Тепловые электростанции характеризуются большим разнообразием и их можно классифицировать по различным признакам



бет3/5
Дата22.03.2020
өлшемі0.94 Mb.
1   2   3   4   5

1.2 Тепловое потребление

Важная особенность ТЭС - возможность использования отработавшей теплоты двигателей (паровых турбин) для нужд промышленности и быта. Тепловая энергия отпускается теплоэлек­троцентралями (ТЭЦ) двум основным видам потребителей – промышленным и коммуналь­ным. В промышленности тепловая энергия используется преимущественно для технологи­ческих процессов. Производственную тепловую нагрузку удовлетворяют обычно паром, отработавшим в турбине, большей частью давлением 1,0-1,5 МПа, отопительную - горячей водой, подогретой до 70-150 0С, паром, отработавшим в турбине, с давлением 0,05-0,5 МПа. В холодное время года воду нагревают в пределах от 120 до 150 0С.

Промышленная тепловая нагрузка характеризуется неравномерностью (в зависимости от числа смен на предприятиях) в течение года (со снижением летом во время ремонта оборудования).

Чисто отопительная нагрузка отличается равномерностью в течение суток и большой неравномерностью в течение года: в периоды морозов она достигает максимума, в теплое время года снижается до нуля.

Бытовую тепловую нагрузку удовлетворяют горячей водой температурой 60-70 0С. При построении годового графика продолжительности общей тепловой нагрузки принимают нагрузку горячего водоснабжения в долях максимальной относительной нагрузки, равной 0,25 зимой и 0,2 летом.

Продолжительность отопительного сезона в средней полосе страны равняется 5000 ч/год. Годовое время использования максимума отопительной нагрузки составляет около 3000 ч.



1.3 Типы тепловых электростанций

Тип тепловой электрической станции (ТЭС) на органическом топливе определяют следующие факторы.



1. Вид отпускаемой энергии (энергетиче­ское назначение). Различают конденсационные электростанции (КЭС) - с паровыми кон­денсационными турбоагрегатами, отпускаю­щие энергию одного вида - электрическую, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), отпускающие внешним потребителям электрическую энергию и тепловую энергию с паром или горячей водой.

По характеру теплового потребления различают ТЭЦ: промышленного типа, с отпуском предприятиям пара для технологических процессов; отопительного типа, с отпуском тепла обычно с горячей водой для отопления и вентиляции зданий и для бытовых нужд населения; промышленно-отопительного типа, с отпуском пара и горячей воды для тех­нологических и отопительных нужд.



2. Вид используемого топлива. Различают ТЭС на твердом, жидком и газовом топливе, работающие на двух или на всех трех видах топлива.

КЭС и ТЭЦ работают при сжигании органического топлива, на ядерном топливе - атомные электростанции (АЭС).



3. Тип основных турбин для привода элек­трогенераторов. Различают ТЭС с паровыми (ПТ) и газовыми турбинами (ГТ). Наибольшего распространения получили паровые турбины, потому что их единичная мощность может быть гораздо выше, чем у газов. Коэффициент полезного действия паротурбинных ТЭС достигает 40 %, газотурбинных – пока не выше 28-34 %.

Перспективно применение комбинации па­ровых и газовых турбин в виде парогазовой установки (ПГУ) мощностью 200-250 МВт; КПД таких установок 41-43 %.



4. Значения начальных параметров пара и вид термодинамического цикла. По уровню начального давления свежего пара различают электростанции с докритическим (обычно ни­же 16,0-17,0 МПа) и сверхкритическим (вы­ше 22 МПа) давлением пара. Применение до­критического или сверхкритического давления пара на электростанциях связано не­посредственно с мощностью турбоагрегатов (энергоблоков); при мощности их – 150-200 МВт и ниже применяют докритическое давление пара около 13,0 или 9,0 МПа; при мощности 250-300 МВт и выше - сверхкритическое давление пара около 24 МПа.

На АЭС устанавливают паровые турбоагрегаты мощностью до 1000 МВт.



5. Тип парогенераторов. На электростанци­ях с докритическим давлением устанавлива­ют барабанные парогенераторы с естествен­ной циркуляцией (типа Е) или прямоточные парогенераторы (типа П). Применение прямо­точных парогенераторов необходимо при кри­тическом и сверхкритическом давлении све­жего пара. Чем ниже давление пара, тем меньше преимуществ дают прямоточные парогенераторы.

6. Технологическая структура (тип основ­ной технологической схемы). Современные тепловые электрические станции имеют преимущественно блочную структуру (начиная с мощности турбоагрега­та 150 МВт и выше).

Рисунок 1.5 – Технологическая схема электростанции (блочная)


При блочной структуре ТЭС каждая тур­бина питается паром только от относящегося к ней парогенератора (моноблок), иногда от двух парогенераторов (дубль-блок). Соединительные трубопроводы пара свежего и промежуточного перегрева, питательной во­ды между блоками не выполняют. ТЭС со­ставляется как совокупность отдельных энер­гоблоков, имеющих лишь вспомогательные связи трубопроводами для пусковых и других целей.

Конденсационные электростанции с на­чальным давлением 9 МПа и ниже и ТЭЦ с давлением 13 МПа и ниже имеют обыч­но неблочную структуру, при которой маги­страли свежего пара и питательной воды об­щие для всех парогенераторов.



Паровые турбина питается паром из этих общих маги­стралей.

Рисунок 1.6 – Технологическая схема электростанции



(централизованная с поперечными связями)

ПГ – парогенераторы; ТА – турбоагрегаты; ПП – промежуточный пароперегреватель; ЭГ – электрогенераторы; ПМ – паровые магистрали; К – конденсатор.


Рисунок 1.7 – Технологическая схема электростанции

(секционная)



7. Мощность ТЭС. Условно можно разде­лить ТЭС на электростанции большой (свыше 1000 МВт), средней (100-1000 МВт) и малой (меньше 100 МВт) мощности.

8. Связь с электроэнергетической системой. Как правило, работают в энергосистемах, что дает существенные преимущества.

«Изолированные» электростанции вне энергосистем все больше становятся исключе­нием. Сооружаемые первоначально во вновь осваиваемых периферийных районах страны, они со временем также включаются в энерго­системы.



9. Степень загрузки и использования элек­трической мощности. В этом отношении ТЭС разделяют на базовые, с годовым использованием максимальной (установленной) мощности = 6000-7500 ч; полубазовые с = 4000-6000 ч; полупиковые с = 3000-4000 ч и пиковые с менее 1500 ч.

К базовым электростанциям относятся в первую очередь АЭС, наиболее современные и мощные АЭС, наиболее современные и мощные КЭС, в значительной мере ТЭЦ, а также ГЭС без регулирования стока воды.

Для покрытия максимума (пика) нагрузки целесообразно использовать газотурбинные установки достаточной единичной мощности. Чаще всего для снятия пиков нагрузки широко применяют гидроэлектростанции (ГЭС) с регулируемым стоком воды. Сооружают гидроаккумулирующие сточные электростанции (ГАЭС), закачивающие воду в верхние водохранилища и использующие ее энергию днем, в часы пиков нагрузки.

В полупиковой области электрической нагрузки могут работать энергоблоки до 500 МВт с параметрами пара 13 МПа, 510 0С.



1.4 Технико-экономические требования к ТЭС

Тепловое хозяйство тэс, кроме основных агрегатов и их вспомогательного оборудования, включает ряд дополнительных производственных установок и устройств, объединенных с основным оборудованием единым технологическим процессом.

С турбинной установкой связаны системы технического водоснабжения, обеспечивающего подачу охлаждающей воды для конденсац­ии отработавшего пара турбин, устройства для отпуска пара и горячей воды внешним потребителям, системы для подготовки добавочной воды. 

Пароводяная система парового котла, турбинная установка с теплообменниками и насосами и соединяющие их трубопроводы образуют пароводяной тракт тэс.

Устройства для подачи и подготовки топлива, топочная камера и газоходы котла, золоуловители, тягодутьевая установка, воздуховоды и внешние газоходы, дымовые трубы совместно образуют топливно-газовоздушный тракт тэс

Тепловая электрическая станция, ее оборудование и технологические схемы должны удовлетворять ряду технических и экономических требований. 



Надежное и бесперебойное энергоснабжение потребителей в соответствии с графиками нагрузок особенно важно для снабжения электрической энергией, так как производство и потребление ее осуществляются практически почти одновременно, электроэнергия не запасается и не хранится на складах. Ведутся работы по созданию накопителей электроэнергии. Показатели качества энергии (частота, напряжение электрического тока, давление и температура пара и воды) должны удовлетворять установленным нормам.



ТХ - топливное хозяйство, ПТ - подготовка топлива, ПК - паровой котел, ТД - тепловой двигатель (паровая турбина), ЭГ - электрогенератор, ЗУ - золоуловитель, ДС - дымосос, ДТр - дымовая труба, ДВ - дутьевой вентилятор, ТДУ - тягодутьевая установка, ШЗУ - шлакозолоудаление, Ш - шлак, З - зола, К - конденсатор, НОВ (ЦН) - насос охлаждающей воды (циркуляционный насос), ТВ - техническое водоснабжение, ПНД и ПВД - регенеративные подогреватели низкого и высокого давлений, КН и ПН - конденсатный и питательный насосы, ТП - тепловой потребитель, НОК - насос обратного конденсата, ХВО - химводоочистка, - расход теплоты топлива на станцию, - расход пара на турбину, - паровая нагрузка парового котла, - потеря пара при транспорте, - расход пара на внешнего потребителя, - пропуск пара в конденсатор турбины, - расход добавочной воды, Э - выработка электроэнергии, - отпуск электроэнергии, - собственный расход электроэнергии, - отпуск теплоты внешнему потребителю, - потеря теплоты в холодном источнике (с охлаждающей водой)
Рисунок 1.8 - Принципиальная технологическая схема электростанции

Должны безусловно обеспечиваться требования безопасности, нормальных условий труда персонала, а также охраны окружающей среды, включающие требования противопожарной безопасности, а на  АЭС, кроме того, и радиационной безопасности, противоаварийной и биологической защиты. Помещения тэс и АЭС должны иметь хорошее естественное освещение, аэрацию и вентиляцию. Должна обеспечиваться защита воздушного бассейна от загрязнений вредными выбросами путем улавливания твердых частиц, оксидов серы и азота и рассеивания их в верхних слоях атмосферы. 

Источник водоснабжения (водный бассейн) защищают от попадания в него загрязненных сточных вод. Сточные воды очищаются и обезвреживаются перед отводом их в бассейн. Должны осуществляться преимущественно бессточные (безотходные) технологические схемы водоподготовки, золоудаления и т. п. 

Экономические требования заключаются в снижении первоначальных затрат (капиталовложений) и эксплуатационных расходов (издержек производства). Такое снижение должно выполняться в результате рационального конструирования оборудования и проектирования тэс в целом, индустриализации строительства и монтажа. 

Одно из важнейших требований экономичности— снижение затрат на топливо (органическое и ядерное). 

Тепловая экономичность тэс должна быть возможно высокой, энергетические показатели тэс не должны уступать по своим значениям показателям лучших образцов отечественной и зарубежной энергетики.­­



1.5 Энергетические показатели конденсационной электростанции

Основным показателем энергетической эффективности электростанции является коэффициент полезного действия (КПД) по отпуску электрической энергии, называемый абсолютным электрическим коэффициентом полезного действия электростанции, который определен как отношение отпущенной (выработанной) электроэнергии к затраченной энергии (теплота, полученная при сжигании топлива).



КПД нетто электростанции по отпуску электроэнергии:
(1.10)
где - выработка электроэнергии;

- расход электроэнергии на собственные нужды ТЭС;

- доля расхода электроэнергии на собственные нужды, равная в зависимости от параметров пара и вида топлива 4-6 %;

- теплота, затраченная в топливе.

КПД брутто определяет эффективность процесса выработки электроэнергии на электростанции.



КПД брутто и нетто электростанции связаны между собой отношением:
(1.11)
Так как работа паротурбинной установки основана на цикле Ренкина, где подвод теплоты осуществляется за счет сжигаемого топлива и отвод теплоты охлаждающей воде в конденсаторе при постоянном давлении, термический КПД для 1 кг рабочего тела (воды или водяного пара) будет определяться по формуле:
(1.12)
где и - подвод и отвод теплоты в этом цикле;

и - энтальпия пара перед турбиной и после нее при адиабатном расширении;

и - энтальпия конденсата пара после турбины и питательной воды после питательного насоса, .
1.5.1 Основные составляющие абсолютного КПД электростанции
Коэффициент полезного действия всей электростанции определяется как сумма КПД турбоустановки, парового котла, трубопровода пара и воды между ними (рисунок 1.9)

Абсолютный электрический КПД турбоустановки:


(1.13)

где - расход теплоты на турбину, кДж/ч.



КПД парового котла

(1.14)
где - тепловая нагрузка парового котла, кДж/ч.

ПК - паровой котел, ПЕ - пароперегреватель, Т - турбина, Г - электрический генератор, К - конденсатор, КН - конденсатный насос, ПН - питательный насос


Рисунок 1.9 - Тепловая схема простейшей КЭС
КПД транспорта теплоты (трубопроводов):
(1.15)

Наи­большее влияние на КПД электростанции оказывает КПД турбоустановки, учитываю­щий основную потерю тепла в цикле произ­водства электроэнергии – потерю в холодном источнике, достигающую примерно половины (45-50 %) затрачиваемого тепла. Остальные потери тепла на электростанции значительно меньше, потери в паровом котле составляют 6-12 %, потери в трубопроводах 1-2 %.



Электрическая мощность турбоагрегата получается как результат преобразования энергии пара в ряде последовательных этапов в соответствующих элементах оборудования. Эти этапы характеризуются своей мощностью и своим КПД. Электрическая мощность связана с механической эффективной мощностью на муфте между турбиной и генератором соотношением .

Внутренняя мощность турбины связана с располагаемой мощностью свежего пара, подводимого к турбине :


(1.16)
где - внутренний относительный КПД турбины.

Внутренний относительный КПД турбины:


(1.17)
где - коэффициент дросселирования пара в стопорных и регулирующих клапанах турбины.

Относительный эффективный КПД турбины:


(1.18)
Относительный электрический КПД турбины:
(1.19)
Абсолютный электрический КПД турбины:
(1.20)

(1.21)
где - термический КПД брутто турбины.

Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет