На тепловую экономичность станции.

Под начальными параметрами понимают температуру и давление. Влияние начальной температуры пара можно определить по следующим формулам:

        

где Δ q _к – потери в конденсаторе;

to	300	400	500	600
η t	39.5	41	42.5	44.2

 

Итак, с ростом температуры КПД станции увеличивается. Но t_o =545ºС – это предельная начальная температура, которая обусловлена жаростойкостью материалов. Чтобы увеличить КПД станции нужно переходить на другие стали. А для приемлемого срока эксплуатации турбины, влажность пара должна быть w=10-12% в последних ступенях турбины, чтобы свести влияние эрозии лопаток турбины к минимуму.

 

 

Влияние начального давления пара можно определить по следующим формулам:

 где q₁ – затраты для получения пара.

Имеющийся теплоперепад с ростом давления сначала увеличивается, а затем уменьшается.

                               

Таким образом, термический КПД с ростом начального давления увеличивается до тех пор, пока относительное уменьшение имеющегося теплоперепада не превышает относительное уменьшение затрат теплоты на получение 1 кг пара.

Также вводится понятие сопряженных параметров пара, которые обеспечивают оптимальное значение влажности и максимальные значения η_{0 i} , η _t. Эти параметры можно найти в справочниках. Максимальный КПД при Р₀=13 МПа, t ₀=545ºС. Для унификации оборудования вводится понятие стандартных параметров пара (в числителе - параметры на выходе из котла, в знаменателе – на входе в турбину):                                  

Давление    Температура

4,0/3,5;         440/435;

10/9;            540/535;

 14/13;          545/540;

Рассмотрим влияние конечного давления пара на экономичность ТЭС. Но сначала дадим определение: конечное давление пара – это давление на выходе из турбины, которое равно давлению в конденсаторе. А давление в конденсаторе, обычно обозначаемое через  Р_к, – это давление насыщения. А величину влияния конечного давления пара на экономичность ТЭС можно определить по следующим формулам:

      Т₂=Т_к ;

Уменьшение температуры в конденсаторе приводит к увеличению η _t ^к.

С уменьшением давления в конденсаторе η _t цикла Ренкина увеличивается.

Рк, кПа	100	50	10	3	1
η, %	30	36	40	44	46

 

Уравнение теплового баланса конденсатора:

где: G _цв – расход циркуляционной воды,  температуры воды в конденсаторе, на выходе и на входе соответственно;

Введём величину  - кратность циркуляции. Тогда

Р_к ~3-4 кПа, на ТЭЦ Р_к =10 кПа. Тогда величина недогрева δ t=3-6ºC.

 

Рассмотрим теперь влияние промежуточного перегрева пара на эффективность ТЭС. Промежуточный перегрев пара на ТЭС используется, потому что он приводит к уменьшению влажности пара в последних ступенях турбины и, следовательно, к увеличению относительного внутреннего КПД. Промежуточный перегрев пара приводит также к увеличению термического КПД.

                  

где: Т_ср – средняя температура подвода теплоты.

              

С уменьшением давления перегретого пара затраты уменьшаются (Δq_ПП увеличивается).

Затраты теплоты пара на перегрев пара в промежуточный пароперегревателе с уменьшением давления пара увеличиваются, а располагаемый теплоперепад с уменьшением давления пара в промежуточном пароперегревателе от начального к конечному сначала увеличивается, затем, начиная с какого-то давления, падает. Промежуточный перегрев обеспечивает максимальный термический КПД. Увеличение имеющегося теплоперепада даёт больше затрат теплоты на промежуточный перегрев пара.

При этом удельный расход пара       ;

(3-4 кг/кВт);

Отсюда - d ^ПП < d.

 

Рассмотрим теперь влияние регенеративного подогрева питательной воды на эффективность станции. Схема включения регенеративного нагревателя питательной воды показана на рисунке 1.3. Расчёты показывают, что такая схема увеличивает термический КПД на 13-20%.

Рис. 1.3. Схема включения регенеративного подогрева питательной воды

у – коэффициент недовыработки эл. энергии регенеративным потоком пара.

где: i =1 - n , n – число отборов.

А_р – энергетический коэффициент регенеративного отбора (отношение работы регенеративного потока пара к работе потока пара, идущего через конденсатор).

  

А_П,Т – коэффициент производственных теплофикационных отборов.

При давлении Р₀ до 10 МПа число отборов n=4-5, Р₀ до 24 МПа n=8-10,

А_р↑, α↑, i _р ↓.

 - условие, определяющее давления в отборах.

 - теплопадение между соседними регенеративными отборами,

 - недогрев питательной воды в каждом регенеративном подогревателе.

Конечная температура регенеративного подогрева питательной воды, соответствующая максимальному КПД и наименьшему расходу топлива называется теоретически наивыгоднейшей температурой регенеративного подогрева. Определение этой температуры - очень сложный процесс.

На ТЭС обычно используются смешивающие и поверхностные типы регенеративных подогревателей. В смешивающих подогревателях подогрев происходит за счет конденсации пара. Их достоинство состоит в том, что в них величина недогрева минимальна. А их недостаток состоит в том, что их применение ограничено, т.к. давление смешиваемых веществ должно быть одинаковым. В поверхностных подогревателях подогрев происходит за счет развитой поверхности. Они нашли широкое применение из-за того, что величина недогрева δ t  для ПВД >3ºС, для ПНД ~3ºС. Для увеличения экономичности за счет недогрева теплообменные аппараты выполняют с охлаждением пара и охлаждением дренажа, но за счет этого увеличивается стоимость аппарата.

Тепло дренажа используется для подогрева конденсата, поступающего в аппарат. В части регенеративного подогрева питательной воды, находящейся под действием питательных насосов используются подогреватели с коллекторной системой. Отличается надежной работой и малой чувствительностью к колебаниям нагрузки. Реализуется при условии , когда обеспечивается невскипание воды в трубках (т.е. не возникают кавитация и гидроудары).

 

Схемы отвода дренажей.

На надежность влияет схема отвода дренажей греющего пара из регенеративных подогревателей. Схемы отвода дренажей должны отвечать требованиям:

- надежность работы при всех режимах и их изменениях, при пусках и остановах;

- минимальные необратимые потери от смешивания потоков теплоносителей и от вытеснения нижерасположенных отборов;

- высокая степень автоматизации и наличие надежной защиты при неисправностях и аварийных режимах.

Можно выделить 5 основных схем отвода дренажей:

- с подъемными насосами – это самая экономичная схема, но ненадежная, т.к. в дренажном насосе может происходить вскипание, что недопустимо;

- с опускными насосами - меньшая вероятность кавитации;

- с каскадным подъемом дренажа;

- с каскадным сливом дренажа;

- смешанные.

В схеме с каскадным сливом дренажа отсутствует дренажный насос, а дренажи протекают под действием разности давлений в регенеративных подогревателях. Последняя схема самая неэкономичная. При ней происходит самовскипание дренажа, т.е. вытесняется пар, идущий в отборы. Поэтому необратимые потери теплоты растут, особенно, на последнем регенераторе, а тепло дренажей сбрасывается в атмосферу.

 

Тепловая экономичность ТЭЦ

Комбинированной выработкой называется процесс, при котором теплота рабочего тела частично или полностью отработавшего в тепловом двигателе используется для покрытия внешних и внутристанционных тепловых нагрузок.

Внешние тепловые нагрузки – это теплофикация (централизованное теплоснабжение внешних потребителей на базе выработки тепловой электрической энергии). Именно теплофикация обеспечивает экономию топлива нагрузки, поэтому теплофикация широко используется.

Любой КПД должен показывать, что экономия должна расти. В ТЭЦ недостаток: КПД увеличивается при уменьшении выработки электроэнергии, максимальный КПД при нулевой выработке.

  

Считается, что на ТЭЦ выработка тепловой энергии практически равна выработке в котельной, т.е.

А на выработку электрической энергии идет остальная часть.

Строгим показателем тепловой эффективности ТЭЦ является удельная выработка электроэнергии.

где - N _э – электрическая мощность, вырабатываемая в единицу времени паром, поступающим из турбины с противодавлением, либо отборов к внешнему тепловому потребителю, а также на регенеративный подогрев питательной воды.

  или

Таким образом, Э _T↑, если i ₀↑ (t ₀↑, P ₀↑), Э _T↑, если i _к ^н ↓(Р_Т↓), Э _T↑, если ↑η_{0 i} , η_М, η_Г, Э _T↑, если i _ок↑.