Буров В.Д. и др. Тепловые электрические станции

Подождите немного. Документ загружается.

2.6.

Оптимальные

параметры регенеративного подогрева

питательной

воды

на КЭС

грева наибольшее значение

КПД

устанавливается, когда подогрев воды

подогре-

вателе равен

0,5(AQ

-И'

При

этом максимальный прирост

КПД

установки

реге-

неративными отборами составляет

50 %

теоретически возможного.

При двухступенчатом подогреве максимум

КПД

достигается

при И

пв

+ уС^о - h'

), в

этом случае прирост

г|

(р

составляет

66,6%

теоретически воз-

можного.

При

г. = 3

оптимальное значение энтальпии питательной воды

h'^

^-(/JQ

)

2 = 4

максимум

КПД

соответствует

= +

y(Ag - h'

) и т.д.

При переходе

от

одноступенчатой схемы подогрева

двухступенчатой

г|

воз-

растает

на 16,6 %

теоретически возможного прироста,

при

переходе

от

двухступен-

чатой схемы

трехступенчатой реализуется

еще 8,4 %

максимально возможного

прироста

КПД,

переход

от

схемы

с z = 3 к

схеме

с z = 4

дает

уже

только

5 %

при-

роста

и т.д.

Таким образом, каждая последующая ступень подогрева

все в

меньшей

степени повышает тепловую экономичность установки

(см. рис.

2.17),

капи-

тальные вложения

при

этом монотонно растут. Технико-экономические расчеты

показывают,

что

даже

при

очень дорогом топливе число подогревателей

регене-

ративной системе должно быть

не

более восьми-девяти.

В реальных схемах давление пара

подогревателе обычно

на 5—8 %

ниже дав-

ления

отборе (из-за потерь давления

на

преодоление сопротивлений

коммуни-

кациях).

тепловых расчетах

это

может быть учтено, если значение недогрева

питательной воды

S до

температуры насыщения будет определяться

по

энтальпии

воды

при

температуре насыщения, соответствующей давлению пара

отборе,

а не

в подогревателе.

При

этом

все

приведенные выше зависимости полностью сохра-

няют свой

вид.

Выше было установлено,

что с

увеличением числа отборов каждый после-

дующий отбор оказывает

все

меньшее влияние

на

повышение тепловой экономич-

ности.

По

мере приближения

n в

к t

n в опт

относительный рост

КПД

также умень-

шается. Капиталовложения

при

этом непрерывно возрастают.

Для

одного

того

же

числа регенеративных подогревателей экономически оправданный подогрев воды

не равен наивыгоднейшему

отношении тепловой экономичности,

всегда мень-

ше

его.

Поэтому

на

реальных установках

n в

всегда ниже температуры

n в ош

соот-

ветствующей условиям наибольшей тепловой экономичности.

Для

высоких давле-

ний, когда

для

увеличения

n в

требуются большие дополнительные капиталовложе-

ния, оптимальная температура

большей мере отличается

от

термодинамически

наивыгоднейшей,

чем для

низких давлений.

При

прочих равных условиях разница

в значениях этих величин также возрастает

уменьшением стоимости топлива.

При известном значении

) и

равномерном распределении подогрева

по ступеням

для

любого подогревателя системы

-h'

)/z.

(2.66)

Глава

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

На практике находит применение

такой метод распределения регенеративного

подогрева,

при

котором

каждом

из

подогревателей энтропия воды возрастает

на одно

и то же

значение

(энтропийный метод).

условиях оптимальной теп-

ловой экономичности

при

заданном числе подогревателей

возрастание энтропии

в каждом

из них

определяется

по

формуле

= -^f,

(2.67)

а при подогреве

до

известного (заданного, выбранного) значения температуры

—

по формуле

А5

0п.в-

к)

(2.67а)

где Sq

—

энтропия воды

состоянии насыщения при давлениир

;

—

энтропия

питательной воды

при

температуре

aв

; s'

—

энтропия воды

на

входе

регенера-

тивный подогреватель последнего отбора.

При изотермическом отводе теплоты

от

пара (т.е.

подогревателе смешивающе-

го типа) наибольшие значения

КПД

устанавливаются

при

температуре воды

в подогревателях, изменяющейся

по

геометрической прогрессии,

т.е.

Г,/Г

1Т

= Т

/Т

= ... = Т

1Т

/Г

, (2.68)

где

—

температура питательной воды,

К; Т

—Т

—

температуры воды

на

выходе

из подогревателя

соответствующим номером,

К; Т

—

температура конденсата

на входе

подогреватель последнего отбора,

К.

Находит также применение метод распределения отборов, при котором подогре-

вы воды

подогревателях связаны между собой

соответствии

зависимостью

Ко

Кг

К\

А/г

вЗ

от,

(2.69)

где ЛА

в0

= А

-А

а1

. (2.70)

При выбранной температуре питательной воды формула (2.69) принимает

вид

АИ

в\

Кг

Kz-\ „ ,

Q ч

ТГ~

~ ТГ~

= ••• =

~П. ~

(2.69а)

ДА

в2

ДА

в3

ДА

В2

где

*Jq

. (2.70а)

Формулы (2.69), (2.70)

[как и

(2.69а), (2.70а)] получены

предположении,

что

значение

может быть выражено

зависимости

от

энтальпии воды

^ в

состоя-

нии насыщения

при

давлении

отб

линейной зависимостью

интервале давлений

отр

до/»!.

2.7.

Регенеративный

подогрев

питательной

воды

на установках

промежуточным

перегревом

2.7.

РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПОДОГРЕВ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ

НА УСТАНОВКАХ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА

Любой из описанных методов определения расположения регенеративных отбо-

ров может быть применен при расчете тепловых схем установок без промежуточ-

ного перегрева пара. На установках с промежуточным перегревом пара в один ре-

генеративный подогреватель всегда целесообразно подавать греющий

пар

из «холодной» нитки промперегрева (рис. 2.18). Подогрев воды в этом подогрева-

теле непосредственно зависит от параметров пара в первом регенеративном отборе

после промежуточного перегрева. В условиях оптимальной тепловой экономично-

сти подогрев воды

нем существенно выше, чем

остальных регенеративных

подогревателях, и зависит от начальных параметров пара и параметров промежу-

точного перегрева, температуры питательной воды, числа отборов из цилиндра

высокого давления (ЦВД) турбины и их расположения.

На применяющихся

нашей стране установках, работающих на перегретом

паре

промежуточным перегревом, наряду

этим имеется еще один отбор при

более высоких параметрах, значения которых однозначно зависят от температуры

питательной воды

Однако, как показывают технико-экономические расчеты,

некоторых случаях

(при дешевом топливе или когда паротурбинная установка проектируется для

покрытия переменной части графика электрических нагрузок) питательную воду

целесообразно подогревать до относительно невысоких значений

, и тогда нали-

чие этого отбора экономически не оправдано. Если питательная вода после подо-

гревателя, где в качестве греющего используется пар из линии, идущей на проме-

а)

б)

Рис. 2.18.

Схема

установки

(а) и

рабочий

процесс

пара

турбине

промежуточным перегревом

(б):

1 —

паровой

котел;

—

турбогенератор;

—

конденсатор;

—

регенеративные

подогреватели;

—

энтальпия

пара

на

выходе

из ЧВД и

входе

в ЧСД

турбины

(после

промежуточного

паро-

перегревателя)

Глава

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ

ПОКАЗАТЕЛИ

КОНДЕНСАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

жуточныи перегреватель, направляется непосредственно в котельную установку, то

температура t

n в

(соответственно h

n в

) известна и при данном числе регенеративных

подогревателей может быть установлено одно расположение отборов, обеспечи-

вающее оптимальную тепловую экономичность. Если в части турбины до выхода

потока из ЧВД имеется отбор на регенеративный подогреватель, то от его располо-

жения зависит распределение подогревателей, находящихся за промежуточным пе-

регревателем.

В работе В.Я. Рыжкина показано, что в условиях, когда значения q-, определен-

ные для всех отборов, могут быть аппроксимированы прямыми линиями, в схемах

с одним или двумя регенеративными подогревателями, обогреваемыми паром

из ЧВД турбины, оптимальное расположение всех отборов определяется выраже-

ниями:

Яп.п Ч\

1 +

0-*п.в

АИ

в1

Я\)

Ah з + q

вз

з. (2.71)

Яз Я

-1 Я

_________ - _ -

(2.72)

44 Я5 Яб Яг Як

где qj — количество теплоты, которое отдается 1 кг греющего пара в подогревателе;

— количество теплоты, отдаваемое 1 кг пара в конденсаторе; q

— количество

теплоты, подведенное к 1 кг пара в промежуточном перегревателе.

