МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Тульский государственный университет
ИВТС им. В.П. Грязева
Кафедра Электроэнергетика
Контрольно-курсовая работа
по дисциплине «Общая энергетика»
на тему: «Конденсационные электрические станции»
Разработал Козлов С.Ю.
Проверил: Карницкий В.Ю.
Тула 2021
Содержание
Введение
Глава 1. Принцип работы КЭС
Глава 2. Основные циклы Ренкина
2.1 Регенеративный цикл
2.2 Цикл с промежуточным (вторичным) перегревом пара
Глава 3. Основные системы КЭС
Глава 4. Влияние КЭС на окружающую среду
Заключение
Список литературы
Введение
На тепловых электростанциях химическая энергия сжигаемого топлива преобразуется в котле в энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат (паровую турбину, соединенную с генератором). Механическая энергия вращения преобразуется генератором в электрическую. Топливом для электростанций служат уголь, торф, горючие сланцы, а также газ и мазут. В отечественной энергетике на долю КЭС приходится до 60% выработки электроэнергии.
Конденсационная электростанция (КЭС) -- тепловая электростанция, производящая только электрическую энергию, своим названием этот тип электростанций обязан особенностям принципа работы. Исторически получила наименование «ГРЭС» -- государственная районная электростанция. 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.
Основными особенностями КЭС являются: удаленность от потребителей электроэнергии, что определяет в основном выдачу мощности на высоких и сверхвысоких напряжениях, и блочный принцип построения электростанции. Мощность современных КЭС обычно такова, что каждая из них может обеспечить электроэнергией крупный район страны. Энергоблок представляет собой как бы отдельную электростанцию со своим основным и вспомогательным оборудованием и центром управления -- блочным щитом. Связей между соседними энергоблоками по технологическим линиям обычно не предусматривается. Построение КЭС по блочному принципу дает определенные технико-экономические преимущества, которые заключаются в следующем:
- облегчается применение пара высоких и сверхвысоких параметров вследствие более простой системы паропроводов, что особенно важно для освоения агрегатов большой мощности;
- упрощается и становится более четкой технологическая схема электростанции, вследствие чего увеличивается надежность работы и облегчается эксплуатация;
- уменьшается, а в отдельных случаях может вообще отсутствовать резервное тепломеханическое оборудование;
- сокращается объем строительных и монтажных работ;
- уменьшаются капитальные затраты на сооружение электростанции;
- обеспечивается удобное расширение электростанции, причем новые энергоблоки при необходимости могут отличаться от предыдущих по своим параметрам.
Современные КЭС оснащаются в основном энергоблоками 200 -- 800 МВт. Применение крупных агрегатов позволяет обеспечить быстрое наращивание мощностей электростанций, приемлемые себестоимость электроэнергии и стоимость установленного киловатта мощности станции.
Наиболее крупные КЭС в настоящее время имеют мощность до 4 млн. кВт. Сооружаются электростанции мощностью 4 -- 6,4 млн. кВт с энергоблоками 500 и 800 МВт. Предельная мощность КЭС определяется условиями водоснабжения и влиянием выбросов станции на окружающую среду. конденсационная электростанция цикл ренкина
Глава 1. Принцип работы КЭС
На современных тепловых электростанциях большой мощности превращение теплоты в работу производится в циклах, использующих в качестве основного рабочего тела водяной пар высоких давлений и температур. Водяной пар производится парогенераторами (паровыми котлами), в топках которых сжигаются различные виды органического топлива: уголь, мазут, газ и др.
Термодинамический цикл преобразования тепла в работу с помощью водяного пара был предложен в середине XIX в. инженером и физиком У. Ренкиным. Принципиальная тепловая схема конденсационной электростанции (КЭС), работающей по циклу Ренкина, показана на рис. 4.1, а, а ее общий вид -- на рис. 4.1, б.
В парогенераторе 1 за счет теплоты сжигаемого топлива вода, нагнетаемая в парогенератор насосом 5, превращается в водяной пар, который затем поступает в турбину 2, вращающую электрогенератор 3. Тепловая энергия пара преобразуется в турбине в механическую работу, которая, в свою очередь, преобразуется в генераторе в электроэнергию. Из турбины отработанный пар поступает в конденсатор 4. В конденсаторе пар конденсируется (превращается в воду). Насос 5 нагнетает конденсат в парогенератор, замыкая таким образом цикл.
Цикл Ренкина на перегретом паре (рис. 4.2) состоит из следующих процессов:
* изобара 4--5--6--1 -- процесс нагрева, испарения воды и перегрева пара в парогенераторе за счет подводимой теплоты сгорания топлива ;
* адиабата 1--2 -- процесс расширения пара в турбине с совершением полезной внешней работы ;
* изобара 2--3 -- процесс конденсации отработанного пара с отводом теплоты охлаждающей водой;
* адиабата 3--4 -- процесс сжатия конденсата питательным насосом до первоначального давления в парогенераторе с затратой подводимой извне работы .
В соответствии со вторым законом термодинамики полезная работа за цикл равна разности подведенного и отведенного в цикле тепла
Термический КПД цикла Ренкина определяется по уравнению
б
Рис. 4.1. Принципиальная тепловая схема КЭС, работающей по циклу Ренкина (а), и ее общий вид (б)
Термодинамические исследования цикла Ренкина показывают, что его эффективность в большой степени зависит от величин начальных и конечных параметров (давления и температуры) пара.
Исследования показывают, что увеличивается с увеличением начальных параметров пара и и уменьшением конечных и . Конечные параметры пара связаны между собой, так как пар в этой области влажный, и поэтому их уменьшение приводит к уменьшению , т. е. давления в конденсаторе.
Рис. 4.2. Цикл Ренкина на перегретом паре в p, v - (а) и T, s (б) -диаграммах
Увеличение ограничивается жаропрочностью материалов, увеличение -- допустимой степенью влажности пара в конце расширения и прочностью материала труб; повышенная влажность (x > 0,8…0,86) приводит к эрозии деталей турбины.
В настоящее время на электростанциях в основном используют параметры пара = 23,5 МПа (240 кгс / ) и = 565 °С. На опытных установках применяются параметры = 29,4 МПа (300 кгс / ) и =
= 600…650 °С.
Понижение давления в конденсаторе более чем до = 3,5…4 кПа (0,035…0,040 кг / ), чему соответствует температура насыщения = 26,2…28,6 °С, ограничивается, прежде всего, температурой охлаждающей воды , колеблющейся в зависимости от климатических условий от 0 до 25…30 °С. При малой разности -- интенсивность теплообмена падает, а размеры конденсатора растут. Кроме того, с понижением становится все большим удельный объем пара, что тоже ведет к увеличению размера конденсатора, а также и к увеличению последних ступеней турбины.
На рисунке 4.3 показана упрощенная технологическая схема энергоблока КЭС. Энергоблок представляет собой как бы отдельную электростанцию со своим основным и вспомогательным оборудованием и центром управления -- блочным щитом. Связей между соседними энергоблоками по технологическим линиям обычно не предусматривается. Построение КЭС по блочному принципу дает определенные технико-экономические преимущества, которые заключаются в следующем:
* облегчается применение пара высоких и сверхвысоких параметров вследствие более простой системы паропроводов, что особенно важно для освоения агрегатов большой мощности;
* упрощается и становится более четкой технологическая схема электростанции, вследствие чего увеличивается надежность работы и облегчается эксплуатация;
* уменьшается, а в отдельных случаях может вообще отсутствовать резервное тепломеханическое оборудование;
* сокращается объем строительных и монтажных работ;
* уменьшаются капитальные затраты на сооружение электростанции;
* обеспечивается удобное расширение электростанции, причем новые энергоблоки при необходимости могут отличаться от предыдущих по своим параметрам.
Рис. 4.3. Принципиальная технологическая схема КЭС: 1 -- склад топлива и система топливоподачи; 2 -- система топливоприготовления; 3 -- котел; 4 -- турбина; 5 -- конденсатор; 6 -- циркуляционный насос; 7 -- конденсатный насос; 8 -- питательный насос; 9 -- горелки котла; 10 -- вентилятор; 11 -- дымосос; 12 -- воздухоподогреватель; 13 -- водяной экономайзер; 14 -- подогреватель низкого давления; 15 -- деаэратор; 16 -- подогреватель высокого давления
Технологическая схема КЭС состоит из нескольких систем: топливоподачи, топливоприготовления, основного пароводяного контура вместе с парогенератором и турбиной, циркуляционного водоснабжения, водоподготовки, золоулавливания и золоудаления и электрической части станции.
Механизмы и установки, обеспечивающие нормальное функционирование вышеназванных систем, входят в так называемую систему собственных нужд станции (энергоблока).
Наибольшие энергетические потери на КЭС имеют место в основном пароводяном контуре, а именно в конденсаторе, где отработавший пар, содержащий еще большее количество теплоты, затраченной при парообразовании, отдает его циркуляционной воде. Теплота с циркуляционной водой уносится в водоемы, т. е. теряется. Эти потери в основном и определяют КПД электростанции, составляющей даже для самых современных КЭС не более 40…42%.
Электроэнергия, вырабатываемая электростанцией, выдается на напряжение 110…220 кВ, и лишь часть ее отбирается на собственные нужды через трансформатор собственных нужд, подключенный к выводам генератора.
Наиболее крупные КЭС в настоящее время имеют мощность до 4 млн кВт; сооружаются электростанции мощностью 4…6,4 млн кВт с энергоблоками 500 и 800 МВт. Предельная мощность КЭС определяется условиями водоснабжения и влиянием выбросов на окружающую среду.
Глава 2. Основные циклы Ренкина
2.1 Регенеративный цикл
Для повышения экономичности работы паротурбинных установок, помимо повышения параметров пара, применяют так называемый регенеративный цикл, в котором питательная вода до ее поступления в котельный агрегат подвергается предварительному нагреву паром, отбираемым из промежуточных ступеней паровой турбины. На рисунке 4.4, а представлена принципиальная схема паросиловой установки с регенеративным подогревом питательной воды, где , и -- доли отбираемого пара из турбины. Изображение в T, s-диаграмме (рис. 4.4, б) носит условный характер, так как количество рабочего пара (рабочего тела) меняется по длине проточной части турбины, а она строится для постоянного количества.
Рис. 4.4. Регенеративный подогрев питательной воды в цикле Ренкина: а -- схема установки; б -- изображение (условное) процесса в T, s-координатах; 1 -- котел; 2 -- пароперегреватель; 3 -- паровая турбина с промежуточными отборами пара; 4 -- электрогенератор; 5 -- регенеративные подогреватели; 6 -- насосы; 7 -- конденсатор
Следует отметить, что поскольку питательной воде передается теплота отобранного пара, включая теплоту парообразования, а при получении работы используется лишь часть теплоты пара, не включающая теплоту парообразования, то потеря работы в результате отборов будет значительно меньше, чем увеличение энтальпии питательной воды. Поэтому в целом КПД цикла возрастает. Однако возрастает и удельный расход пара, так как отобранная часть пара не полностью участвует в совершении работы и для получения заданной мощности его расход надо увеличивать. Правда, это обстоятельство облегчает конструкцию последних ступеней турбин, позволяя уменьшить длину их лопаток.
Применение регенеративного подогрева позволяет, когда это желательно, исключить экономайзер (подогрев питательной воды уходящими газами), использовав теплоту уходящих газов для подогрева поступающего в топку воздуха.
Увеличение КПД при применении регенерации составляет 10…15%.
При этом экономия теплоты в цикле возрастает с повышением начального давления пара. Это связано с тем, что с повышением увеличивается температура кипения воды, а следовательно, повышается количество теплоты, которое можно подвести к воде при подогреве ее отработанным паром. В настоящее время регенеративный подогрев применяется на всех крупных электростанциях.
2.2 Цикл с промежуточным (вторичным) перегревом пара