В зависимости от вида применяемого топлива газотурбинные станции работают по открытому (или разомкнутому) или по закрытому (замкнутому) циклу

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Тема 6.Тепловые электрические станции 1. Типы тепловых электростанций (ТЭС): конденсационные (КЭС, ГРЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).2. Простейшие принципиальные тепловые схемы электростанций. 3. Потери и КПД тепловых электростанций на органическом топливе. Показатели тепловой экономичности теплоэлектроцентралей (ТЭЦ). 4. Паровые и газовые турбины: принцип действия и устройство турбин; преобразование энергии в ступени турбины; потери и КПД турбинной ступени; многоступенчатые турбины.5. Выбор основного и вспомогательного оборудования ТЭС. Назначение, принцип работы, схемы включения и конструкции теплообменных аппаратов, деаэраторов, охладителей пара и дренажа, испарителей и паропреобразователей. 6. Теплофикационные установки КЭС и ТЭЦ; производственные и производственно-отопительные котельные; тепловые схемы источников теплоснабжения; расчет тепловых схем производствено-отопительных ТЭЦ и котельных; выбор основного оборудования котельных. 1. Типы тепловых электростанций (ТЭС): конденсационные (КЭС, ГРЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Электрическая электростанция предназначена для выработки электрической и тепловой энергий для снабжения ею промышленного, сельскохозяйственного производства, коммунального хозяйства, транспорта и т.д. Тепловые электростанции (сокращённо ТЭС), предназначенные только для призводства электроэнергии, называются конденсационными (сокращённо КЭС).Эти электростанции, работающие на органическом топливе (угле, мазуте, газе), обычно стоятся вблизи мест добычи топлива. Например, Приморская ГРЭС ― вблизи от Лучегорского угольного разреза, Хоронорская ГРЭС в Читинской области ― вблизи Хоронорского месторождения углей, Нерюнгринская ГРЭС ― вблизи Нерюнгринского месторождения углей и т.д. Конденсационная электростанция (КЭС) — тепловая электростанция, исторически получила наименование «ГРЭС» — государственная районная электростанция[1]. С течением времени термин «ГРЭС» потерял свой первоначальный смысл («районная») и в современном понимании означает, как правило, конденсационную электростанцию (КЭС) большой мощности (тысячи МВт), работающую в объединённой энергосистеме наряду с другими крупными электростанциями. Иногда встречается термин «гидрорециркуляционная электростанция», что соответствует аббревиатуре. Электростанции, предназначенные для выработки электроэнергии, отпуска пара и горячей воды потребителям, называются теплоэлектроцентралями (сокращённо ТЭЦ). Выработка электроэнергии и тепла с паром и горячей водой называется комбинированной выработкой энергии.Обычно ТЭЦ строят вблизи потребителей тепла: промышленных предприятий или для снабжения теплом и горячей водой жилых массивов, городов, посёлков и т.п. 2. Простейшие принципиальные тепловые схемы электростанций. Принципиальная тепловая схема электростанции (сокращённо ПТС) определяет основное содержание технологического процесса преобразования тепловой энергии в электрическую. Схема включает в себя основное и вспомогательное оборудование, участвующее в осуществлении этого процесса, и входящее в состав пароводяного тракта электростанции. На чертеже, изображающим принципиальную тепловую схему, показывается теплоэнергетическое оборудование вместе с линиями (трубопроводами) пара, воды, конденсата и других теплоносителей, связывающими это оборудование в единую систему. Принципиальная тепловая схема изображается как одноагрегатная и однолинейная схема, одинаковое оборудование изображается на схеме условно 1 раз. Тепловая схема современной электростанции определяется как типами основного оборудования (котельные агрегаты с естественной циркуляцией или прямоточные, турбоагрегаты конденсационные с нерегулируемым отборами пара, теплофикационные с нерегулируемыми и регулируемыми отборами пара, с противодавлением); способом отпуска тепла потребителям (горячей водой, паром непосредственно из отборов или противодавления турбин, через паропреобразователи, паром из регулируемых отборов, от котельного агрегата через редукционно-охладительную установку, сокращённо РОУ); системой регенеративного подогрева питательной воды, сильно зависящей от схемы отпуска тепла и способа приготовления добавочной воды. Рассмотрим работу тепловой электрической станции (рис.1). В топке парогенератора (2) сжигается поступающее через горелки (1) топливо. Образующиеся при сжигании топлива газы высокой температуры движутся вдоль кипятильных трубок (3)парогенератора, в нижнюю часть которых поступает вода из барабана (4) парогенератора. Вода подаётся питательным насосом (16)в барабан, из которого котловая вода, перемешанная с питательной, направляется по опускным трубам (на рисунке не показаны) в кипятильные трубы. Проходя по кипятильным трубкам снизу вверх, вода частично превращается в пар. Образовавшаяся пароводяная смесь поступает в верхнюю часть барабана (4), где пар отделяется от воды и затем направляется в пароперегреватель (5), где температура пара повышается до 500÷5500С и более. Перегрев пара происходит за счёт теплоты дымовых газов, покидающих топку парогенератора. Пар из пароперегревателя по паропроводам (7) поступает в паровую турбину (6), приводя её во вращение с частотой, необходимой для электрогенератора тока (11). После турбины пар поступает в конденсатор (12). По трубкам циркуляционным насосом (13) прокачивается охлаждающая вода. В конденсаторе пар конденсируется, и его конденсат откачивается конденсатным насосом (14) в питательный бак (15), то есть в деаэратор для удаления из питательной воды агрессивных газов. Деаэрированная питательная вода подаётся питательным насосом в парогенератор, и этот цикл повторяется. Деаэрированной водой называется вода, из которой удалены кислород и углекислота.