Вирішення прикладу 3

Перевитрата палива через відключення ПВД визначається за умови, що потужність турбоустановки залишається незмінною.

Компенсація перевитрати здійснюється за рахунок використання пари котлів-утилізаторів (КУ) і систем випарного охолоджування (СВО) технологічних печей. Пару КУ і СВО подають зовнішнім споживачам замість добірної пари теплофікації. Це дозволяє зменшити потік пари через регульовані відбори теплофікацій турбіни, збільшити в ній конденсаційний потік пари і зберегти потужність турбіни на колишньому рівні без перевитрати палива, що спалюється в котлі.

Обчислення перевитрати палива.

Кількість теплоти, передавана живильній воді в ПВД, визначається вираженням:

, (1)

де С_Р – середня ізобарна теплоємність в інтервалі температур , С_Р = 4,51 кДж/кг · К.

Параметри пари у відборах на ПВД і деаераторі приймаються для турбіни типа «ПТ» за даними, приведеними в [7]: Р_ПВД = 3,30 МПа, i_ПВД = 3190 кДж/кг, Р_ДА = 1,47 МПа, i_ДА = 3010 кДж/кг. Розрахунки виконуються для параметрів пари верхнього ПВД, що визначає температуру живильної води на вході в котел.

Коефіцієнт недовиробітку потужності Y і цінності теплоти ζ для відборів пари на ПВД і деаераторі визначаються виразами:

; (2)

; (3)

; (4)

, (5)

де i₀ – ентальпія свіжої пари, визначувана по iS – діаграмі або по таблицях властивостей водяної пари;

k_с – коефіцієнт теплової схеми, визначуваний вираженням:

; (6)

тут - ентальпія киплячої води при початковому тиску Р₀ і ентальпія конденсату при тиску в конденсаторі Р_К, визначувані по таблицях властивостей водяної пари.

Витрата пари на ПВД визначається вираженням:

, (7)

де - ентальпія конденсату пари регенеративного відбору на ПВД при тиску Р_ПВД, визначувана по таблицях властивостей водяної пари (втратою тиску пари при його транспортуванні від відбору до ПВД нехтуємо).

Кількість теплоти, яка вносить зливаний з ПВД конденсат в деаератор, визначається рівнянням:

, (8)

де - ентальпія живильної води в деаераторі відповідно до тиску в деаераторі Р_ДА, визначувана по таблицях властивостей водяної пари для деаератора підвищеного тиску Р_ДА = 0,7 МПа.

При відключенні ПВД відповідне підігрівання живильної води буде проводиться в економайзері котла за рахунок теплоти спалюваного в котлі палива. Коефіцієнт цінності теплоти котельного палива ξ_к = 1, що більше, ніж коефіцієнт цінності теплоти пари з відбору на ПВД: ξ_ПВД < 1. Використання для підігрівання живильної води ціннішої теплоти викличе перевитрата палива.

Разом з тим потік конденсату з ПВД не поступатиме в деаератор, що зажадає збільшення відбору менш цінної пари на деаератор замість відбору пари на ПВД (ξ_да < ξ_пвд) і дасть невелику економію теплоти.

В цілому перевитрата теплоти при виключенні ПВД складе:

(9)

Перевитрата палива в результаті виключення ПВД складе:

, (10)

де Q_уп – теплота згорання умовного палива, Q_уп = 29,3 МДж/кг.

Результати розрахунку:

Продовження результатів розрахунку:

Компенсація перевитрати палива на ТЕЦ унаслідок відключення ПВД можлива за рахунок використання пари вторинних енергоресурсів, яка раніше використовувалася недостатньо ефективно. Заходи, компенсуючі перевитрату палива, полягають в споруді паропроводів пари КУ і СВО від виробничих цехів, де технологічні печі обладнані КУ і СВО, до ТЕЦ. Причому 60% перевитрати палива передбачається компенсувати подачею пари КУ в систему промислового відбору турбіни, а 40% подачею пари СВО в систему опалювальних відборів, що відповідає співвідношенню витрат пари в регульованих відборах теплофікацій для турбін типа «ПТ» [8], а також відповідає співвідношенню витрат пари відборів за завданням.

Компенсація перевитрати пари складе:

- від використання пари в КУ

; (11)

- від використання пари СВО:

; (12)

Економія теплоти від подачі пари утилізації в системи відборів теплофікацій турбіни відповідно до розподілу компенсації перевитрати палива складе:

; (13)

. (14)

Витрата теплоти і маси пари утилізації складе:

; ; (15, 16)

; (17)

; (18)

Відповідно до завдання параметри пари КУ і СВО збігаються з параметрами пари, відповідно, промислового і опалювального відборів. Причому пара утилізації і пара відборів в розрахунках приймається як суха насичена.

Коефіцієнти недовиробітку потужності і цінності пари відборів визначаються виразами:

; (19)

; (20)

; (21)

, (22)

де i_пр, i_оп – ентальпії пари промислового і опалювальних відборів, визначаються тиском пари у відборах по таблицях властивостей водяної пари для сухої насиченої пари.

В результаті подачі пари утилізації в систему промислових і опалювальних відборів відповідно в кількості D_КУ і D_СВО витрати пари через відбори зменшуються і складуть:

; (23)

. (24)

Результати розрахунку:

ЛІТЕРАТУРА

1. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 328 с.

2. Гиршфельд В.Я., Морозов Г.Н. Тепловые электрические станции. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 224 с.

3. Буров В.Д., Дорохов Е.В., Елизаров Д.П. Тепловые электрические станции. – М.: Издательский дом МЭИ, 2009. – 446 с.

4. Купцов И.П., Иоффе Ю.Р. Проектирование и строительство ТЭС. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 408 с.

5. Гичёв Ю.А. Тепловые электростанции. Часть 1: Конспект лекций. - Днепропетровск: НметАУ, 2011. – 45 с.

6. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. -М.: Энергоатомиздат, 1989. - 288 с.: ил.

7. Промышленные тепловые электростанции: Учебник для вузов / М.И. Бажанов, А.С. Богородский, Б.В. Сазанов, В.Н. Юренев; под. ред. Е.Я. Соколов – 2-е изд., перераб. – М.: Энергия, 1979. – 296 с.: ил.

8. Соколов Е.Л. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов - 5-е изд., перераб. -М: Энергоиздат, 1982. - 360 с.: ил.

9. Сборник задач по курсу «Промышленные тепловые электростанции». Учебное пособие для вузов / Баженов М.И., Богородский А.С. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 128 с.: ил.

Навчальне видання

Гічов Юрій Олександрович

ТЕПЛОВІ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ

Частина ІІ

Конспект лекцій

Тем. план. 2011, поз. 198

Підписано до друку 24.05.2011. Формат 60×84 1/16. Папір друк. Друк плоский. Облік.-вид. арк. 2,52. Умов. друк. арк. 2,50. Тираж 50 пр. Замовлення № 91

Національна металургійна академія України

49600, м. Дніпропетровськ-5, пр. Гагаріна, 4

_________________________________

Редакційно-видавничий відділ НМетАУ

Задание № 1

На тепловой паротурбинной электростанции необходимо реконструировать устаревшую систему регенеративного подогрева питательной воды. С целью обоснования энергетической, экономической и экологической целесообразности реконструкции следует:

Определить основные показатели работы электростанции до и после реконструкции, пользуясь данными таблицы при условии, что давление в конденсаторе турбин р_к = 5 кПа; внутренний относительный к.п.д. турбины η_оі = 0,82; электромеханический к.п.д. турбогенераторов η_эм = 0,98; к.п.д. котельной ТЭС η_к = 0,88; к.п.д. теплового потока η_тп = 0,98; доли затрат электрической и тепловой энергии на собственные нужды е_сн = 0,07 и q_сн = 0,02.

