o и температура T_o на входе в турбину. Отметим, что для цикла насыщенного пара можно выбирать только начальное давление, поскольку давление насыщения однозначно определяет температуру рабочего тела.

Повышение начальных параметров пара является одним из главных способов увеличения термического КПД цикла.

Чем выше принимаемая начальная температура, тем ниже должно быть давление - по условию надежности металла. Парные значения P_o и T_o, обеспечивающие одинаковую прочность энергооборудования, называются равнопрочными начальными параметрами рабочего тела.

При выборе начального давления пара принимают во внимание следующие факторы:

- увеличение начального давления пара до уровня примерно 30 МПа приводит к заметному повышению термического КПД цикла Ренкина, дальнейший рост P_o слабо влияет на η_t и даже приводит к его уменьшению при очень высоких давлениях (рис. 8, 9);

- с ростом P_o происходит уменьшение η_оi из-за повышения конечной влажности пара (рис. 10);

- при повышении P_o плотность пара увеличивается и, следовательно, высота лопаток уменьшается, что ведет к снижению η_оi вследствие роста относительных потерь, обусловленных проходом пара через зазоры в турбинной ступени (т.е. концевых потерь);

- чем выше P_o, тем меньше размеры агрегатов (в связи с более высокой плотностью рабочего тела), но металлоемкость оборудования в целом возрастает из-за увеличения толщины стенок (для обеспечения прочности).

Теперь обратимся к выбору начальной температуры пара на ТЭС. Из рис. 11 видно, что с ее ростом ηt все время увеличивается. Но величина To ограничена термической стойкостью конструкционных материалов: стали перлитного класса выдерживают температуру до 540 оС, нержавеющие стали - 600-650 оС. В связи с этим начальная температура пара на современных ТЭС составляет в настоящее время 540 оС.

5. Тепловые нагрузки электростанций, графики тепловых нагрузок. Отпуск тепла промышленным предприятиям на технологические нужды.

Тепловые нагрузки включают в себя:

- производственную нагрузку (снабжение промышленных предприятий тепловой энергией для обеспечения технологических процессов и работы силовых установок);

- отопительную нагрузку (обеспечение температурного режима во внутренних помещениях промышленных, жилых и общественных зданий);

- горячее водоснабжение в бытовых целях.

Тепловая энергия требуется для технологических нужд промышленности, для отопления и вентиляции производственных, жилых и общественных зданий, кондиционирования воздуха, для горячего водоснабжения (ГВС). Для производственных целей обычно требуется перегретый пар, температура которого на 15÷20⁰С выше температуры насыщения, так как при транспортировке к потребителю часть пара конденсируется и соответственно при этом происходит потеря теплоты. На отопление, вентиляцию от ТЭЦ вода поступает при температуре 95÷180⁰С, в зависимости от расчётного температурного графика.

Таким образом, централизованная система теплоснабжения включает в себя:

теплоисточник (ТЭЦ или котельная), трубопроводы для транспортирования тепла (пара или воды) и установки теплопотребителей, использующие теплоту для промышленных или бытовых нужд.

Централизованное теплоснабжение от ТЭЦ в качестве источника теплоты называется теплофикацией. Тепловая нагрузка электростанции, определяемая расходом теплоты на производственные процессы и бытовые нужды (горячее водоснабжение), практически не зависит от температуры наружного воздуха.

Однако летом эта нагрузка несколько меньше, чем зимой. Ведь летом отопления нет. В то же время промышленная и бытовая тепловые нагрузки резко изменяются в течение суток. Кроме того, среднесуточная нагрузка электростанции при использовании теплоты на бытовые нужды в конце недели, в предпраздничные и праздничные дни значительно выше, чем в другие рабочие дни недели.

При небольших изменениях температуры наружного воздуха отопительная и вентиляционная нагрузки жилых помещений в течение суток сохраняются практически постоянными. В тех же условиях отопительная нагрузка общественных зданий и промышленных предприятий может в течение суток заметно изменяться, в нерабочие дни недели ― значительно понижаться. Вентиляционная нагрузка в нерабочее время вообще выключается. Такое изменение расхода теплоты на отопление и вентиляцию общественных зданий и промышленных предприятий приводит к экономии топлива, расходуемого на эти цели.

- суточный график, отражающий влияние таких факторов как работа многосменных предприятий, неравномерность в течение суток осветительно-бытовой нагрузки, режимы работы городского электрифицированного транспорта; в течение суток имеется два пика нагрузки – в утренние и вечерние часы, в ночное время наблюдается глубокий спад нагрузки;

- недельный график (в субботние, а особенно в воскресные и общевыходные праздничные дни нагрузка уменьшается, так как часть предприятий не работает);

- годовой график (в летние месяцы нагрузка падает в связи с выводом в ремонт части оборудования; в конце года нагрузка может возрастать при вводе в эксплуатацию новых предприятий);

- годовой график электрических нагрузок по продолжительности

Рис. 1.5. Годовой график тепловой отопительной нагрузки по месяцам: 1 — максимальные значения; 2 — минимальные значения