Удаление этих компонентов производится в специальном теплообменнике ― деаэраторе. Рис.1 Упрощённая схема тепловой электростанции: 1―горелки; 2―парогенератор; 3―кипятильные трубки; 4―барабан; 5―пароперегреватель; 6―паровая турбина; 7―паропроводы; 8―паровпуск; 9―рабочие колёса турбины; 10―вал турбины; 11―генератор; 12―конденсатор; 13―циркуляционный насос; 14―конденсатный насос; 15―питательный бак; 16―питательный насос. 3. Потери и КПД тепловых электростанций на органическом топливе. Показатели тепловой экономичности теплоэлектроцентралей (ТЭЦ). Производство электрической энергии на ТЭС сопровождается большими потерями теплоты. В то же время многим отраслям промышленности таким, как химическая, текстильная, пищевая, металлургическая, и ряду других теплота необходима для технологических целей. Для отопления жилых зданий требуется в значительном количестве горячая вода. В нашей стране больше ½ всего добываемого топлива расходуется на тепловые нужды предприятий. Ориентировочное представление о потреблении теплоты в промышленности можно получить, рассмотрев потребности в нем какого-либо конкретного предприятия. Например, на автомобилестроительном заводе приблизительно ¾ всей потребляемой теплоты идет на отопление, вентиляцию и бытовые нужды и только ¼ расходуется на производственные цели. Противоположная ситуация на азотнотуковом комбинате — предприятии химической промышленности. Здесь примерно ¾ всей потребляемой теплоты расходуется на производственные цели. Удовлетворение потребностей в теплоте сооружением небольших индивидуальных котельных, как правило, не экономично, так как такие установки работают с небольшими КПД и технически менее совершенны, чем крупные установки современных мощных ТЭС. Отработанный в турбинах конденсационных станций пар имеет температуру 25—30°С, поэтому он не пригоден для использования в технологических процессах на предприятиях.» Во многих производствах требуется пар, имеющий давление 0,5—0,9 МПа, а иногда и до 2 МПа длят приведения в движение прессов, паровых молотов, турбин. Иногда требуется горячая вода, нагретая до температуры 70—150°С. Для получения пара с необходимыми для потребителей параметрами используют специальные турбины с промежуточными отборами пара. В таких турбинах, после того как часть энергии пара израсходуется на приведение в движение турбины и параметры его понизятся, производится отбор некоторой доли пара для потребителей. Оставшаяся доля пара далее обычным способом используется в турбине и затем поступает в конденсатор. Поскольку для части пара перепад давления оказывается меньшим, несколько возрастает расход топлива на выработку электроэнергии. Так, если при перепаде давления от 9000 до 4 кПа на выработку 1 кВт-ч электроэнергии требуется 4 кг пара, то при увеличении давления отработанного пара до 120 кПа необходимое количество пара составляет 5,5 кг. Однако такое увеличение расхода пара на выработку электроэнергии на ТЭЦ и связанное с этим увеличение расхода топлива в конечном счете оказываются меньшими по сравнению с расходом топлива в случае раздельной выработки электроэнергии и выработки ,теплоты на небольших котельных установках. Благодаря более полному использованию тепловой энергии КПД ТЭЦ достигает 60-65%, а КПД КЭС —не более 40%. На рис. 2.13 приведен примерный тепловой баланс ТЭЦ. Горячая вода и пар под давлением, достигающем в отдельных случаях 3 МПа, доставляются потребителям по трубопроводам. Совокупность трубопроводов, предназначенных для передачи теплоты, называется тепловой сетью. Экономия топлива связана с совершенствованием тепловой изоляции, поэтому повышение ее качества относится к одной из важнейших задач теплофикации. Эффективность работы системы теплоснабжения во многом зависит от рационального размещения ТЭЦ, которые стремятся по возможности приблизить к крупным потребителям теплоты и электрической энергии, так как передача теплоты в виде пара неэкономична на расстояниях свыше 5—7 км. На решение вопроса о целесообразных местах расположения ТЭЦ в последнее время значительно влияет загрязнение ими окружающей среды. Централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки теплоты и электрической энергии имеет большие преимущества: обеспечивает основную долю потребности в теплоте промышленного и жилищно-коммунального хозяйства, уменьшает расходование топливно-энергетических ресурсов, а также материальных, и трудовых затрат в системах теплоснабжения. Однако при максимальной централизации теплоснабжения на ТЭЦ можно выработать только 25—30% требуемой электроэнергии. Работа же конденсационных станций определяется только условиями выработки электроэнергии, что делает весьма благоприятными концентрацию больших электрических мощностей и позволяет быстро наращивать электроэнергетический потенциал страны. Поэтому в настоящее время и в будущем будут строиться конденсационные станции, несмотря на те преимущества, которые имеет выработка электроэнергии -на ТЭЦ. 4. Паровые и газовые турбины: принцип действия и устройство турбин; преобразование энергии в ступени турбины; потери и КПД турбинной ступени; многоступенчатые турбины. Газотурбинная установка ― это тепловой двигатель, рабочее тело в котором является газом, полученным при сгорании органического топлива. Газотурбинные электростанции как самостоятельный источник энергоснабжения в крупной энергетике распространения не получил. На Дальнем Востоке имеется только одна газотурбинная электростанция, это ― Якутская ГРЭС. Мощность газовой турбины значительно меньше мощности паровой турбины и доходит до 200 МВт. Газотурбинные электростанции имеют КПД не выше 35÷40%, то есть ниже, чем у современных паротурбинных электростанций. По капитальным затратам газотурбинные электростанции на газовом топливе проще и дешевле паротурбинных, однако использование сернистого мазута и твёрдого топлива на газотурбинных электростанциях имеет значительные технические трудности и экономически пока не оправдываются.