Исходные данные

К заданию № 1

Определяется расход пара в турбины, КПД электростанции и удельный расход топлива на выработку электроэнергии до и после реконструкции системы регенеративного подогрева питательной воды. Принимается во внимание, что устаревшая система регенеративного подогрева практически не давала позитивного эффекта.

Расход пара в турбины до реконструкции определяется электрической мощностью станции без учета работы отборов системы регенеративного подогрева питательной воды:

; (1)

где i₀; i_ks – энтальпии пара соответственно перед турбинами и в конце изоэнтропного расширения до давления в конденсаторах турбин, кДж/кг.

Значение i₀ и i_ks определяются по is- диаграммам водяного пара:

К.П.Д. электростанции (нетто) определяются произведением:

(2)

где: η_к = 0,88; η_oi = 0.82; η_эм = 0,98; η_тп = 0,98; е_сн = 0,07; q_сн = 0,02; (даны в условии задания)

Термический К.П.Д. цикла электростанции ηt без учета работы питательных насосов определяется выражением:

, (3)

где i_ḱ – энтальпии конденсата на выходе из конденсатора паровой турбины.

Значение iḱ при условии, что конденсат в конденсаторе не переохлаждается, определяется давлением в конденсаторе Pк = 5 кПа по таблице свойств воды и водяного пара:

i_ḱ = 137,8 кДж/кг

Расход пара на турбины после реконструкции с учетом работы регенеративных отборов пара при сохранении неизменной электрической мощности станции Nэ = idem определяется формулой:

Д_т́ = Д_т + у · Д_отб, (4)

где у – коэффициент недовыработки мощности паром регенеративных отборов:

(5)

здесь i_отб – энтальпия пара поступающего в отборы;

Д_отб – расход пара из отборов турбин на регенеративный подогрев питательной воды;

Значение Дотб обычно выражается в долях расхода пара на турбину:

Д_отб = αД_т́, (6)

Доля отбора пара α по тепловому балансу смешивающего подогревателя

(Дт́ – Дотб)·iḱ + Дотб·iотб = Дт́·iпв, (без учета потерь теплоты в окружающую среду) составит:

, (7)

После подстановки в формулу (4) выражения (6) формула для определения расхода пара на турбины с учетом регенеративных отборов принимает вид:

, (8)

По формуле (7) расход пара на турбины с отборами Дт́ определяется через ранее известное значение расхода пара Дт (без отборов) и значения α и у.

Для определения у по формуле (5) вычисляется конечная энтальпия пара, поступающего в конденсатор:

i_k = i₀ – (i₀ – i_ks)·η_0i, (9)

и методом построения процесса расширения пара в i-S - диаграмме определяется энтальпия пара в отборах:

Энтальпия питательной воды после регенеративного подогрева iпв определяется по таблицам воды и водяного пара. При этом температура питательной воды принимается равной температуре насыщения при давления пара в отборах tпв = tн отб

К.П.Д. электростанции с введением регенеративного подогрева определяется выражением (2), в котором термический к.п.д. регенеративного цикла определяется соотношением:

, (10)

Относительное увеличение к.п.д. электростанции определяется соотношением:

, % (11)

Удельный расход условного топлива на 1 кВт·ч отпущенный со станции электроэнергии определяется выражениями:

, г/кВт·ч (12)

, г/кВт·ч (13)

Относительные снижения удельного расхода топлива определяется соотношениями:

, % (14)

или

, (15)

Список литературы к выполнению задания № 1

1. Промышленные тепловые электростанции: Учебник для вузов / М.И. Баженов, А.С. Богородский, Б.В. Сазанов, В.Н. Юренев; под редакцией Е.Я. Соколова – 2-е изд., перераб. – М.: Энергия. 1979. – 296с.: ил.

2. Баженов М.И., Богородский А.С. Сборник задач по курсу «Промышленные тепловые электростанции»: Учеб.пособие для вузов.-М.: Энергоатомиздат, 1990.-128 с.: ил.

Задание № 2

В промышленной зоне возникла дополнительная потребность в паре. Для покрытия этой нагрузки решено использовать ранее не полностью загруженный производственный отбор пара турбины типа «ПТ», установленный на действующей промышленной ТЭЦ. Для оценки энергетической, экономической и экологической целесообразности следует:

Определить основные показатели работы турбины, отпускающей внешним потребителям пар из промышленного отбора (теплофикационные отопительные отборы выключены), и экономию топлива по сравнению с отпуском пара из котельной ТЭЦ, пользуясь данными таблицы при условии, что начальные параметры пара (давление, температура) P₀ = 12,7 МПа, t₀ = 540 °С; давление в конденсаторе p_к = 4 кПа; коэффициент регенерации β_р = 1,15; внутренний относительный к.п.д. турбины η_0i = 0,85; электромеханический к.п.д. турбогенератора η_эм = 0,98; к.п.д. котельной установки η_к = 0,89; энтальпия питательной воды i_пв = 950 кДж/кг; энтальпия возвращаемого на станцию конденсата i_вк = 500 кДж/кг; доля возвращаемого конденсата φ_вк = 1.

Исходные данные

К заданию №2

Расход пара на турбину определяется по формуле:

, (1)

где H_i – использованный в турбине перепад конденсационного потока пара; у_пр – коэффициент недовыработки мощности паром производственного отбора.

Использованный в турбине теплоперепад H_i определяется методом построения процесса расширения пара на i-s диаграмме по формуле:

H_i = (i₀ – i_ks)η_0i (2)

где i₀ – энтальпия пара перед турбиной (в начале расширения), по i-s диаграмме i₀ = 3460 кДж/кг; i_ks – энтальпия пара в конце изоэнтропного расширения до давления в конденсаторе турбины, по i-s диаграмме i_ks = 1900 кДж/кг.

Использованный в турбине теплоперепад составил H_i = 1250 кДж/кг.

Коэффициент недовыработки мощности паром промышленного отбора у_пр определяется выражением:

, (3)

где i_пр, i_к – энтальпии пара соответственно в промышленном отборе и пара поступающего в конденсатор.

Энтальпия пара в промышленном отборе i_пр определяется пересечением линии расширения пара в турбине ОК на i-s диаграмме с изобарой промышленного отбора пара p_пр.

Удельная выработка электроэнергии на внешнем тепловом потребителе определяется отношением:

, (5)

где - количество электроэнергии, вырабатываемой паром из промышленного отбора турбины: Э_т = Д_пр(i₀-i_пр)η_эм; Q_пр – количество теплоты, отданной внешним потребителям через промышленный отбор пара: Q_пр = Д_пр(i_пр – φ_вкi_вк).

Удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении, представленная как отношение разности энтальпий, получается в безразмерном виде:

,

Для получения размерности следует использоватькоэффициент10⁶/3600 = 278 кВт·ч/ГДж:

, (6)

Увеличение доли выработки электроэнергии на тепловом потреблении от общей ее выработки сокращает конденсационную выработку электроэнергии и соответственно повышает экономичность электростанции за счет уменьшения потерь теплоты в конденсаторе. Численные значения обычно находятся в пределах 50÷180 кВт·ч/ГДж, возрастая с повышением начальных параметров пара и понижением параметров пара в отборах (6).

При раздельном отпуске тепловой и электрической энергии пар внешним потребителям отпускается непосредственно из котельной ТЭЦ. Это потребует увеличения расхода пара с котельной () в количестве эквивалентном по теплоте расходу пара через производственный отбор:

, (7)

Отношение разности энтальпий в выражении (7) показывает, во сколько раз увеличение расхода пара из котельной меньше расхода пара из отбора турбины для получения одного и того же количества отпускаемой внешнем потребителям теплоты (пар из котельной имеет более высокий потенциал, чем отборный пар из турбины).

