Энергетические показатели ТЭС. Лекция 2 презентация

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЭС
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;
Эс.н – расход электроэнергии на собственные нужды;
Qз – затраченная энергия (располагаемая теплота, введенная в котел).

Qп.к – полезная тепловая мощность парового котла;
ηп.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;
h0 – энтальпия свежего пара; hп.в – энтальпия питательной воды; hк.а – энтальпия отработавшего пара при адиабатном расширении; − энтальпия конденсата отработавшего пара.

3. Основные составляющие абсолютного КПД КЭС
КПД КЭС зависит от КПД турбоустановки ηту, парового котла ηп.к и КПД транспорта пара
по трубопроводам ηтр.
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 ηту:
Qту – расход теплоты пара
на турбоустановку, кДж/ч;
Nэ – электрическая мощность турбины, кВт.
Значение КПД парового котла определяется суммой потерь теплоты с уходящими газами q2, химической и механической неполнотой сгорания топлива q3 и q4, в окружающую среду q5, со шлаком q6.

КПД транспорта тепловой энергии:
Электрическая мощность турбины:
Nа – мощность турбины в идеальном процессе;
ηоi – внутренний относительный КПД турбины;
ηм – механический КПД турбины;
ηг – КПД электрического генератора.

Абсолютный электрический КПД турбоустановки:
или:
ηt – термический КПД цикла Ренкина.
КПД КЭС брутто:

Принимая ηt = 0,55; ηoi = 0,85; ηм = 0,99;
ηг = 0,985; ηтр = 0,99; ηп.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 D0, кг/с, определяется из условия энергетического баланса:
Расход теплоты на турбоустановку Qту, кВт:
Удельный расход теплоты qту, кДж/(кВт·ч):

При ηту = 0,44–0,46:
qту = 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 bу.т = Bу.т/Nэ, кг/(кВт·ч).

Общее уравнение теплового баланса КЭС:
Тепловую экономичность станции принято оценивать расходом условного топлива
с теплотой сгорания Qу.т = 7000 ккал/кг =
= 29330 кДж/кг.
Для условного топлива уравнение теплового баланса имеет вид:

В последнем уравнении Ву.т выражен в кг/с. Если выражать Ву.т в кг/ч, то уравнение теплового баланса примет вид:
Удельный расход топлива, кг/(кВт·ч):
Для значений :
bу.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 Nэ, кВт;
- рабочее число оборотов ротора турбины
n, об./мин;
- начальные параметры пара: давление
р0, ата, и температура t0, °C;
- давление в конденсаторе рк, ата.

Тепловой расчет начинают
с предварительного построения процесса
на h-s-диаграмме.
1) На диаграмме h-s по параметрам р0, t0 наносят точку А0.

2) Из точки А0 проводят линию адиабатного процесса до пересечения с изобарой, соответствующей давлению отработавшего пара рк. Точку пересечения обозначают А1t.

3) Определяют разность энтальпий точек А0
и А1t: Н0 = h0 – h1t, т.е. располагаемый теплоперепад на турбину без учета потери давления в стопорном и регулирующем клапанах.

4) Потерю давления в стопорном
и регулирующем клапанах за счет дросселирования принимают
Δр = (0,03–0,05)р0. Обычно берут
Δр =0,05р0, тогда давление пара будет равно
На диаграмме h-s проводят изобару, соответствующую давлению .
5) Проведя из точки А0 линию постоянной энтальпии h=const до пересечения
с изобарой , намечают точку .

6) Потерю давления в выхлопном патрубке (от последней ступени турбины
до конденсатора) принимают Δрв.п = 0,08рк.
7) Определяют давление пара на выходе
из последней ступени р2 = рк + Δрв.п. Изобару р2 наносят на диаграмму h-s.
8) Проведя из точки линию адиабатного процесса до пересечения с изобарой р2, намечают точку . Определяют разность энтальпий в точках и :

9) По известному значению внутреннего относительного КПД турбины ηоi определяют предполагаемый используемый теплоперепад Нi = H0ηоi.
10) Откладывают от точки вниз
по адиабате используемый теплоперепад Нi и находят точку С. Проводя через точку С линию, параллельную оси s, до пересечения с изобарой р2, получают точку В, характеризующую состояние пара после выхода из последней ступени турбины.

11) Соединив точки и В прямой линией, определяют предполагаемый процесс расширения пара в турбине.
h, кДж/кг
s, кДж/(кг·К)
р0
A0
pк
A1t
рʹ0
Aʹ0
p2
Aʹ1t
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, αк, а долю пара, работающего по теплофикационному циклу, αотб, тогда
αк + αотб = 1.
При наличии производственного
и отопительного отбора
αотб = αп + αт.
Тогда
αк + αп + αт = 1.

Современные теплофикационные турбины имеют два отопительных отбора – верхний
и нижний, т.е. αт = αт.в + αт.н.
И в общем случае
αк + αотб = αк + αп + αт.в + αт.н = 1.
Для теплофикационных турбин
с противодавлением, когда отсутствует конденсатор, весь пар после последней ступени направляется к тепловому потребителю. В этом случае αотб = 1 и αк = 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:

Qз = Qп.к + ΔQп.к,
где Qп.к − тепловая нагрузка парового котла; ΔQп.к − потери теплоты в котле.
Общий расход теплоты на турбоустановку
Qту = Ni + Qт + ΔQк,
где Ni – внутренняя мощность турбины
(без учета потерь в конденсаторе);
Qт – расход теплоты на внешнего потребителя; ΔQк – 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 ηп.к и КПД транспорта теплоты ηтр получим: