РАСХОДЫ ПАРА, ТЕПЛОТЫ И ТОПЛИВА НА ТЭЦ
advertisement
РАСХОДЫ ПАРА, ТЕПЛОТЫ И ТОПЛИВА НА ТЭЦ Схема паротурбинной установки с отпуском тепла потребителю P0 , t0 , h0 , D0 PК , hК , DК PТ , hТ , DТ hПВ , D0 hТ , DТ Процесс расширения пара в турбоустановке типа Т в h-s диаграмме p0 h t0 h0 p‘т pт hт hк pк s Мощность, вырабатываемая турбиной NЭ D0 h0 hT D0 DT hT hK М Г Расходы пара Расход пара на турбину: кг D DК DТ DОТБ i , с кг DТ , - расход пара к тепловому с потребителю Т 0 Расходы пара Расход пара на турбину: hТ hК кг D DТ , H i М Г h0 hК с Т 0 NЭ Коэффициент недовыработки мощности: Расход пара на конденсационную турбину: YТ NЭ hТ hК h0 hК H i М Г D К 0 Расходы пара Расход пара на турбину: кг D D YТ DТ , с Т 0 К 0 РАСХОДЫ ТЕПЛА Тепло рабочего тела (перегретого пара), поступившее в турбоустановку: QТУ D h0 hПВ , кВт Т 0 Тепло, отданное тепловому потребителю: QТ DТ hТ hТ , кВт QТУ QЭ QТ 7 РАСХОДЫ ТЕПЛА Тепло рабочего тела (перегретого пара), поступившее в турбоустановку: QТУ D0Т h0 hПВ D0К YТ DТ h0 hПВ После преобразований получим: QТУ Q Т QТ К 0 h0 hПВ Т YТ hТ hК коэффициент ценности тепла отборного пара 8 Применение метода энергобалансов к ТЭЦ QЭТ 1. BQНР QПЕ QПЕ 2. QЭТ QТ QТУ QЭ 3. QЭ NЭ QЭ NЭ BQ ТР QТУ QПЕ QТГ ; ТГ QТ 6 QК Q j ; КА 2 QПЕ BQНР NОТП NЭ N Э QЭ N СН ; СН QТР ; Р Н NОТП ПОКАЗАТЕЛИ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ТЭЦ ТЕПЛОВАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ ТЭЦ характеризуется: показателями тепловой экономичности по производству и отпуску электроэнергии показателями по отпуску теплоты тепловым потребителям Схема паротурбинной установки с отпуском тепла потребителю P0 , t0 , h0 , D0 PК , hК , DК PТ , hТ , DТ hПВ , D0 hТ , DТ Абсолютный электрический КПД NЭ NЭ Э QТУ QТ /ТП QЭ ТП – коэффициент, учитывающий потери теплоты в теплообменных аппаратах и в трубопроводах от турбины до упомянутых аппаратов 0,98-0,99. КПД станции брутто по производству ЭЭ: ВЫР СТ Э тр КА КПД станции нетто по отпуску ЭЭ: ОТП СТ ВЫР СТ (1 βсн ) Удельный расход тепла по выработке ЭЭ на ТЭЦ бр ст q QТУ QТ QЭ NЭ NЭ кДж кВт час ккал кВт час Удельный расход топлива По выработке электроэнергии BЭ выр bЭ NЭ По отпуску электроэнергии отп Э b BЭ N Э (1 βсн ) Удельный расход условного топлива По выработке электроэнергии выр Эу b 0,123 ВЫР , ηСТ кг кВт час По отпуску электроэнергии отп Эу b 0,123 ОТП , ηСТ кг кВт час Удельный расход топлива По отпуску тепла отп Т b BТ кг кг , , QТ ГДж Гкал КПД ТЭЦ по производству теплоты Т СТ ТП ТР КА Удельный расход условного топлива по отпуску тепла отп Ту b 34,121 Т СТ кг кг 39,08 164 ГДж Гкал ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА ОТ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ РАЗДЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА КОМБИНИРОВАННАЯ УСТАНОВКА РАСХОДЫ ПАРА Раздельная установка DРУ DКЭС DКНД DКЭС DТ Комбинированная установка DКУ D ТЭЦ 0 D КЭС 0 ЭКОНОМИЯ YТ DТ D DРУ DКУ 1 YТ DТ РАСХОДЫ ТЕПЛА Раздельная установка QРУ QКЭС QКНД QКЭС QТ Комбинированная установка ТЭЦ 0 QКУ Q КЭС 0 Т QТ Q ЭКОНОМИЯ Q QРУ QКУ 1 Т QТ РАСХОДЫ ТОПЛИВА Раздельная установка Комбинированная установка BРУ BКЭС BКНД BКУ BТЭЦ BЭ BТ ЭКОНОМИЯ (1 т ) Qт B р Qн тр к Зависимость экономии топлива от различных факторов B B Qт т ВЛИЯНИЕ НАЧАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ЭКОНОМИЧНОСТЬ ЦИКЛА ПТУ Цикл Карно и цикл Ренкина на насыщенном и перегретом паре Цикл Карно на водяном паре Цикл Карно является наиболее эффективным циклом теплового двигателя Цикл Карно состоит из • двух адиабатных процессов расширения и сжатия • двух изотермических процессов подвода и отвода теплоты Удобство применения в качестве рабочего тела воды: на участке парообразования и конденсации пара изобарный процесс подвода или отвода тепла является одновременно изотермическим Неосуществимость цикла Карно на водяном паре Использование в цикле Карно насыщенного водяного пара оказалось неосуществимым на практике по ряду причин Идеальным термодинамическим циклом тепловых и атомных электростанций является цикл Ренкина. Ренкин предложил заменить частичную конденсацию пара в процессе отвода теплоты полной конденсацией Цикл Ренкина на насыщенном паре T 0 ППУ Г 0 Т кt a К Н a x= 1 о.в. к' кt к' Термический КПД идеального цикла Ренкина ηt меньше, чем КПД цикла Карно в том же интервале температур s Цикл Ренкина на перегретом паре При равном начальном давлении пара за счет перегрева получается дополнительная работа, которая больше, чем дополнительный отвод теплоты в холодном источнике Цикл Ренкина на перегретом паре Следствия перехода к перегретому пару: термический КПД цикла на перегретом паре выше, чем на насыщенном при одинаковом р0 облегчение конструирования паровой турбины (уменьшение расхода пара) удешевление всего оборудования Перегрев пара всегда повышает тепловую экономичность, если сопоставлять его работу с насыщенным паром того же давления. Цикл Ренкина на перегретом паре При одинаковом значении начальной температуры насыщенный пар оказывается более выгодным 1. ВЛИЯНИЕ НАЧАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ЭКОНОМИЧНОСТЬ ЦИКЛА ПТУ ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА Цикл простейшей идеальной паротурбинной установки T T0 Ро1 Ро2 Повышение Р0 при постоянных значениях температуры То и конечного давления Рк ведет к росту средней температуры подвода теплоты за счет повышения температуры насыщения, а следовательно, к росту и ηt цикла Ренкина. s Tк t 1 T0 экв Процессс расширения пара идеальной паротурбинной установки h P4 P3 P2 h0 hКt H0 t h0 hК h0 hК P1 Т0=const x =1 PК =const S ВЛИЯНИЕ НАЧАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ЭКОНОМИЧНОСТЬ ЦИКЛА ПТУ ВЫВОДЫ: 1. С одной стороны повышение начального давления (до некоторой величины) приводит к повышению термического КПД цикла ПТУ. 2. Это же повышение давления обуславливает снижение степени сухости на выходе из проточной части турбины (увеличивает влажность пара). В результате снижается относительный внутренний КПД турбины. 3. Повышение давления увеличивает стоимость оборудования (толщина стенки растет, растут капзатраты, растет расход ЭЭ на привод ПН). Поэтому вопрос выбора оптимального значения начального давления нужно решать на основе технико-экономических расчетов 2. ВЛИЯНИЕ НАЧАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ЭКОНОМИЧНОСТЬ ЦИКЛА ПТУ ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА Цикл простейшей идеальной паротурбинной установки Po T To2 To1 Toэкв2 Tк t 1 T0 экв Toэкв1 Xk1 Xk2 s Процессс расширения пара идеальной паротурбинной установки h Т03 h0 hКt H0 t h0 hК h0 hК P1=const Т02 Т01 x =1 PК =const S ВЛИЯНИЕ НАЧАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ЭКОНОМИЧНОСТЬ ЦИКЛА ПТУ ВЫВОДЫ: 1. Повышение Тo всегда приводит к росту термического КПД, так как возрастает средняя температура подвода теплоты в цикле. 2. Повышение Тo обуславливает увеличение степени сухости на выходе из проточной части турбины. В результате снижаются потери от влажности и растет относительный внутренний КПД турбины. 3. Повышение Тo увеличивает стоимость оборудования (растут капзатраты в более дорогие материалы). Поэтому вопрос выбора оптимального значения начальной температуры нужно решать на основе технико-экономических расчетов Соотношение в стоимостях сталей углеродистые стали обыкновенного качества 1 теплоустойчивые легированные стали (перлитного класса) 5 жаропрочные легированные стали (аустенитного класса), 20 сплавы на никелевой основе для работы при 900...1100 °С 100. 3. НАЧАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПАРА НА АЭС Рост давления в одноконтурном реакторе Начальные параметры пара на АЭС находятся в прямой зависимости от параметров теплоносителя отличающихся для разных типов АЭС Для водного теплоносителя температура пара перед турбиной ниже критической Для одноконтурной АЭС теплоноситель реактора - вода и пароводяная смесь С ростом давления в реакторе одноконтурной АЭС повышаются параметры пара и тепловая экономичность паротурбинной установки (растет термический КПД), но одновременно увеличивается толщина стенок технологических каналов. Это приводит к ухудшению нейтронно-физических характеристик реактора и может потребовать применения более обогащенного урана. 45 На основе технико-экономических расчетов и опыта эксплуатации давление теплоносителя в реакторе одноконтурной АЭС в настоящее время принимается равным 7 МПа Соответственно парообразование в реакторе одноконтурной АЭС происходит при температуре насыщения воды, равной 285 С начальные параметры пара перед турбиной составляют 6,5 МПа и 280 С Рост давления в двухконтурном реакторе Для двухконтурной АЭС теплоносителем является вода под давлением, которая одновременно служит и замедлителем, циркониевые сплавы кассет активной зоны не испытывают перепада давлений. Это позволяет выбрать давление теплоносителя максимально возможным по условиям изготовления мощных корпусов. При современном состоянии реакторостроения таким давлением является 16 МПа. По условию однофазности теплоносителя на выходе из реактора ограничивается не только температура теплоносителя на выходе из реактора, но и температура на входе в реактор (на выходе из парогенератора), которая принимается равной 290 С. Оптимальный подогрев теплоносителя в реакторе составляет 25 - 40 С Необходимый перепад температур в парогенераторе между теплоносителем и пароводяной смесью составляет 10 – 15 С. Температура парообразования составляет 278 С, что отвечает давлению 6,4 МПа Начальные параметры пара перед турбиной 6 МПа и 274 С Начальное давление пара в ПТУ АЭС Термический КПД для ПТУ на насыщенном паре в зависимости от начального давления
