Вариант № 2
1. Технологический процесс производства электроэнергии на тепловых конденсационных электростанциях (КЭС).
Под технологическим процессом производства электроэнергии на тепловых конденсационных электростанциях понимается упорядоченная последовательность взаимосвязанных действий, выполняющихся с момента получения материально-технических ресурсов (топливо, вода, расходный материал и др.) до выработки электрической энергии и её преобразования для доставки до потребителей.
Технологический процесс производства электрической энергии на КЭС обеспечивается оборудованием и установками, в которых один вид энергии преобразуется в другой. Основные установки и системы станции следующие:
- котельной установка; паротурбинная установка; топливное хозяйство; система золо - и шлакоудаления, очистки дымовых газов; электрическая часть; техническое водоснабжение (для отвода избыточного тепла); система химической очистки и подготовки воды.
Котельная установка служит для преобразования химической энергии топлива в тепловую, передачи её воде, и выработки пара с требуемыми термодинамическими параметрами; размещения технологического оборудования и систем и располагается в котельном отделении главного корпуса.
Установка состоит из паровых котлов (парогенераторов) и паропроводов. Пар от котлов передаётся в паротурбинную установку по паропроводам «острого» пара по блочной схеме.
Паротурбинная установка размещается в машинном зале и в деаэраторном (бункерно-деаэраторном) отделении главного корпуса. В неё входят:
- паровые турбины с электрическим генератором на одном валу; конденсатор, в котором отработанный турбиной пар конденсируется с образованием воды; конденсатные и питательные насосы, обеспечивающие возврат воды из конденсатора и (питательной воды) к паровым котлам; рекуперативные подогреватели низкого и высокого давления (ПНД и ПВД) —теплообменники, в которых питательная вода подогревается отборами пара от турбины; деаэратор, в котором вода очищается от газообразных примесей и подогревается; трубопроводы и вспомогательные системы.
Топливное хозяйство имеет различный состав в зависимости от основного топлива, на которое рассчитана КЭС. В целом оно включает в себя: для а) "угольных" КЭС:
- размораживающее устройство; разгрузочное устройство; угольный склад; дробильная установка для предварительного измельчения угля; конвейеры для перемещения угля; системы аспирации, блокировки и другие вспомогательные системы; система пылеприготовления, включая шаровые, валковые, или молотковые углеразмольные мельницы; мазутное хозяйство (для резервного топлива - мазута)
Часть устройств топливоподачи резервируется.
б) "газовые" КЭС:
- газораспределительный пункт
- газопроводы;
- мазутное хозяйство (для резервного топлива - мазута)
в) "мазутные" КЭС:
в мазутное хозяйство входят:
- приёмно-сливное устройство; мазутохранилище со стальными или железобетонными резервуарами; мазутная насосная с подогревателями и фильтрами мазута; трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой; противопожарная и другие вспомогательные системы.
Система золошлакоудаления устраивается только на угольных электростанциях. Системы золошлакоудаления могут быть гидравлические, пневматические или механические. Наиболее распространённая система оборотного гидравлического золошлакоудаления состоит из смывных аппаратов, каналов, багерных насосов, пульпопроводов, золошлакоотвалов, насосных и водоводов осветлённой воды.
Электрическая часть КЭС предназначена для производства электрической энергии и её распределения потребителям. В генераторах КЭС создается трёхфазный электрический ток напряжением обычно 6—24 кВ. Для передачи электрической энергии потребителям сразу после генераторов устанавливаются повышающие трансформаторы, повышающие напряжение до 35, 110, 220, 500 и более кВ..
Система технического водоснабжения обеспечивает подачу большого количества холодной воды для охлаждения конденсаторов турбин. Системы разделяются на прямоточные, оборотные и смешанные. В прямоточных системах вода забирается насосами из естественного источника (обычно из реки) и после прохождения конденсатора сбрасывается обратно. Охлаждение может производиться на поверхности водохранилищ-охладителей или в искусственных сооружениях: брызгальных бассейнах или градирнях.
Система химводоподготовки обеспечивает химическую очистку и глубокое обессоливание воды, поступающей в паровые котлы и паровые турбины, во избежание отложений на внутренних поверхностях оборудования.
При проектировании и строительстве КЭС её системы размещаются в зданиях и сооружениях комплекса, в первую очередь в главном корпусе. При эксплуатации КЭС персонал, управляющий системами, как правило, объединяется в цеха (котлотурбинный, электрический, топливоподачи, химводоподготовки, тепловой автоматики и т. п.).
2. Рабочий процесс конденсационной электростанции, её КПД и удельные показатели.
Преобразование энергии топлива в электрическую на паротурбинных электростанциях осуществляется на основе идеального парового цикла Ренкина, в котором теплота подводится и отводится при постоянном давлении рабочего тела. На рисунке 1 приведеныТ-sдиаграмма цикла и схема паротурбинной установки.
На Т-sдиаграмме обозначены следующие процессы:
1-2–расширение пара в турбине, совершение механической работы (адиабатическое расширение)
2-3– охлаждение пара, отвод теплоты конденсации (изобарный процесс при давлении р2)
3-4– сжатие конденсата в насосе (адиабатный процесс, сжатие до давления р1,вследствие несжимаемости жидкости, одновременно изохорный).
4-5 – нагрев воды до кипения (изобарный процесс, точка 4 –температура кипящей воды при давлении р1 в котле),
5-6 – испарение воды(изобарный процесс при давлении р1, точка 5соответствует состоянию сухого насыщенного пара).
6-1 – перегрев пара, изобарный процесс при давлении р1.
Т-sдиаграмма цикла
Схема паротурбинной установки
Рис.1
Термический КПД идеального цикла Ренкина:
где q1 - удельное количество подводимой теплоты в цикле, кДж/кг.
q2 - удельное количество отводимой теплоты в цикле, кДж/кг.
Эти удельные величины определяются следующими соотошениями:
подводимая теплота:
отводимая теплота:
работа турбина
работа насоса
где
i1 –энтальпия перегретого водяного пара на выходе из котла;
i2 –энтальпия влажного водяного пара на выходе из турбины (на входе в конденсатор);
i3 –энтальпия воды на выходе из конденсатора;
i4 –энтальпия воды на входе в котел (на выходе из насоса);
Работа цикла определяется следующим выражением:
При реализации идеального цикла Ренкинана практике возникают необратимые потери, связанные с трением и необратимостью расширения пара в турбине, сжатия конденсата в насосе и др. В состав простейшей конденсационной электростанции (КЭС) входят турбогенераторная и котельная установки, питательный насос и трубопроводы пара и воды, связывающие эти элементы в единую установку. В этом оборудовании реальной КЭС дополнительно теряется энергия.
Для учета тепловых потерь в паропроводе вычисляется тепловой КПД паропровода зпп по формуле:
где i5д –энтальпия воды на входе испарителя котла при реальном цикле;
i1 0 – энтальпия пара на выходе из парового котла (на входе паропровода);
i1 – энтальпия пара на входе в турбину.
Для учета потерь пользуются понятиями относительных КПД, получаемых при сопоставлении реальной установки с идеальным циклом Ренкина (КПД котла, трубопроводов, электрического генератора и т. д.). Одновременный учет потерь нескольких видов достигается перемножением относительных КПД.
Так, внутренний относительный КПД насоса определяется следующим образом:
для внутреннего относительного КПД комплекса турбина-насос:
Для полной характеристики установки по использованию подведенной теплоты пользуются термином абсолютных КПД, получаемых умножением относительных КПД на КПД идеального цикла Ренкина.
Электрические и механические потери учитывает КПД генератора зг.
Дополнительный учет механических потерь в турбине и генераторе позволяет найти относительный электрический КПД турбогенераторной установки:
Важным энергетическим показателем является абсолютный электрический КПД турбогенераторной установки, который без учета затраты энергии на питательный насос может быть определен по формуле:
Учет потерь теплоты в окружающую среду паропроводом и питательным трубопроводом, и потери теплоты с утечками рабочего тела и с продувкой проводится расчетом КПД трубопроводов (КПД транспортировки теплоты или теплового потока).
Абсолютный КПД КЭС может быть получен из КПД турбогенераторной установки умножением на КПД котельной установки зку и трубопроводов зтр :
К основным удельным характеристикам КЭС относятся:
Удельный расход пара показывает работу, передаваемой внешнему потребителю, полученную от энтальпии 1 кг пара на входе в турбину.
Удельный расход топлива - необходимое количество топлива для выработки 1 кВт. час электрической энергии.
Удельные расходы условного топлива bу на отпущенную электрическую и тепловую энергию;
