Характеристики промышленных теплоэнергетических установок

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ,

ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ

СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

 

 

Кафедра физики и теплообмена

 

 

Дисциплина:

ТЕПЛОТЕХНИКА

 

 

Л Е К Ц И Я

 

ТЕМА 20: ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕПЛОСИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ

 

 

Автор:

д.ф.-м.н., профессор П.В. Скрипов

 

Екатеринбург 2006

Цели лекции:

 

Учебные: Сформировать представление об основных типах энергетического оборудования; дать термодинамический анализ работы теплоэнергетических установок при учете неустранимых потерь энергии; представить методы расчета термического кпд реальных термодинамических циклов.

 

Воспитательные: Воспитывать стремление к углубленному изучению предмета; прививать убежденность в практической значимости получаемых в лекционном курсе знаний.

 

Развивающие: Развивать способность творчески воспринимать и конспектировать предоставляемый материал; развивать навыки самостоятельной аналитической работы, умение выделять главное, проводить сопоставление и обобщение.

 

Метод проведения: лекция

Время занятия: 80 минут

Место проведения: аудитория

Материальное обеспечение: раздаточный материал с представлением основных соотношений и графиков

 

ЛИТЕРАТУРА:

1. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок: Учебное пособие для вузов / А.А. Александров. М.: Издательство МЭИ, 2004. 158 с.

2. Техническая термодинамика: Учебное пособие / В.Н.Королёв, Е.М.Толмачёв. Екатеринбург: УГТУ, 2001. 180 с.

 

ПЛАН ЛЕКЦИИ:

1. Введение.

2. Характеристики промышленных теплоэнергетических установок.

3. Действительные циклы двигателей внутреннего сгорания.

4. Наддув дизельных двигателей.

5. Теплофикационные циклы.

6. Цикл Ренкина с учетом необратимых потерь.

 

 

Введение.

В 2000-м году в России было произведено 876 и потреблено 849 млрд. кВтч электроэнергии, что соответствует годовому удельному потреблению 5850 кВтч/душу. По этому показателю Россия находится на уровне стран Западной Европы. Однако, это количество электроэнергии расходуется существенно менее эффективно, чем в индустриально развитых странах, что выражается в величине ВВП, произведенного в расчете на 1 кВтч потребленной электроэнергии:

Россия …….. 0.73 долл./ кВтч; развитые страны ………. 3.23 долл./ кВтч.

Установленная мощность электростанций России составляет 215 млн кВт, в том числе: ТЭС – 149.6, ГЭС – 44.1, АЭС – 21.3 млн кВт.

Сегодня в связи с сохраняющимся спадом промышленного производства эти электростанции существенно недогружены: средний по отрасли коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) составляет около 0.5. Таким образом, сегодня в электроэнергетике существует значительный средний резерв мощности. В связи с предполагаемым экономическим ростом, этот резерв может быть скоро исчерпан.

По «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» потребность в электроэнергии в стране в 2010 г. составит по умеренному прогнозу 995 млрд. кВтч, а по оптимистичному – 1035 млрд. кВтч. Более 25 % от суммарного энергопотребления составят затраты энергии на теплопотребление. Около половины этой энергии будет использовано для отопления и горячего водоснабжения жилых и административных зданий.

 

Характеристики промышленных теплоэнергетических установок

Сегодня в стране, как отмечалось в 20.1, около 65 % электроэнергии производится тепловыми электростанциями (ТЭС), использующими органическое топливо. Схема преобразования энергии на паротурбинных ТЭС, составляющих в России подавляющее большинство, включает сжигание топлива, передачу тепла от продуктов сгорания к водяному пару, являющемся рабочим телом в цикле Ренкина, и производство работы при расширении пара в паровой турбине, соединенной с электрогенератором. Кпд ТЭС прежде всего определяется термодинамическим кпд цикла Ренкина. Реальный кпд нетто (отношение электроэнергии, выдаваемой вовне, к теплотворности затрачиваемого топлива) современных паротурбинных ТЭС на природном газе составляет 38-40 %, для угольных ТЭС – 35-36 %. Средний кпд ТЭС существенно ниже за счет использования старого оборудования, низких параметров рабочего тела и режима работы с неполной нагрузкой.

Более высокие температуры подвода тепла реализуются в газотурбинных установках (ГТУ). В ГТУ, внедряемых в стационарную энергетику, начальная температура газа достигает 1250 ^оС. Но, несмотря на это, кпд ГТУ, использующей простейший цикл Брайтона, не превосходит 35-36 %.

Для стационарной энергетики существенное повышение кпд может быть достигнуто за счет использования бинарной установки, включающей ГТУ и паротурбинную установку (ПТУ) – парогазовой установки (ПГУ). В ПГУ тепло, содержащееся в продуктах сгорания после газовой турбины, передается через котел-утилизатор в паротурбинный цикл Ренкина, что приводит к более полному использованию освоенного интервала температур. Чисто бинарная ПГУ (т.е. такая, в которой в котле-утилизаторе в нижний цикл подводится тепло только от верхнего цикла) имеет кпд около 60 %.

Однако чисто бинарные схемы на электростанциях по ряду причин не применяются. Освоены частично бинарные схемы ПГУ, в которых в котле, использующем продукты сгорания ГТУ, дополнительно сжигается некоторое количество топлива. Окислителем для этого топлива служит кислород, оставшийся в продуктах сгорания ГТУ, поскольку горение в ГТУ происходит при коэффициентах избытка воздуха α > 1. Кпд такой схемы несколько ниже, чем чисто бинарной схемы, но зато при той же мощности ГТУ увеличивается мощность паротурбинной части, а, значит, и всей ПГУ. Разновидностью ПГУ является схема, в которой рабочим телом газовой турбины служит парогазовая смесь, а паровая турбина отсутствует вовсе.