Термодинамические основы производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, КЭС и в районных (стр. 4 из 4)

K = (N_H+ Q_Т^Н) / B^Н· Q_Н^Р = (12590 + 17141,113) / 1,817·29300 = 0,5585. (2.16)

3.Раздельное производство тепловой и электрической энергии на КЭС и в районных котельных.

Построение процессов водяного пара в конденсационной турбине.

В паровой турбине рабочее тело движется с большими скоростями и соприкасается с поверхностями её деталей; вследствие этого как внутри самого тела, так и при соприкосновении с металлическими поверхностями возникает трение. На преодоление трения тратится часть полезной энергии, и поэтому работа 1 кг пара будет меньше, чем работа идеальной (без потерь) турбины h₀= i₁- i_2. Процесс расширения рабочего тела с учетом потерь на трение показано на i-S диаграмме. Энтальпия пара в конце реального процесса расширения (точка6) обозначается i₆, а внутренняя работа 1 кг пара с учетом потерь на трение ( её обозначают h_i) составит: h_i= i₁- i₆.

Сравнивая работы идеального двигателя h₀ и внутренней работы h_iдействительного двигателя производится по КПД, который называется внутренним относительным КПД турбины:

η_oi = h_i / h₀ = (i₁- i₆) / (i₁- i₂)

Знание значения внутреннего относительного КПД даёт возможность определить в i-S диаграмме точку, характеризующую состояние, а, следовательно, и степень сухости (и другие параметры) пара, выходящего из турбины. Значение энтальпии пара после расширения в турбине определяется из выражения: i₆ = i₁ - h₀· η_oi = i₁ - (i₁- i₂)· η_oi.

На i-S диаграмме откладывают значение i₆ и проводят горизонтальную линию i₆ = const; степень сухости в точке 6 не должна быть меньше 0, 9, чтобы исключить эрозионный износ рабочих лопаток последних ступеней.

3.1.Определение термодинамических и технико-экономических параметров КЭС и районных котельных.

При обозначении расходов пара и топлива при раздельном производстве электричества и тепла, используем нижний индекс ‘P’ (что означает «раздельно»).

Для вычисления удельного расхода пара d_э на турбину нужно определить внутреннюю работу 1 кг пара при наличии регенерации, для чего предварительно определяется доля отбора α на регенерацию.

α = (i₄ ′ - i₆ ′ ) / ( i₄ – i₆ ′ ) = (720,9-133,915)/(2699,95-133,915)=0,2288; (3.1)

Внутреннююработу 1 кг пара с учётом потерь на трение:

h_ip = ( i₁ – i₄ ) + ( i₄ – i₆ )·(1-α) = (3185,3- 2699,95) + (2699,95-2034,76)(1-0,2288) = 998,34 кДж/кг; (3.2)

Удельный расход пара для выработки электроэнергии при номинальном режиме:

d_эр^н = 1/ h_ip·η_м·η_эл = 1/998,34 ·0,88·0,92 = 0,001237 кг/кДж; (3.3)

Полный расход пара D_BР^Н :

D_BР^Н = d_эр^н · N_H= 0,001237 ·12590 = 15,574 кг/с; (3.4)

Расход условного топлива В_ЭР^Н:

В_ЭР^Н = D_BР^Н( i₁ – i′₄ ) / Q_Н^Р·η_пг = 15,574 (3185,3– 720,9)/29300·0,88 = 1,4885 кг/с;

(3.5)

Удельный расход топлива на выработку электроэнергии:

в^н_эр = В_ЭР^Н/ N_H=1,4885 /12590 = 118,2·10^-6кг/кДж; (3.6)

Расход условного топлива на выработку пара в котельной:

В_ТР^Н = Q_Т^Н / Q_Н^Р·η_пг = 17141,113/29300·0,88 = 0,665 кг/с; (3.7)

Электрический коэффициент полезного действия КЭС:

η_кэс^э = 1/ в^н_эр· Q_Н^Р = 1/118,2·10^-6·29300 = 0,2888 (3.8)

Общий расход топлива при раздельном производстве энергии:

В_Р^Н = В_ЭР^Н + В_ТР^Н = 1,4885 + 0,665 = 2,1535 кг/с; (3.9)

Коэффициент использования тепла топлива при раздельном производстве энергии:

K = (N_H+ Q_Т^Н) / В_Р^Н · Q_Н^Р = (12590 + 17141,113) / 2,1535 ·29300 = 0,471; (3.10)

4.Анализ показателей эффективности ТЭЦ и КЭС.

Анализируя производственные расчёты, нужно сопоставить затраченное топливо обоих вариантов ТЭЦ и КЭС вместе с котельной и выработку электричества на ТЭЦ и КЭС.

Экономия топлива в комбинированной установке по сравнению раздельной установкой:

α = (В_Р^Н - B^Н) / В_Р^Н · 100% = 15,63% (4.1)

Этот результат позволяет сделать вывод о том, что комбинированная выработка тепла и электроэнергии на ТЭЦ выгоднее, чем раздельное производство на КЭС и в районных котельных. Экономия топлива достигается 10,136%. Сравнение электрических КПД ТЭЦ и КЭС показывает:

η_тэц^э> η_кэс^э (0,373>0,2888) (4.2)

5.Определение характеристик конденсационной турбины и построение диаграммы режимов её работы.

Важной характеристикой турбины служит расход пара на холостой ход, соответствующий такому режиму её работы, при котором турбина, не производя электрической энергии, вращается с номинальным числом оборотов. При таком режиме эксплуатации работа, совершаемая паром, затрачивается на преодоление собственных потерь установки.

Расход пара на холостой ход принято выражать долей х расхода пара при номинальной нагрузке:

D_Х = х· D_B^Н = 0,08·13,52 =1,0816кг/с, (5.1)

где х – коэффициент холостого хода турбины; D_B^Н – расход пара на турбину при номинальном режиме, без отбора.

Величину D_B^Н в данной формуле обозначают D_КMAX. При работе турбины без отбора она вырабатывает номинальную мощность только паром, поступившим в конденсатор. В режиме работы с отбором пара часть номинальной мощности будет вырабатываться отобранным паром, следовательно, количество пара, поступившего в конденсатор, будет меньше, чем при работе в режиме отбора. Количество пара, поступившего в конденсатор при работе в режиме отбора, является максимальным, и на него рассчитывается ЦНД турбины и пропускная способность конденсатора.

Электрическая нагрузка, которую необходимо подводить извне для вращения вала, не расходуя пар(электрическая мощность холостого хода):

N_X = x / (x-1)· N_H = 0,08/(0,08 -1)12,59 = -1,095МВт. (5.2)

«–» указывает на то, что она сообщается установке.

При постоянстве расхода пара на турбину при номинальном режиме с отбором D_B^Н=const возможно изменять значения электрической мощности за счёт изменения количества отбираемого пара. При увеличении отбора до значений, превышающих номинальное, значение электрической мощности уменьшается, так как все большее количество пара будет проходить через ЦНД. Крайним ( максимальным отбором) при таком способе будет режим, при котором все количество пара D_B^Н , поступившего в турбину, пройдя

ЦВД, поступит в отбор. Электрическая мощность ЦВД при расходе пара на турбину D_B^Н:

N₅ = (D_B^Н·(1-β) - х· d_э· N_H) / (1-х)· d_э = (68439,6(1-0,578) – 0,08·3,8646·12590) / (1-0,08) 3,8646=7028,42 кВт = 7,028 МВт; (5.3)

При уменьшении количества отбора ниже номинального мощность турбины будет возрастать, становясь больше номинальной. Крайним режимом в этом случае будет такой, при котором в ЦНД и конденсатор будет поступать то максимальное количество пара, на которое они рассчитаны. Мощность пикового режима:

N₁₁ = (D_B^Н – β·(D_B^Н – D_{К MAX}) - х· d_э· N_H) / (1-х)· d_э = (68439,6 – 0,578(68439,6 -48672) – 0,08·3,8646·12590) / (1-0,08) 3,8646= 14940,94 кВт = 14,94 МВт. (5.4)

Для удобства построение диаграммы режимов турбины параметры точек сведём в таблицу.

Параметры точек диаграммы работы турбины:

№ точки	Мощность, МВт	Расход, т/ч
0′	Nx = -1,095	DB = 0
1	N = 0	Dx = 3,894
2	NH = 12,59	Dk max = 48,672
3	NH = 12,59	DB = 0
4	NH = 12,59	DBH = 68,4396
5	N5 = 7,028	DBH = 68,4396
10	N5 = 7,028	DB = 0
11	N11 = 14,94	DBH = 68,4396
12	–	DkH = 34,2396
13	NH = 12,59	DkH = 34,2396

Диаграмма режимов работы турбины представлена на рисунке. По диаграмме определяем значение мощности в точке 7: N_Т^Н =2,9 МВт.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Турбин В.С., Капошин И.С., Мартыненко Г.Н. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов спец. 290700 – «Теплогазоснабжение, отопление и вентиляция». Воронеж, 2004.

2. Д.Н. Китаев, Г.Н. Мартыненко Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Техническая термодинамика» для студентов 270109 «Теплогазоснабжение и вентиляция».

3. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика, 2-е издание, М: Энергия, 1974.

4. Кушнырев В.И., Лебедев В.И., Павленко В.А. Техническая термодинамика и теплопередача: учебник, 1-е издание, М: Стройиздат, 1986.

5. Новиков И.И. Термодинамика: учебное пособие, 1-е издание, М: Машиностроение, 1984