Энергетические показатели ТЭС. Лекция 2

1. ЛЕКЦИЯ 2

2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЭС

Тепловая экономичность электростанций
характеризуется КПД, удельными расходами
теплоты и условного топлива.
1. КПД конденсационных электростанций
Основным показателем энергетической
эффективности станции является КПД
по отпуску электрической энергии –
нетто
абсолютный электрический КПД ηэ .

3.

η
нетто
э
Э Эс.н Qз
Э – выработка электроэнергии;
Эс.н – расход электроэнергии на собственные
нужды;
Qз – затраченная энергия (располагаемая
теплота, введенная в котел).
Qп.к
р
Qз
BQн
ηп.к

4.

Qп.к – полезная тепловая мощность парового
котла;
ηп.к – КПД парового котла;
В – расход топлива;
р
Qн − низшая рабочая теплота сгорания
топлива.
η
брутто
э
брутто
э
Для КЭС: η
Э Qз
0,39 0,43; η
нетто
э
0,37 0,41

5.

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.

6.

а – идеальный
цикл;
б - действительный

7.

8.

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.

9.

Термический КПД идеального цикла Ренкина:
q0 qк.а h0 hп.в hк.а hк
ηt
q0
h0 hп.в
q0 h0 hп.в − расход теплоты из горячего
источника;
qк.а hк.а hк − 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; hк − энтальпия конденсата
отработавшего пара.

10.

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.

11.

Абсолютный электрический КПД
турбоустановки ηту:
ηту 3600 N э Qту
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.

12.

КПД транспорта тепловой энергии:
η тр Qту Qп.к
брутто
э
η
ηту ηтр ηп.к
Электрическая мощность турбины:
N э Nа ηоi ηм ηг
Nа – мощность турбины в идеальном
процессе;
ηоi – внутренний относительный КПД
турбины;
ηм – механический КПД турбины;
ηг – КПД электрического генератора.

13.

Абсолютный электрический КПД
турбоустановки:
или:
3600 Nа
ηту
ηоi ηм ηг
Qту
ηту ηt ηоi ηм ηг
ηt – термический КПД цикла Ренкина.
КПД КЭС брутто:
брутто
э
η
ηt ηоi ηм ηг ηтр ηп.к

14.

Принимая ηt = 0,55; ηoi = 0,85; ηм = 0,99;
ηг = 0,985; ηтр = 0,99; ηп.к = 0,92, получаем
η
брутто
э
0,415
При осуществлении технологического
процесса часть энергии расходуется
на собственные нужды КЭС (расход
электроэнергии на тягодутьевые машины,
насосы) в размере 4–6 % от выработки
электроэнергии.
η
нетто
э
η
брутто
э
Эс.н
1
0,415 1 0,05 0,394
Э

15.

4. Расход пара, расходы теплоты
и топлива на КЭС
Расход пара на турбину КЭС D0, кг/с,
определяется из условия энергетического
баланса:
D0 h0 hк.а ηоi ηм ηг Nэ
Расход теплоты на турбоустановку Qту, кВт:
Qту D0 h0 hп.в
Удельный расход теплоты qту, кДж/(кВт·ч):
qту Qту N э 3600 ηту

16.

При ηту = 0,44–0,46:
qту = 8180–7820 кДж/(кВт·ч).
Удельный расход теплоты на КЭС:
qКЭС Qп.к N э ηп.к Qту N э ηп.к ηтр qту ηп.к ηтр
qКЭС 3600 ηту ηп.к ηтр 3600 η
брутто
э
Мерой экономичности электростанции,
наряду с КПД и удельным расходом теплоты,
служит удельный расход условного топлива
bу.т = Bу.т/Nэ, кг/(кВт·ч).

17.

Общее уравнение теплового баланса КЭС:
р брутто
н э
BQ η
Nэ
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:
брутто
у.т э
Bу.тQ η
Nэ

18.

В последнем уравнении Ву.т выражен в кг/с.
Если выражать Ву.т в кг/ч, то уравнение
теплового баланса примет вид:
брутто
э
Bу.т 29330η
3600Nэ
Удельный расход топлива, кг/(кВт·ч):
bу.т Bу.т N э
Ву.т 3600
Ву.т 29330η
брутто
э
0,123 η
брутто
η
0,37 0,4 :
Для значений э
bу.т = 330–310 г у.т./(кВт·ч).
брутто
э

19.

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.

20.

Тепловой расчет начинают
с предварительного построения процесса
на h-s-диаграмме.
1) На диаграмме h-s по параметрам р0, t0
наносят точку А0.
h, кДж/кг A0 р0
t0
s, кДж/(кг·К)

21.

2) Из точки А0 проводят линию адиабатного
процесса до пересечения с изобарой,
соответствующей давлению отработавшего
пара рк. Точку пересечения обозначают А1t.
h, кДж/кг
A0
р0
t0
pк
A1t
s, кДж/(кг·К)

22.

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.
р
h, кДж/кг A0 0
t0
H0
pк
A1t
s, кДж/(кг·К)

23.

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
р0 0,95 р0
На диаграмме h-s проводят изобару,
соответствующую давлению р0 .
5) Проведя из точки А0 линию постоянной
энтальпии h=const до пересечения
с изобарой р0 , намечают точку А 0 .

24.

h, кДж/кг
р0 рʹ
A0
H0
0
Aʹ0
pк
A1t
s, кДж/(кг·К)

25.

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 А 0 линию адиабатного
процесса до пересечения с изобарой р2,
намечают точку А1 t . Определяют разность
энтальпий в точках А 0 и А : Н h - h
1t
0
0
1t

26.

h, кДж/кг
H0
р0 рʹ
A0
0
Aʹ0
Hʹ0
p2
pк
Aʹ1t
A1t
s, кДж/(кг·К)

27.

9) По известному значению внутреннего
относительного КПД турбины ηоi определяют
предполагаемый используемый
теплоперепад Нi = H0ηоi.
10) Откладывают от точки А 0 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.

28.

h, кДж/кг
H0
р0 рʹ
A0
0
Aʹ0
C
B
p2
Hi
pк
Aʹ1t
A1t
s, кДж/(кг·К)

29.

11) Соединив точки А 0 и В прямой линией,
определяют предполагаемый процесс
расширения пара в турбине.
h, кДж/кг
р0 рʹ
0
A0 Aʹ
0
C
B
p2
pк
Aʹ1t
A1t
s, кДж/(кг·К)

30.

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.

31.

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.

32.

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.

33.

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.

34.

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.

35.

Для ТЭЦ принято разделять показатели
по выработке электроэнергии и по отпуску
теплоты.
1) Общий расход теплоты на ТЭЦ:
Qз Q Q
э
з
т
з
2) Общий расход теплоты на турбоустановку:
Qту Q Q
э
ту
т
ту

36.

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.

37.

3) Различают два вида КПД ТЭЦ и два вида
КПД турбоустановки:
а) по производству и отпуску электрической
энергии
э
э
ηТЭЦ Nэ Qз
η Nэ Q
э
ту
э
ту
б) по производству и отпуску тепловой
энергии
т
отп
т
ηТЭЦ Qт
η Q
т
ту
отп
т
Qз
т
ту
Q

38.

Q Qт затраты теплоты на внешнего
т
ту
теплопотребителя;
отп
Qт отпуск теплоты потребителю.
Для ТЭЦ в целом с учетом КПД парового
котла ηп.к и КПД транспорта теплоты ηтр
получим:
э
ТЭЦ
η
т
ТЭЦ
η
η η η
э
ту тр п.к
η η η
т
ту тр п.к

39.

э
ТЭЦ
э
ту
Значение η
основном определяется
т
значением η , значение ηТЭЦ
определяется
значением ηп.к .
Процесс совместного производства
электроэнергии и тепловой энергии
характеризуется полным КПД брутто ТЭЦ:
брутто
ТЭЦ
η
Э Qт Qз
где Э и Qт – количество выработанной
электрической и тепловой энергии.