В зависимости от вида применяемого топлива газотурбинные станции работают по открытому (или разомкнутому) или по закрытому (замкнутому) циклу.

воздух топливо продукты сгорания

камера

сгорания электрогенератор

компрессор газовая турбина

Рис.3.

Рассмотрим простейшую газотурбинную установку (рис.3). Она состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины с электрогенератором.

Принцип работы газотурбинной установки (ГТУ) следующий: атмосферный воздух в компрессоре сжимается и под давлением поступает в камеру сгорания, куда подаётся также газообразное или жидкое топливо. Образовавшиеся продукты сгорания направляются из камеры сгорания в газовую турбину, для которой они служат рабочим телом. Отработавшие в турбине продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. Большая часть мощности газовой турбины (до 65%) передаётся электрическому генератору, остальная потребляется воздушным компрессором.

Теперь разберём работу газотурбинной электростанции открытого типа.

Газотурбинная установка открытого типа ― это ГТУ, в которой рабочее тело поступает из атмосферы, однократно проходит через все элементы ГТУ и выбрасывается в атмосферу. ГТУ открытого типа выполняются по простому циклу (мы уже рассмотрели эту схему) и по сложным циклам.

Газотурбинные установки по сложным циклам включают одну или несколько ступеней промежуточного охлаждения воздуха при сжатии в компрессоре.

Температура отработавших газов при атмосферном давлении очень высока (380÷440⁰С). По этой причине велика потеря с физическим теплом уходящих газов. Тепло это можно частично использовать в регенераторе дл подогрева воздуха перед камерой сгорания.Регенератор (поверхностный теплообменник) служит для утилизации теплоты (охлаждения выхлопных газов) путём подогрева воздуха перед его подачей в камеру сгорания.Коэффициент теплопередачи от газа к воздуху через металлическую стенку невысок, поэтому поверхность нагрева, габариты и стоимость регенератора велики. Разместить регенератор можно на открытом воздухе, около здания электростанции или в пристройке к нему.

Первоначально газотурбинные установки предназначались для покрытия основной нагрузки, и их оборудовали, как правило, регенераторами.

В настоящее время признано, что газотурбинные установки должны служить для покрытия пиковой части нагрузки, регулирования частоты электрического тока, поэтому должны быть простыми и мобильными. На таких ГТУ с невысоким использованием мощности устанавливать регенератор нецелесообразно.

Мощность ГТУ открытого типа ограничена. При двух — трёх последовательно включённых компрессорах начальное давление газа перед турбиной не превышает 1,0÷1,5 МПа. А объём газа велик, что затрудняет повышение мощности такой установки.

На отечественных электростанциях с газовыми турбинами таких типов как ГТ-25-700, ГТУ-50-800, ГТ-100-750-2 принята начальная температура газов 700÷800⁰С, а на ГТУ-200-1000 ― 1000⁰С.

Компоновка газотурбинных электростанций существенно отличается от компоновок паротурбинных электростанций. Газотурбинные агрегаты обычно устанавливаются поперечно в машинном зале с пролётом 36 м и ячейкой блока в 24 м. Дымовые газы отводятся в дымовую трубу высотой 120 м с тремя металлическими газоотводящими стволами.

Сочетание паротурбинной и газотурбинной установок, объединяемых общим технологическим циклом, называется парогазовой электростанцией. Смысл объединения этих установок в единое целое заключается в снижении потерь отработавшего тепла газовых турбин или тепла уходящих газов парогенераторов и, следовательно, в повышении КПД парогазовой электростанции по сравнению с отдельно взятыми паротурбинной или газотурбинной электростанциями.

Практическое применение нашли ПГУ:

1. С низконапорной паропроизводящей установкой (ННППУ).

2. С высоконапорной паропроизводящей установкой (ВНППУ).

3. С подогревом питательной воды паропроизводящей установке теплотой уходящих газов ГТУ.

4. С котлами-утилизаторами без промежуточного перегрева в паросиловой части цикла.

В основном применение в России получили парогазовые установки с высоконапорными парогенераторами и ПГУ со сбросом отработавших газов в топочную камеру парогенераторов.

Высоконапорный парогенератор работает на газовом или очищенном жидком топливе с давлением в топочной камере и газоходах 0,45÷0,55 МПа. Дымовые газы, выходящие из парогенератора с высокой температурой и избыточным давлением, направляются в газовую турбину. На одном валу с газовой турбиной находится воздушный компрессор, нагнетающий воздух в топочную камеру парогенератора.

Особенностью такой парогазовой установки заключается в том, что не требуется дымосос для удаления уходящих газов высоконапорного парогенератора.Уходящие газы являются рабочим телом газовой турбины, которая используется для привода электрогенератора, и, кроме того, воздушного компрессора, замещающего дутьевой вентилятор.

Пар из высоконапорного парогенератора направляется к конденсационной паровой турбине, имеющей обычную тепловую схему, то есть с регенеративным подогревом, деаэрацией и т.д.

Благодаря использованию уходящих газов парогенератора в турбине и дополнительному использованию отработавшего тепла газовой турбины в экономайзерах для подогрева питательной воды парогенератора, КПД такой парогазовой электростанции с высоконапорным парогенератором выше, чем КПД паротурбинной, а тем более газотурбинной электростанции, и может достичь 42÷43%.

Применение схемы со сбросом отработавших газов турбины в топочную камеру парогенератора основано на том, что в камере сгорания топливо в газообразном состоянии сжигают с большим избытком воздуха. По этой причине содержание кислорода в отработавших газах турбины достаточное (16÷18%) для сжигания основной массы топлива в парогенераторе.

Парогазовые электростанции со сбросом отработавших газов в топочную камеру парогенератора имеют те преимущества, что при этом используется парогенератор обычной конструкции и возможно использование в нём любого вида топлива (твёрдого, жидкого, газового).В камере сгорания газотурбинной установки сжигают при этом в относительно меньшем количестве газ или жидкое топливо.

Парогазовая установка может состоять из паротурбинного и газотурбинного энергоблоков обычного типа. Примером может служить сочетание серийного паротурбинного энергоблока 300 МВт с газотурбинной установкой ГТ-100-750-2.

Такое объединение двух установок в общий парогазовый энергоблок имеет целью быстрое увеличение мощности паротурбинным блоком на 40÷45 МВт при отключении регенеративных подогревателей высокого давления (ПВД) в периоды пиковых нагрузок и быстрого их роста. Чтобы сохранить нормальный режим работы парогенератора, питательную воду подогревают отработавшими газами газотурбинной установки, например, в двух последовательно включённых дополнительных экономайзерах. При этом температура отработавших газов ГТУ снижается примерно до 190⁰С, КПД комбинированного парогазового энергоблока достигает примерно 40% при значении КПД паротурбинного энергоблока около 39%.

К парогазовым относятся также установки с парогазовыми турбинами, работающими на парогазовой смеси. В такой установке в камеру сгорания для снижения температуры продуктов сгорания топлива до требуемого значения впрыскивают воду. Испаряясь, вода с газами в виде парогазовой смеси направляется в турбину. Использование воды в камере сгорания позволяет снизить избыток воздуха для горения по сравнению с обычной газотурбинной установкой и, следовательно, несколько повысить КПД установки. Отработавшая парогазовая смесь удаляется в атмосферу непосредственно или через регенератор, в котором подогревается вода перед камерой сгорания.

Все схемы парогазовой установки предполагают частичное или полное использование высококачественного органического топлива (природного газа или жидкого газотурбинного топлива), что тормозит их широкое внедрение. В качестве примера: ПГУ мощностью 250 МВт установлена на Молдавской ГРЭС. За рубежом парогазовые установки получили широкое распространение: США, Англия, Япония, Германия, Франция. Лучшие зарубежные ПГУ работают с КПД нетто 46÷49%, они полностью автоматизированы.

Большое разнообразие существующих схем парогазовых установок и сложные связи между основным оборудованием ПГУ ― газовой турбиной, паровым котлом, паровой турбиной ― вызывают определённые трудности при расчёте энергетических показателей ПГУ. Эти трудности возрастают при комбинированной выработке в ПГУ электрической и тепловой энергии.

Парогазовые установки характеризуются сложным распределением теплоты топлива между видами отпускаемой энергии, что необходимо учитывать при определении энергетических показателей.

Парогазовые установки со сбросом газов газовой турбины в топку парового котла характеризуются тем, что уходящие газы газовой турбины являются высокоподогретыми (до 450÷550⁰С) окислителем с содержанием кислорода 14÷16%. По этой причине их целесообразно использовать для сжигания основной массы топлива в паровом котле.

Парогазовые установки с котлами-утилизаторами почти нигде не применяется из-за небольшой мощности установки и низкого КПД, так как пар в таком котле можно нагреть лишь до начальных параметров пара: давление ―4,0÷4,4 МПа и температура 400÷460⁰С.

5. Выбор основного и вспомогательного оборудования ТЭС. Назначение, принцип работы, схемы включения и конструкции теплообменных аппаратов, деаэраторов, охладителей пара и дренажа, испарителей и паропреобразователей.

Теплоэлектростанции большой мощности являются паротурбинными установками, основными агрегатами которых являются парогенератор и паровая турбина с электрогенератором.

Современный энергетический котлоагрегат большой мощности представляет собой очень большое и сложное сооружение. Так, например, котлоагрегат, обслуживающий турбину мощностью 300 МВт, производит в час более 900 т пара давлением до 24 МПа и температурой до 565⁰С. Такой котёл потребляет примерно от 150 до 300 т/ч угля в зависимости от его качества и более 900 т/ч воды.

Все технологические процессы такого котлоагрегата механизированы и автоматизированы. Котлоагрегат обслуживается многочисленным вспомогательными механизмами, приводимыми в движение десятками электродвигателей, причём мощность их достигает несколько тысяч кВт.

Габариты такого котла весьма внушительны: высота около 45 метров. Вес только металлических частей агрегата доходит до 4500 тонн. Ещё более крупными являются котлоагрегаты, обслуживающие турбины мощностью 500, 800 и 1200 МВт.

Таким образом, паровой котёл является основным агрегатом тепловой электростанции. Паровым котлом называется устройство для выработки пара с давлением выше атмосферного за счёт теплоты сжигаемого топлива.Необходимая тепловая мощность парогенератора определяется его паропроизводительностью при обеспечении установленных рабочих температуры и давления перегретого пара. При этом в топке котла сжигается расчётное количество топлива.

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 247; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!