Вместе с этим при раздельном отпуске тепловой и электрической энергий и сохранение турбогенератором прежней выработки электроэнергии уменьшается расход пара из котельной на турбину, т.к. в турбине отключается промышленный отбор и ранее отбираемый пар в полной мере срабатывает свой потенциал в конденсационном потоке:

, (8)

В целом увеличение выработки пара в котельной ТЭЦ вследствие раздельного отпуска тепловой и электрической энергий определяется разностью:

,

, (9)

Комбинированный отпуск тепловой и электрической энергий внешним потребителям по сравнению с раздельным исключает перерасход пара с котельной ТЭЦ (ΔД_к), что приводит к соответствующей экономии условного топлива:

, (10)

Список литературы к выполнению задания № 2

3. Промышленные тепловые электростанции: Учебник для вузов / М.И. Баженов, А.С. Богородский, Б.В. Сазанов, В.Н. Юренев; под редакцией Е.Я. Соколова – 2-е изд., перераб. – М.: Энергия. 1979. – 296с.: ил.

4. Баженов М.И., Богородский А.С. Сборник задач по курсу «Промышленные тепловые электростанции»: Учеб.пособие для вузов.-М.: Энергоатомиздат, 1990.-128 с.: ил.

Задание №3

Аварийная ситуация на ТЭЦ металлургического предприятия, связанная с нарушением герметизации группы подогревателей высокого давления (ПВД), что привело к снижению температуры питательной воды перед котлом.

1. Определить перерасход топлива вследствие аварийного отключения ПВД и разработать мероприятия по компенсации потерь топлива за счет использования вторичных энергоресурсов. Расчеты выполнить, используя данные таблицы с учетом того, что начальные параметры пара (давление, температура) Р₀ = 12,7 МПа, t₀ = 540ºС; температура питательной воды до и после отключения ПВД = 230 ºС и = 165 ºС; давление пара в отопительном отборе Р_от = 0,2 МПа; давление и энтальпия пара в конденсаторе турбины Р_К = 5 кПа, i_К = 2230 кДж/кг; давление и расходы сухого насыщенного пара КУ и СИО соответствуют параметрам пара в отборах; к.п.д. котельной установки η = 0,90; к.п.д. теплового потока η = 0,90; энтальпия добавочной воды i_ДОП = 100 кДж/кг.

Исходные данные

К заданию №3

Перерасход топлива из-за отключения ПВД определяется при условии, что мощность турбоустановки остается неизменной.

Компенсация перерасхода осуществляется за счет использования пара котлов-утилизаторов (КУ) и систем испарительного охлаждения (СИО) технологических печей. Пар КУ и СИО подают внешним потребителям вместо теплофикационного отборного пара. Это позволяет уменьшить поток пара через регулируемые теплофикационные отборы турбины, увеличить в ней конденсационный поток пара и сохранить мощность турбины на прежнем уровне без перерасхода топлива, сжигаемого в котле.

Вычисление перерасхода топлива.

Количество теплоты, передаваемое питательной воде в ПВД определяется выражением:

(1)

где С_Р – средняя изобарная теплоемкость в интервале температур , С_Р = 4,51 кДж/кг · К.

Параметры пара в отборах на ПВД и деаэратор принимается для турбины типа «ПТ» по данным приведенным в [1, с. 85]: Р_ПВД = 3,30 МПа, i_ПВД = 3190 кДж/кг, Р_ДА = 1,47 МПа, i_ДА = 3010 кДж/кг. Расчеты выполняются для параметров пара верхнего ПВД, определяющего температуру питательной воды на входе в котел.

Коэффициент недовыработки мощности Y и ценности теплоты ξ для отборов пара на ПВД и деаэратор определяются выражениями:

(2)

(3)

(4)

(5)

где i₀ – энтальпия свежего пара, определяемая по i-S – диаграмме или по таблицам свойств водяного пара;

k_С – коэффициент тепловой схемы, определяемый выражением:

(6)

здесь - энтальпия кипящей воды при начальном давлении Р₀ и энтальпия конденсата при давлении в конденсаторе Р_К, определяемые по таблицам свойств водяного пара.

Расход пара на ПВД определяется выражением:

(7)

где - энтальпия конденсата пара регенеративного отбора на ПВД при давлении Р_ПВД, определяемая по таблицам свойств водяного пара (потерей давления пара при его транспортировке от отбора до ПВД пренебрегаем).

Количество теплоты, которое вносит сливаемый из ПВД конденсат в деаэратор, определяется уравнением:

(8)

где - энтальпия питательной воды в деаэраторе в соответствии с давлением в деаэраторе Р_ДА, определяемая по таблицам свойств водяного пара для деаэратора повышенного давления Р_ДА = 0,7 МПа.

При отключении ПВД соответствующий подогрев питательной воды будет производится в экономайзере котла за счет теплоты сжигаемого в котле топлива.

Коэффициент ценности теплоты котельного топлива ξ_К = 1, что больше, чем коэффициент ценности теплоты пара из отбора на ПВД: ξ_ПВД < 1. Использование для подогрева питательной воды более ценной теплоты вызовет перерасход топлива.

Вместе с тем поток конденсата из ПВД не будет поступать в деаэратор, что потребует увеличения отбора менее ценного пара на деаэратор взамен отбора пара на ПВД (ξ_да < ξ_пвд) и даст небольшую экономию теплоты.

В целом перерасход теплоты при выключении ПВД составит:

(9)

Перерасход топлива в результате выключения ПВД составит:

(10)

где Q_ут – теплота сгорания условного топлива, Q_ут = 29,3 МДж/кг.

2. Компенсация перерасхода топлива на ТЭЦ вследствие отключения ПВД возможна за счет использования пара вторичных энергоресурсов, который ранее использовался недостаточно эффективно. Мероприятия, компенсирующие перерасход топлива, заключаются в сооружении паропроводов пара КУ и СИО от производственных цехов, где технологические печи оборудованы КУ и СИО, до ТЭЦ. Причем 60% перерасхода топлива предполагается компенсировать подачей пара КУ в систему промышленного отбора турбины, а 40% подачей пара СИО в систему отопительных отборов, что соответствует соотношению расходов пара в регулируемых теплофикационных отборах для турбин типа «ПТ» [2, с. 236-237], а также соответствует соотношению расходов пара отборов по заданию.

Компенсация перерасхода пара составит:

- от использования пара в КУ

(11)

- от использования пара СИО:

(12)

Экономия теплоты от подачи утилизационного пара в системы теплофикационных отборов турбины в соответствии с распределением компенсации перерасхода топлива составит:

(13)

(14)

Расход теплоты и массы утилизационного пара составит:

(15,16)

(17)

(18)
В соответствии с заданием параметры пара КУ и СИО совпадают с параметрами пара соответственно промышленного и отопительного отборов. Причем утилизационный пар и пар отборов в расчетах принимается как сухой насыщенный.

Коэффициенты недовыработки мощности и ценности пара отборов определяются выражениями:

(19)

(20)

(21)

(22)

где i_пр, i_от – энтальпии пара промышленного и отопительных отборов, определяется давлением пара в отборах по таблицам свойств водяного пара для сухого насыщенного пара.

В результате подачи утилизационного пара в систему промышленных и отопительных отборов соответственно в количестве Д_КУ и Д_СИО расходы пара через отборы уменьшаются и составят:

(23)

(24)

Список литературы к выполнению задания №3

1. Промышленные тепловые электростанции: Учебник для вузов /М.И. Бажанов, А.С. Богородский, Б.В. Сазанов, В.Н. Юренев; под редакцией Е.Я. Соколов – 2-е изд., перераб. – М.: энергия, 1979. – 296 с.: ил.

2. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов – 5-е изд., перераб. – М.: Энергоиздат, 1982. – 360 с.: ил.

3. Временная типовая методика определения экономия эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды. – М.: Наука, 1983. – 124 с.

4. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. – М.: Энергоиздат. 1989. – 288 с.

Поиск по сайту: