Тепловые паротурбинные станции
СОДЕРЖАНИЕ
Общие
сведения о работе тепловых паротурбинных станций
Основные
способы увеличения КПД ТПЭС
Список
использованной литературы
Общие сведения о работе
тепловых паротурбинных станций
Тепловые электростанции - это электростанции,
вырабатывающие электроэнергию посредством преобразования химической энергии
топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.
Существует несколько типов тепловых
электростанций. В настоящее время, среди ТЭС больше всего тепловых
паротурбинных электростанций (ТПЭС) - это электростанции, преобразующие
тепловую энергию сгорания топлива в электрическую энергию.
В электростанциях такого типа тепловая энергия
сжигаемого топлива используется в парогенераторе, где достигается очень высокое
давление водяного пара, приводящего в движение ротор турбины и, соответственно,
генератор.
В качестве топлива, на таких
теплоэлектростанциях используется мазут или дизель, а также природный газ,
уголь, торф, сланцы, иными словами все виды топлива. КПД ТПЭС составляет около
40 %, а их мощность может достигать 3-6 ГВт.
Кратко рассмотрим принцип работы ТПЭС.
В них используется паровая турбина, в которой
реализуется часть цикла Ренкина, используемого на современных электростанциях.
Упрощенная схема этого цикла представлена на
рис. 1, 2. Рабочую жидкость - воду превращают в перегретый пар в паровом котле
(парогенераторе) 1, нагреваемом за счет сжигания ископаемого топлива (угля,
нефти или природного газа). Пар высокого давления вращает вал паровой турбины
2, которая приводит в действие генератор 3, вырабатывающий электроэнергию.
Отработанный пар поступает в конденсатор 4, где
он конденсируется. Далее вода подается в охлаждающую башню (градирню), откуда
часть тепла уходит в атмосферу. Конденсат с помощью насоса 5 возвращают в
паровой котел, и весь цикл повторяется.
Рис. 1. Принципиальная схема ТПЭС, работающей по
циклу Ренкина
Конденсаторы мощных электростанций очень
громоздки и требуют огромного количества циркуляционной воды. Например, станция
мощностью 3 млн. квт требует подачи около 300000 м3 циркуляционной воды в час,
то есть около 80 м3/сек. Поэтому сооружение большой тепловой станции возможно
только там, где имеется достаточно мощный источник воды. Если источник воды
недостаточен для того, чтобы обеспечить конденсатор непрерывным притоком свежей
воды, при сбросе отработавшей в нем (проточная циркуляция), устраивается
замкнутая циркуляция: вода после конденсатора охлаждается на градирнях и затем
опять подается в конденсатор.
Рис. 2. Принципиальная схема ТПЭС, работающей по
циклу Ренкина
Таким образом, принцип работы ТПЭС достаточно
прост и поэтому они получили такое большое распространение. К преимуществам
относятся следующие факторы:
. Используемое топливо достаточно дешево;
. Могут быть построены в любом месте
независимо от наличия топлива. Топливо может транспортироваться к месту
расположения электростанции железнодорожным или автомобильным транспортом;
. Занимают небольшую площадь;
. Невысокая стоимость выработки электроэнергии.
Однако, как и любая система, данные
электростанции имеют ряд недостатков:
. Загрязняют атмосферу, выбрасывая в
воздух большое количество дыма и копоти;
. Более высокие эксплуатационные расходы
(например по сравнению с гидроэлектростанциями). [2]
Основные способы
увеличения КПД ТПЭС
Согласно второму началу термодинамики, часть
энергии, потребляемой электростанцией, должно рассеиваться в окружающей среде в
виде теплоты. Оказывается, что таким образом теряется примерно 68% энергии,
первоначально содержавшейся в ископаемом топливе. [3]
Для повышения к. п. д. установки и уменьшения,
таким образом, расхода топлива на каждый выработанный киловатт-час на тепловых
паротурбинных станциях применяют ряд мероприятий.
Промежуточный перегрев пара
Современная турбина имеет обычно части высокого,
среднего и низкого давлений, последовательно проходимые паром, давление и
температура которого, а следовательно, и удельная энергия, постепенно снимаются
от начальных значений (при входе в турбину) до конечных (при выходе из
турбины). На современных паротурбинных установках применяют промежуточный
перегрев пара: при выходе из одной части турбины (например, части высокого
давления - чвд) пар направляется обратно в котел, где в специальных
перегревателях температура его поднимается до начальной или несколько ниже;
после этого пар подается в следующую часть турбины. Применяют один-два
промежуточных перегрева. Промперегрев пара повышает к. п. д. установки на
несколько процентов.
Рис. 3. Схема установки при промежуточном
перегреве пара в цикле Ренкина: 1 - котел; 2 - пароперегреватель; 3 - турбина;
4 - электрогенератор; 5 - промежуточный (вторичный) пароперегреватель; 6 -
конденсатор; 7 - насос (питательный)
Рис. 4. Условное изображение процесса в
координатах T-S
Предварительный подогрев воды перед подачей ее в
котел
Весьма существенно повышает экономичность паротурбинной
станции предварительный подогрев питательной воды (перед подачей ее в котел)
частично отработавшим паром. Обычно применяют две ступени подогрева, а
фактически их бывает пять - шести.
Рис. 5. Условное изображение процесса в
координатах T-S
Поскольку питательной воде передается теплота
отобранного пара, включая теплоту парообразования, а при получении работы используется
лишь часть теплоты пара, не включающая теплоту парообразования, то потеря
работы в результате отборов будет значительно меньше, чем увеличение энтальпии
питательной воды. Поэтому в целом кпд цикла возрастает. Однако возрастает и
удельный расход пара, так как отобранная часть пара не полностью участвует в
совершении работы и для получения заданной мощности его расход надо увеличить.
Чтобы уменьшить унос тепла отходящими газами, их
тепло тоже частично используется для подогрева воды и воздуха, подаваемого в
топку, в специальных устройствах, называемых экономайзерами и
воздухоподогревателями.
Рис. 7. Стальной экономайзер для парового котла
Использование тепла отработавшего в турбине
пара.
Еще одним путем для увеличения к. п. д.
паротурбинной установки является использование тепла отработавшего в турбине
пара. Это осуществляется на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Отработавший в
турбинах пар используется затем для теплоснабжения: обеспечения теплом
технологических процессов, промышленного и бытового отопления, горячего
водоснабжения. Таким путем удается поднять коэффициент использования энергии
затраченного топлива до 70% и более.
Использование холодного природного газа.
Известен еще один способ, заключающийся в том,
что через часть трубного пучка конденсатора турбины проходит холодный природный
газ, который нагревается и подается в топку парового котла. Природный газ
разделяется в вихревой трубе на горячий и холодный потоки. Горячий газ подается
прямо в топку котла, а холодный сначала нагревается в конденсаторе турбины, и
только после этого подается в котел. Но данный способ тоже имеет свои
недостатки, т.к. его можно использовать при наличии газомазутных котлов, а
также тепло, отбираемое газом у отработавшего в турбине водяного пара
недостаточно для полной конденсации последнего. Поэтому в конденсаторе турбины
для нагрева газа используется лишь часть трубного пучка, а через остальные
трубки протекает циркуляционная вода.
Основным путем для улучшения экономических
показателей работы конденсационных станций (уменьшения расхода топлива на
каждый произведенный киловатт-час и увеличения общего к. п. д.) является
повышение параметров пара: температуры и давления. В современных энергосистемах
наиболее распространены агрегаты с параметрами пара 90 атм и 500°С. Удельные
расходы топлива на них составляют около 0,4 кг/квт ∙ ч, к. п. д. их
порядка 30-32%. Новые мощные конденсационные электростанции оборудуются
агрегатами на параметры 135 атм и 565°С, с промперегревом до 535°С. Удельные расходы
топлива на таких станциях составляют примерно 0,34 кг/квт ∙ ч, к. п. д. -
около 36%. Раньше заводы изготовляли первые образцы паровых турбин и котлов на
давление пара 240 атм и температуру 580°С, с промперегревом до 565°С; удельные
расходы топлива на станциях с такими агрегатами снижены до 0,31 кг/квт ∙
ч, а к. п. д. повышены до 40%. Заводы и научно-исследовательские институты
ведут разработку паровых турбин и котлов на еще более высокие параметры пара:
давление 300-350 атм, температуру 600-700°С. Мощности сооружаемых
электростанций и устанавливаемых на них агрегатов быстро растут. Основные вводы
новых генерирующих мощностей осуществляются теперь станциями мощностями от 1 до
3-4 млн. квт. В соответствии с директивами часть станций (в первую очередь городские
ТЭЦ) будет строиться на природном газе и жидком топливе (мазуте), что
значительно экономичнее, чем на твердом топливе. [4]
электростанция тепловой паротурбинный электрогенератор
Список использованной
литературы
1. Быстрицкий
Г. Ф. Основы энергетики: Учебник. - М.: ИНФРА-М, 2005. - 278 с.
2. Рыжкин
В. Я. Тепловые электрические станции - М-Л.: Энергия, 1976. - 400 с.