Розрахунок показників роботи теплової електростанції

Розрахунок показників роботи теплової електростанції

Розрахунок показників роботи теплової електростанції

Зміст

теплова електростанція паливо

Вступ

1.  Теплофікаційний цикл ТЕЦ

2.       Установка ТЕЦ

.        Роздільне виробництво електроенергії і теплоти

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

В роботі описується принцип роботи теплової електростанції (ТЕЦ). Проводиться розрахунок витрати палива на даній ТЕЦ із заданими параметрами, а саме: електричною потужністю, параметрами пари, витрати пари у відборах. Розраховується теплове навантаження ТЕЦ.

Метою роботи є зробити розрахунки та порівняти загальну витрату палива на ТЕЦ з витратою палива при роздільному постачанні споживачів теплотою і електроенергією. У випадку роздільного теплопостачання приймається, що теплова електростанція (КЕС) працює по циклу Ренкіна при тих же значеннях тисків, температури, ККД та електричної потужності, що і ТЕЦ, а теплове навантаження покривається станцією теплопостачання (котельною), ККД котлів якої рівний ТЕЦ.

Різниця між витратами палива при виробленні теплоти і електроенергії на ТЕЦ, та при роздільному їх виробленні подана в кілограмах за секунду, та в процентах.

Умова розрахункового завдання

Теплоелектрична станція промислового району з електричною потужністю N_Е=500 МВт, обладнана паровою турбіною з двома відборами пари для теплопостачання. Параметри пари: тиск перед турбіною Р₁=24 МПа; температура пари перед турбіною t₁=560 ^oC; тиск пари після турбіни Р₂=0,004 МПа; тиск пари в першому відборі Р₀₁ =0,2 МПа; тиск пари в другому відборі Р₀₂=0,06 МПа. Витрати пари у відборах: в першому відборі D₀₁=645 т/год; в другому відборі D₀₂=645 т/год.

Визначити теплове навантаження ТЕЦ, загальну витрату палива і порівняти його з витратою палива при роздільному постачанні споживачів теплотою і електроенергією. У випадку роздільного теплопостачання прийняти, що теплова електростанція (КЕС) працює по циклу Ренкіна при тих же значеннях Р₁, t₁, Р₂, η_ПГ, η_oi, η_ЕМ, N_Е, що і ТЕЦ, а теплове навантаження покривається станцією теплопостачання (котельною), ККД котлів якої η_РК рівний η_ПГ ТЕЦ_.

При проведенні розрахунків прийняти η_ПГ=η_РК = 0,92; η_oi = 0,85; η_ЕМ = 0,98; Q^p_Н = 33МДж/кг. Втратами в трубопроводах і роботою на привід живильних насосів знехтувати.

1. Теплофікаційний цикл ТЕЦ

.1 Опис принципової схеми циклу ТЕЦ

Частина теплоти, отриманої в результаті згорання палива, передається робочому тілу в парогенераторі (рис. 1.1). Перегріта пара, що утворюється в парогенераторі, поступає в турбіну, де відбувається її відбір: два теплофікаційних і один конденсаційний. Перший і другий відібрані потоки пари поступають тепловим споживачам (теплопостачання промислового вузла і комунально-побутове теплопостачання відповідно), які будемо вважати теплообмінниками поверхневого типу і в яких пар віддає теплоту і конденсується. В результаті розширення пари лопаткам турбіни передається механічна потужність N_i. Завдяки конденсаційному відбору можливо незалежне регулювання Q_T1, Q_T2, N_i шляхом зміни витрат D₂, D_O1, D_O2 за допомогою автоматичних регуляторів. Конденсаційний відбір у вигляді вологої насиченої пари поступає в конденсатор, де в результаті відводу теплоти перетворюється в насичену рідину. Конденсат, що поступає від теплових споживачів та з конденсатора, передається в збірник конденсату - теплообмінник змішуючого типу. Живильна вода, що отримується в збірнику, подається в парогенератор.

Рис. 1.1. Принципова схема ТЕЦ

Елементи установки: ПГ - парогенератор, теплообмінник поверхневого типу;

Т - турбіна; О₁ - перший теплофікаційний відбір пари (вузол теплопостачання промислового споживача); О₂ - другий теплофікаційний відбір пари

(для комунально-побутового теплопостачання); 2-3 - конденсаційний потік пари;

К - конденсатор; ЗК - збірник конденсату

.2 Визначення характеристик стану робочого тіла

Зображення циклу ТЕЦ в h-s і T-s діаграмах води і водяної пари представлено на рис. 1.2 і рис. 1.3.

Рис. 1.2. Термодинамічний цикл ТЕЦ і КЕС

в T-s діаграмі:

123456 - цикл ТЕЦ; 12’3’4’56 - цикл КЕС

Рис. 1.3. Ділянка термодинамічного

циклу ТЕЦ і КЕС в h-s діаграмі:

612 - ділянка циклу ТЕЦ;

- 612’ - ділянка циклу КЕС

В даній курсовій роботі параметри робочого тіла визначаються за допомогою h-s діаграми водяної пари і по таблицях теплофізичних властивостей води і водяної пари, виходячи з умови, що процес в усіх теплообмінниках схеми ізобарний, а в турбіні - адіабатний незворотній.

По відомим параметрам точки 1 (P₁, t₁), тиск пари, що відбирається P₀₁, P₀₂, P₂ в h-s діаграмі знаходимо теоретичні термодинамічні параметри в точках О_1t, О_2t, 2_t. Параметри насиченої рідини в точках О₁^/, О₂^/ і 3 визначаємо по таблиці теплофізичних властивостей води і водяної пари виходячи з відповідних значень тиску P₀₁, P₀₂, P₂.

Представлені на рис. 1.2 і рис. 1.3 парові цикли складаються тільки з внутрішніх зворотних процесів і їх називають ідеальними. В реальних, дійсних умовах їх здійснення всі процеси циклу є не тільки зовнішньо, але і внутрішньо незворотніми. Особливо різко позначається наявність втрат в живильному насосі, втрат на тертя і втрат від вологості в паровій турбіні. Все це призводить до росту ентропії і відхилення вправо адіабатних процесів стиснення і розширення (рис. 1.4).

Як видно з рисунка, при заданих впливах пари в точці 1 і конденсату в точці 3 в результаті вказаних втрат ентропія відпрацьованої пари збільшується на ΔS_Т, а ентропія води на виході мережі з насоса зростає на ΔS_Н.

Згідно з умовою задачі робота насоса рівна нулю через її невелике значення в порівнянні з роботою турбіни. Тому визначимо істинні значення температур і живильних ентальпій тільки відібраної і відпрацьованої пари на виході турбіни.

Рис. 1.4. Реальний цикл Ренкіна, що враховує втрати в турбіні і насосі

З точки 1 - точки стану перегрітої пари (рис. 1.5) опускаємо ізоентропу (лінію S₁=S₂=const) до перетину з ізобарою Р₂=const. Проекція точки 2 на вісь ординат дає теоретичне значення ентальпії h_2t.

Рис. 1.5. До визначення дійсних ентальпій

По формулі  визначимо істинне значення ентальпії. Від точки 2 вертикально вверх відкладаємо відрізок величиною, що дорівнює . Через знайдену точку проводимо горизонтальну лінію (ізоентальпу h_2i=const) до перетину з ізобарою Р₂=const. Для знайденої точки визначаємо значення істинної температури t_2i.

Істинні значення живильних ентальпій в точках О_1i, О_2i, 2_i визначаються по формулах, що наведені нижче, з врахуванням внутрішніх незворотніх процесів в турбіні:

а) , звідси

 ;

б) , звідси

 ;

в) , звідси

 .

Значення знайдених параметрів робочого тіла в характерних точках циклу ТЕЦ представлені в табл. 1.1.

Таблиця 1.1 Параметри робочого тіла в циклі ТЕЦ

.3 Енергетичний аналіз циклу

.3.1 Енергобаланс циклу

На рис. 1.6 показана схема енергобалансу циклу ТЕЦ. Відповідно до цієї схеми рівняння енергобалансу має вигляд:

,

де Q_ПГ - теплова потужність парогенератора; N_i - абсолютна внутрішня потужність турбіни; Q_T1 - теплова потужність промислового споживача;Q_T2 - теплова потужність, що виробляється для побутового теплопостачання; Q_K - теплова потужність конденсатора.

Рис. 8.6. Енергобаланс теплофікаційного циклу

Складемо енергобаланс основних складових циклу ТЕЦ.

1.3.2 Промисловий споживач

Рис. 1.7. Перший теплофікаційний потік пари

Теплова потужність промислового вузла:

,

де  - масова витрата пари, що направлена до промислового споживача.

.3.3 Комунально-побутовий споживач

Рис. 1.8. Другий теплофікаційний потік пари

Теплова потужність, що виробляється для комунально-побутового споживача:

,

де  - масова витрата пари, що направлена до комунально-побутового споживача.

Сумарна теплова потужність що витрачається на теплопостачання:

.

.3.4 Адіабатна турбіна

Рис. 1.9. Турбіна

Адіабатна турбіна призначена для отримання корисної механічної роботи. В даній схемі циклу в турбіні здійснюється три відбори пари, тобто абсолютна потужність турбіни є сумою потужностей кожного з відборів пари.

Абсолютна внутрішня потужність турбіни:

.

Абсолютна внутрішня потужність турбіни N_i менше потужності, що відповідає випадку ізоентропного розширення внаслідок втрат роботи на тертя пари всередині адіабатної турбіни.

Для теплофікаційного і конденсаційного потоків пари застосуємо 1-й закон термодинаміки, відповідно до якого питома технічна робота (робота валу) будь-якої адіабатної машини визначається різницею ентальпій.

Абсолютна потужність, що генерується за рахунок пари, що поступає в перший теплофікаційний відбір:

,

або

.

Абсолютна потужність, що генерується за рахунок пари, що поступає в другий теплофікаційний відбір:

,

або

.

Абсолютна потужність, що генерується конденсаційним потоком пари з рівняння енергобалансу турбіни рівна:

.

З рівняння енергобалансу для конденсаційного потоку:

,

знайдемо масову витрату конденсаційного потоку:

,

або , звідки:

.

.

.3.5 Конденсатор

Рис. 1.10. Конденсатор

Теплова потужність конденсатора визначається з рівняння енергобалансу для конденсаційного потоку:

.

1.3.6 Збірник конденсату

Рис. 1.11. Збірник конденсату

З рівняння енергобалансу збірника конденсату знаходимо ентальпію живильної води:

,

З наближеної формули для ентальпії води: , можна оцінити температуру живильної води:

.

1.3.7 Парогенератор

Рис. 1.12. Парогенератор

З рівняння енергобалансу парогенератора, знаходимо теплову потужність, що підводиться до робочого тіла в парогенераторі:

.

.3.8 Аналіз енергобалансу теплофікаційного циклу

Відповідно до рис. 1.6 енергобаланс має вигляд:

,

де частина енергії, що надходить до циклу у вигляді теплоти рівна тепловій потужності парогенератора Q_ПГ=1501МВт, а витратна частина -

.

Звідси, нев'язка балансу складає величину:

.

Результати розрахунків зведені в таблицю 1.2.

Таблиця 1.2 Енергетичний баланс теплофікаційного циклу

2. Установка ТЕЦ

.1 Опис принципової схеми

Опис циклічної частини ТЕЦ приведено в п. 1.1. Опис окремих приладів, не вказаних при розгляді циклічної частини приведено нижче.

В парогенераторі теплота від продуктів горіння передається робочому тілу, однак деяка її частина втрачається в зовнішнє середовище у вигляді фізичних втрат Q_ФВ. В турбогенераторі від робочого тіла лопаткам турбіни передається абсолютна внутрішня потужність N_i.

Рис. 2.1. Принципова схема установки ТЕЦ

2.2 Енергобаланс установки ТЕЦ

.2.1 Енергобаланс установки ТЕЦ

Рис. 2.2. Енергобаланс установки

Відповідно до схеми енергобалансу установки ТЕЦ (рис. 2.2), рівняння енергобалансу має вигляд:

,

де В_ТЕЦ - витрата палива, кг/с; Q^p_H - теплота згорання палива, кДж/кг; Q_T - теплота, що передається зовнішнім споживачам, МВт; Q_втрат - сумарні теплові втрати установки:

;

де Q_К - теплота, що відводиться в конденсаторі; Q_ЕМ - електромеханічні втрати в електрогенераторі; Q_ФВ - фізичні втрати в парогенераторі.

Знайдемо окремо кожну складову енергобалансу установки ТЕЦ.

2.2.2 Турбогенератор

Рис. 2.3. Турбогенератор

З рис. 2.3 рівняння енергобалансу турбогенератора має вигляд:

,

тоді електромеханічні втрати будуть рівні:

.

.2.3 Парогенератор

Рис. 2.4. Парогенератор

З рівняння енергобалансу парогенератора витрата палива на ТЕЦ рівна:

,

.

Фізичні втрати теплоти в парогенераторі:

.

2.2.4 Аналіз енергобалансу ТЕЦ

Як було показано в пункті 2.2.1 рівняння енергобалансу має вигляд:

,

де частина енергії, що надходить у вигляді теплоти рівна:

,

а витратна:

Звідси, нев'язка енергетичного балансу установки ТЕЦ складає:

Результати розрахунків зведено в таблицю 2.1.

Таблиця 2.1 Енергетичний баланс установки ТЕЦ

Енергобаланс циклу ТЕЦ у вигляді смугового графіка приведено на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Діаграма енергобалансу ТЕЦ

3. Роздільне виробництво електроенергії і теплоти

.1 Витрати палива при виробленні електроенергії на КЕС

На КЕС виробляється тільки електроенергія (в турбіні відсутні теплофікаційні відбори).

В даній курсовій роботі розглядається КЕС, що працює по циклу Ренкіна. Принципова схема КЕС представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Принципова схема установки КЕС.

Елементи установки: ПГ - парогенератор, теплообмінник поверхневого типу;

К - конденсатор; Т - турбіна.

Теплота, що отримана в результаті згорання палива, передається робочому тілу в парогенераторі. В результаті адіабатного розширення робочого тіла, лопаткам передається механічна робота N_i. Потім пара поступає в конденсатор, де, конденсуючись, віддає теплоту Q_K в зовнішнє середовище. На виході з конденсатора виходить насичена рідина, яка насосом перекачується в парогенератор.

Зображення циклу КЕС в T-s і h-s діаграмах води і водяної пари вказані на рис. 1.2 і рис. 1.3 відповідно.

Параметри робочого тіла приведені в табл. 2.1.

.1.1 Енергобаланс циклу КЕС

Рис. 3.2. Енергобаланс реального циклу КЕС

З рис. 3.2, рівняння енергобалансу реального циклу КЕС має вигляд:

де  - абсолютна потужність турбіни; Q_К - теплова потужність, що відводиться в конденсаторі; N_Н - потужність насоса (за умовою задачі енергією, що витрачається на привід насоса можна знехтувати) N_Н = 0.

3.1.2 Термічний ККД ідеального циклу КЕС

.

3.1.3 Визначення витрати палива на КЕС

Абсолютна внутрішня потужність турбіни:

З рівняння енергобалансу робочого тіла, що проходить через турбіну, витрата робочого тіла дорівнює:

.

Теплова потужність парогенератора:

.

З рівняння енергобалансу парогенератора, загальні витрати палива на КЕС:

.

Питома витрата палива на КЕС:

.

3.2 Витрата палива при виробленні теплоти в районній котельній

Районна котельна виробляє теплоту Q_T для теплопостачання. Теплота, отримана в результаті згорання палива, передається робочому тілу в котлі районної котельної. Нагріте робоче тіло (вода) по тепловим мережам поступає до теплових споживачів, де в результаті теплообміну охолоджується і за допомогою насоса мережі подається в котел.

Рис. 3.3. Принципова схема районної котельні.

Елементи установки: РК - районна котельна; ТМ - теплові мережі;

СП - теплові споживачі; Н -насос теплової мережі

В даній роботі нехтуємо тепловими втратами через ізоляцію теплових мереж. З врахуванням цього, енергобаланс районної котельні в стаціонарному режимі має вигляд:

 або

З енергобалансу котла загальні витрати палива в районній котельній складають:

.

Питома витрата палива в районній котельні дорівнює:

.

3.3 Економія палива на ТЕЦ в порівнянні з роздільним виробленням електроенергії і теплоти

Загальні витрати палива при роздільному виробленні електроенергії і теплоти споживачам складають:

.

Абсолютна економія палива на ТЕЦ в порівнянні з роздільним виробленням електроенергії і теплоти споживачам рівна:

.

Відносна економія палива на ТЕЦ в порівнянні з роздільним виробленням електроенергії і теплоти споживачам складає:

.

Висновки

. В даній роботі виконані розрахунки двох альтернативних систем енергопостачання: від ТЕЦ з комбінованим виробленням електроенергії і теплоти і роздільної - відповідно від КЕС і районної котельні РК.

. Встановлено, що при комплексному виробництві електроенергії і теплоти на ТЕЦ досягається економія палива в порівнянні з роздільним виробництвом тієї ж кількості електроенергії і теплоти. Ця економія визначається як різниця між витратою палива, яка була б при виробленні кількостей теплоти () і електроенергії () роздільним способом (на КЕС і в РК) і витратою палива на ТЕЦ:

.

Ця різниця в процентах складає: 25,97%.

. Доцільність вибору тієї або іншої системи енергопостачання визначається техніко-економічним розрахунком.

Список літератури

теплова електростанція паливо

1.       Буляндра О.Ф. Технічна термодинаміка. - К.: Техніка, 2006. - 320 с.

.        Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е., Техническая термодинамика, М.: Энергоатомиздат, 1983. - 416 с.

.        Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. - М.: Высшая школа, 1968. - 288 с.

.        Ривкин С.А., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник. - М.: Энергоатомиздат, - 1984. - 80 с.