В (2.72) отношение т = q-lqj

+ }

определяется по зависимости

™

= *-lf^7q~

. (2.73)

Уравнения (2.71)—(2.73) можно решить методом последовательных приближе-

ний. Целесообразно сначала (при принятом значении h

n в

) задаться значением Д/г

в2

и для полученного при этом расположения отбора за промежуточным перегревате-

лем разбить подогрев по отдельным подогревателям. После этого можно по (2.71)

определить

АИ

в2

Если полученное при этом значение совпадает с первоначально

принятым, разбивка отвечает оптимальному КПД.

Существует и другой метод определения расположения регенеративных подо-

гревателей в схемах с промежуточным перегревом. Этот метод действителен при

любой закономерности изменения q.. Если первый отбор за промежуточным пере-

гревателем провести при давлении пара, близком к давлению на входе в ЧСД тур-

бины (непосредственно за промежуточным перегревателем), то КПД цикла

не только не возрастет, но даже уменьшится. По мере снижения давления в этом

отборе КПД цикла начинает возрастать. Из этого следует, что существует точка

на линии расширения пара за перегревателем, в которой расположение регенера-

тивного отбора не оказывает никакого влияния на КПД цикла. Эта точка названа

индифферентной точкой линии расширения за перегревателем.

2.7. Регенеративный

подогрев

питательной

воды

на

установках

промежуточным

перегревом

Зависимость для определения параметров пара в этой точке может быть полу-

чена из условия постоянства тепловой нагрузки котла, т.е.

= const, (2.74)

Чтр

где а

= 1 — относительный расход свежего пара на турбину; а

п п

— относитель-

ный расход пара через промежуточный пароперегреватель; /г

и h

n в

— энтальпии

свежего пара и питательный воды, кДж/кг; г)

тр

— КПД транспортировки теплоты

от котла к турбине.

Если предположить, что при Q

= const можно отказаться от промежуточного

перегрева, то котел должен произвести дополнительно свежего пара в количестве

п.п^п.п

Ла

h—h~

•

75)

Этот поток пара произвел бы в ЧВД турбины дополнительную работу

А£

чвд

= Аа

ВД

, (2.76)

где Яц

ВД

— приведенный теплоперепад пара в ЧВД турбины, кДж/кг,

ВД

К - *i + (1 - а, )(А, - А

,), (2.77)

и лишь только после этого какая-то часть этого дополнительного потока была

бы использована в качестве греющего пара в регенеративном перегревателе, питае-

мом паром, выходящим из ЧВД турбины.

Таким образом, для того чтобы найти на линии расширения пара в турбине

после промежуточного перегрева точку, отбор пара из которой для регенерации

равноэкономичен отбору пара из выхлопа ЧВД (индифферентную точку), необ-

ходимо, чтобы после промежуточного перегрева поток пара произвел работу,

равную Л£

ЧВ

д.

Таким образом, теплоперепад от точки с параметрами пара после промежуточ-

ного перегрева до индифферентной точки (см. рис. 2.18) можно определить

из равенства

"иАп = ^чвд- (2-78)

С учетом (2.75) и (2.76) получим

ивд

7-^-?

. (2.79)

"п.в

После установления параметров пара в индифферентной точке необходимо

найти параметры пара в регенеративных отборах, расположенных за ней. Для этого

может быть использована любая из известных методик, разработанных для устано-

вок без промежуточного перегрева пара. При этом необходимо рассматривать уста-

новку без промежуточного перегрева пара с начальными параметрами

инл

инд

у которой число регенеративных отборов z' = z - г

чвд

. Такая аналогия совершенно

оправдана, так как из теории регенеративного подогрева известно, что отбор

свежего пара для регенерации не влияет на тепловую экономичность установки,

как и отбор пара из индифферентной точки.

Глава

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

2.8.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

КОНДЕНСАЦИОННЫХ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Основными энергетическими показателями конденсационных паротурбинных

установок являются удельные расходы пара, топлива и показатели тепловой эконо-

мичности.

При определении энергетических показателей установки исходят из того, что

электрическая мощность ее, начальные

конечные параметры, рабочий процесс

пара

турбине, число подогревателей

параметры

отборах,

также некоторые

другие данные, характеризующие данную установку, уже известны. Значения этих

величин легко могут быть установлены, если речь идет об уже существующей

установке, работающей при заданном режиме. Для вновь проектируемой установ-

ки некоторые из них (например, электрическая мощность, начальные

конечные

параметры и др.) могут быть заданы, остальные сначала определяются из предва-

рительных проработок

расчетов,

затем (после завершения проектирования)

уточняются.

Рассмотрим в качестве исходного цикл перегретого пара с регенерацией, но без

промежуточного перегрева. При известных начальных

конечных параметрах

и рабочем процессе пара в турбине теплоперепад, рассчитанный на 1 кг подведен-

ного к турбине пара, при

отборах (см. рис. 2.16) определяется по выражению

= 1(А

А,) + (1

а,)(А

) + (1

- а

)(А

) + ...

+ (1

-щ

-а

- ...

-а

)(Н

-к

(2.80)

Это выражение может быть представлено в виде

•

\-K

i-K VA-

(2.81)

или

где

П = (

0 -

l)(l -

«1^1

СС2У2

зУз

• • •

- <V*)>

(

)

-h

"к "0 "к "0 "к

0 "к

Принято

называть эквивалентным приведенным теплоперепадом пара в тур-

бине,

величины у,, у

•••*У

— коэффициентами недовыработки.

Коэффициент недовыработки

—

это отношение той работы, которую мог

бы еще совершить в проточной части турбины 1 кг пара рассматриваемого отбора,

к работе, совершаемой 1 кг конденсационного потока пара.

Таким образом, для установки без промежуточного перегрева коэффициенты

недовыработки определяются по формуле

= ^f>

где

= А

— теплоперепад конденсационного потока пара в проточной части

турбины.

2.8.

Определение

энергетических

показателей

конденсационных

паротурбинных установок

ДЛЯ

установки с промежуточным перегревом пара (см. рис. 2.18)

= (А

- А

м1

* А

п2

- h

)[l - о, - а

—

О n.nl п.п2 к 0 п.п! п.п2

1~Й~ГЙ

+й ~

'"~°~

h~~-h

+И ГГ" )• (2.85)

"О "п.п1

+я

п.п2 "к "О

п.п1

+й

п.п2

В данном случае теплоперепад конденсационного потока пара Я

= А

- А

п п1

К.п2 - К-

Формулы (2.82) и (2.85) приводятся к виду

= н1\-±а

]У

(2.86)

Зная Н

, легко определить общий расход пара на турбину. При заданной элек-

трической мощности N

общий расход пара, кг/с, определяется по формуле

ИЛИ

= — -2— . (2.88)

1 '

Как видно из (2.88), если отборов пара на регенеративный подогрев нет (otj =

= a

= ... a

= 0), формула, определяющая общий расход пара на турбину, при-

нимает вид

вр

/(Н

(2.89)

По зависимости (2.89) находится общий расход пара D

npK

для простейшей кон-

денсационной установки.

Из (2.88) и (2.89) видно, что общий расход пара на турбогенераторную уста-

новку с отборами выше, чем на простейшую конденсационную установку при про-

чих равных условиях. Если считать рабочие процессы пара в турбине простейшей

конденсационной установки и установки с отборами одинаковыми, то соотноше-

ние между этими величинами определяется выражением

А)

АФ.К/(1-1«^)-

(2-90)

Несмотря на то что в схемах с отборами пара на регенерацию расход пара

на турбину увеличивается, тепловая экономичность установки возрастает. Из этого

следует, что при одной и той же мощности N

потери в холодном источнике в таких

схемах меньше. Изменение расхода пара в конденсатор при переходе от простей-

шей конденсационной установки к установке с отборами пара на регенерацию

может быть найдено из следующих соображений. В простейшей конденсационной

установке весь поток пара, поступающий в турбину, достигает холодного источника,

Глава

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

т.е.

конденсатор поступает расход пара, равный

. На

установке

отборами

при

той же

мощности

(и

одинаковых значенияхр

, t

и п

) в

конденсатор посту-

пает поток

расходом

где

Dj —

расход пара в

j-u

отборе.

Имея

виду,

что ay = Z)7D

, из

(2.90) получаем

jyj' (

и, следовательно, расход пара

конденсатор

для

турбины

отборами определяется

зависимостью

D^D^-^Dj-^Djyj).

(2.93)

Этот расход меньше

ap к

на

±Dj ~

±В

]У]

±Dj

У]

(2.94)

i i

Количество пара

кг/(кВт

•

ч), приходящееся

на

выработку

1 кВт

•

электро-

энергии, называют удельным расходом пара.

Из

определения следует,

что

3600D

//V

. (2.95)

Используя (2.88)

(2.95), получаем

3600 3600

„

——;—^—

я~пГ'

(

96)

1м

'г

ЧМЛ

1 )

или

(2.97)

где

np к

—

удельный расход пара

для

простейшей конденсационный установки

той

же мощности, рабочий процесс

которой протекает

так

же,

как и в

рассматриваемой,

'NP.-IT

(2-98)

ПРК

#КЧМЧ

Зная

можно легко определить общий

удельный расходы пара

на

турбину

[см.

(2.87)

(2.96)].

По полному

удельному расходам пара легко установить соответствующие рас-

ходы теплоты. Полный расход теплоты,

кВт, на

турбоустановку

без

промежуточно-

го перегрева составляет

-h

(2.99)

2.8. Определение энергетических показателей конденсационных паротурбинных установок

для

установки

промежуточным перегревом пара

o\("o

- К,)

(l - t

(

n.n2

К.

п1

)]

(2-ЮО)

где

z —

число регенеративных отборов

из

ЧВД турбины

(до

промежуточного пере-

грева).

Располагая зависимостями (2.99)

(2.100), можно легко определить показатели

тепловой экономичности турбогенераторной установки

электростанции

целом.

Для конденсационных установок

без

промежуточного перегрева пара удельный

расход теплоты, кДж/(кВт

•

ч),

d(h

-h

), (2.101)

при

наличии промежуточного перегрева

(2.102)

(Л

-А

)

1,1-1^(Л

п2

-А

п1

)

В конденсационной установке любого типа одна часть полного расхода теплоты

затрачивается

на

совершение внутренней работы турбины (выработку

), а

осталь-

ная

ее

часть

теряется

холодном источнике (конденсаторе турбины). Таким

образом,

для

конденсационной установки любого типа

=*/

е,

(2-юз)

или

-K)

(2.104)

где h

-h'

—

количество теплоты, теряемое

кг

пара

конденсаторе.

Воспользовавшись (2.103)

(2.91),

учетом того,

что

7У

Л^г|

г|

, получим

3600

<7э

1 >

<7к

(2.105)

Л„Л

Формула (2.105) справедлива

для

конденсационной установки любого типа.

Из этой формулы видно,

что

удельный расход теплоты

конденсационной турбо-

установке

на

производство электроэнергии зависит главным образом

от

отношения

Зная

можно легко определить электрический

КПД

г|

показатели тепловой

экономичности электростанции.

Гла ва

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

ТЕПЛОЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЕЙ

3.1.

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Использование теплоэлектроцентралей для снабжения электроэнергией

теп-

лом промышленных и бытовых потребителей

отечественной энергетике получи-

ло широкое распространение. Основной особенностью теплоэлектроцентралей

является комбинирование производства тепловой

электрической энергии при

организации рабочего процесса основного пароводяного цикла. Это приводит

к экономии топлива по сравнению

тем случаем, когда каждый вид продукции

вырабатывается раздельно.

Производство тепловой

электрической энергии на ТЭЦ осуществляется на

одном

том же оборудовании — теплофикационной турбине. Пар, поступающий

на вход турбины с регулируемыми отборами и конденсацией, делится на два потока.

Один поток пара, расширяясь по длине всей проточной части, в конце расширения

с достаточно низким давлением (вакуумом) сбрасывается

конденсатор. Электро-

энергия, произведенная на основе этого потока, считается выработанной по кон-

денсационному циклу.

Второй поток пара, расширяясь в турбине, отбирается из промежуточной точки

проточной части

используется

дальнейшем для промышленных целей или

бытовых нужд. Места отборов определяются требованиями к параметрам отбирае-

мого пара. Электроэнергия, полученная за счет работы этого потока пара, счита-

ется выработанной по теплофикационному циклу. Работа, произведенная 1 кг пара

этого потока, и соответственно электроэнергия, выработанная на основе этой работы,

будут всегда меньше, чем работа и электроэнергия, произведенные 1 кг пара кон-

денсационного цикла; причем эта работа будет тем меньше, чем выше параметры

отбираемого пара, т.е. чем ближе отбор к входу турбины.

Если обозначить долю пара, работающего по конденсационному циклу, как

и долю пара, работающего по теплофикационному циклу, как

отб

то

отб=

При наличии производственного

отопительного отборов каждый поток пара,

работающий по теплофикационному циклу, производит работу

проточной части

турбины, значение которой зависит от параметров в месте отбора. Тогда

+ а

т=

где

— доли пара отопительного и производственного отборов.

Если имеют место два отопительных отбора — верхний и нижний, что практи-

чески всегда бывает на современных теплофикационных турбинах, то

т.в

т.н