Энергетические характеристики тепловых эаектростанпий

Рассмотрим особенности энергетических характеристик тепловых электростанций. Все ТЭС подразделяются на два основных типа: вырабатывающие только электроэнергию (КЭС или ГРЭС, ГТУ) и вырабатывающие также дополнительно и тепловую энергию (ТЭЦ). Основным видом являются ТЭС, у которых рабочее тело — водяной пар с большой температурой и давлением (КЭС, ТЭЦ).

Технологический процесс ТЭС имеет следующее содержание. В топках котла сгорает органическое топливо и появляется энергия горения, которая преобразуется в тепловую энергию пара с большой температурой и давлением. Энергия пара поступает в турбину и преобразуется в механическую энергию вращения турбины. Затем в генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую. На всех этапах преобразования энергии часть ее неизбежно теряется (рис. 4.4). Каждый этап имеет свои энергетические характеристики.

На основе баланса мощностей в турбоагрегате в целом можно записать следующие выражения для его основных показателей:

• электрическая мощность.

• кпд

Рис. 4.4. Ленточная диаграмма режимных потерь блока ТЭС.

• удельный расход топлива.

• относительный прирост.

где индексы К — котел, Т — турбина, Г — генератор, причем.

Схема расчета мощности генератора при заданной подведенной мощности показана на рис. 4.5 [4]. На рис. 4.5 мощности обозначены символом Р индексы, а — агрегат, К — котел, Т — турбина, Г — генератор. Показаны потери преобразования энергии в котле, турбине, генераторе.

Рис. 4.5. Баланс мощности в турбоагрегате.

Основные характеристики ТЭС Основные агрегаты ТЭС — это котел, турбина, генератор, блок. Энергетическая характеристика котла показывает зависимость часового расхода топлива от паропроизводительности котла B (D), т/ч, или от теплоты B (Q_K), ГКал/ч (рис. 4.6, а). Дифференциальная характеристика котла 6_к(??к) приведена на рис. 4.6,6,.

причем

Рис. 4.6. Характеристики котла ТЭС: а — расходная; б — дифференциальная Энергетическая характеристика турбины показывает зависимость теплоты от мощности турбины. Она имеет вид прямой или ломаной линии (рис. 4.7). Точка перелома соответствует включению перегрузочного клапана для форсировки мощности турбины. Если турбина имеет регулируемые отборы пара, то ее характеристика представляется в виде диаграммы режимов, на которой имеется серия характеристик, соответствующих постоянным отборам пара (теплоты) (рис. 4.13). Дифференциальная характеристика турбины b_v(P_T) показана на рис. 4.7, причем . Она представляется прямой (рис. 4.8,.

Рис. 4.7. Расходные характеристики турбин ТЭС:

• 1 - без точки перелома;
• 7. — с. точкой пепепомя
• У), если расходная характеристика турбины нс имеет излома (рис. 4.7, У), и имеет два горизонтальных участка, разделенных точкой разрыва (на рис. 4.8, линия
• 2), если расходная характеристика соответствует рис. 4.7, линия 2.

Расходы топлива и теплоты, полученные по характеристикам, соответствуют номинальным параметрам котла, турбины, вспомогательного оборудования. Если параметры отличаются от номинальных, то должны вводиться поправки. Поправки учитывают изменение температуры охлаждающей воды турбины, давления пара в отборах турбины, температуры конденсата, параметров свежего пара, качества топлива и пр. Такие поправки, по существу, меняют (смещают) характеристику.

Рис. 4.8. Дифференциальные характеристики турбин ТЭС: У — без точки перелома;

2- с точкой перелома.

Энергетическая характеристика генератора (рис. 4.9,а) показывает зависимость активной мощности на зажимах генератора от мощности турбины и от реактивной мощности генератора, т. е. P_r(P_T, coscp). Дифференциальная характеристика генератора (рис. 4.9,6) показывает зависимость Ь_Г(Р_Г), где.

Рис. 4.9. Характеристики генератора: а — в абсолютных показателях; б — дифференциальная.

Так как Р_т=Р_гг|, то

Это значит, что для вычислений Ь_г можно дифференцировать рабочую характеристику генератора.

Произведение дифференциальных показателей котла, турбины и генератора служит дифференциальным показателем всего блока (считаем Q_K " Q_T):

Дифференциальная характеристика блока имеет скачки (рис. 4.10), если характеристика турбины имеет разрывы. Если учитывать в характеристике работу механизмов собственных нужд, то появляются дополнительные скачки, связанные с включением наиболее крупных механизмов (питательных насосов, дымососов и пр.).

Показатели характеристик зависят от вида топлива. Сравнение энергетических характеристик конденсационного турбоагрегата на газообразном и твердом топливе показано на рис. 4.11.

Характеристики ГТУ Максимальное значение КПД ГТУ соответствует номинальной мощности и равно примерно 30%. Удельные расходы ГТУ значительно превосходят средние значения показателей современных КЭС. Экономичность работы ГТУ существенно ухудшается при снижении ее нагрузки и при увеличении температуры наружного воздуха. Например, для ГТУ-100−750−2 при номинальной мощности , что в 1,25 раза выше, чем на КЭС, а при снижении мощности до 30% номинальной величина &_а^уд повышается до.

Характеристики атомных электростанций.

Рис. 4.10. Расходная характеристика блока и тепловой станции.

Агрегаты АЭС на тепловых нейтронах в небольших пределах могут регулировать нагрузку. Однако при этом резко снижается их надежность, и в настоящее время они предназначены в основном для базовой зоны графика нагрузки.

Расход ядерного топлива, КПД АЭС, удельные расходы обычно не рассчитываются, поэтому характеристики АЭС для управления режимами не используются.

Рис. 4.11. Общий вид основных энергетических характеристик агрегата ТЭС.

Характеристики гидроагрегатов обычно представляются изолиниями для постоянных напоров (рис. 4.12). На расходной характеристике (рис. 4.12,6) даются изолинии О (Р) для Н = const, на дифференциальной — изолинии q (рис. 4.12,в). Натурные характеристики гидроагрегатов часто имеют более сложную форму (рис. 4.12, г).