Тепловые паротурбинные станции

Размещено на http://www.allbest.ru/

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:

1. Используемое топливо достаточно дешево;

2. ТПЭС требуют меньших капиталовложений по сравнению с другими электростанциями;

3. Могут быть построены в любом месте независимо от наличия топлива. Топливо может транспортироваться к месту расположения электростанции железнодорожным или автомобильным транспортом;

4. Занимают небольшую площадь;

5. Невысокая стоимость выработки электроэнергии.

Однако, как и любая система, данные электростанции имеют ряд недостатков:

1. Загрязняют атмосферу, выбрасывая в воздух большое количество дыма и копоти;

2. 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

Рис. 6. Схема установки при регенеративном подогреве питательной воды в цикле Ренкина: 1 - котел; 2 - пароперегреватель; 3 - паровая турбина с промежуточными отборами пара; 4 - электрогенератор; 5 - регенеративные подогреватели; 6 - насосы; 7 - конденсатор

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.

Размещено на Allbest.ur