Технология энергетического производства

     Оглавление:

 

      Введение………………………………………………………………….стр.2

1. Общая характеристика парогазовых установок (информационный обзор).  ……………………………………………………………………………...стр.4
2. Выбор схемы ПГУ и ее описание………………………………………..стр.5
3. Цикл ПГУ в T,s-диаграмме……………………………………………….стр.7
4. Термодинамический расчет цикла газотурбинной установки………....стр.8
5. Расчет цикла паротурбинной установки……………………………….стр.13
6. Определение технико-экономических показателей ПТУ……………..стр.17
7. Расчет цикла ПГУ………………………………………………………..стр.18
8. Определение электрической мощности ГТУ и ее технико-экономические показатели………………………………………………………………...стр.20
9. Технико-экономические характеристики ПГУ………………………...стр.21
10. Сводная таблица и анализ результатов расчета по трем видам энергогенерирующих установок………………………………………..стр.22

Список использованной литературы…………………………………...стр.23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 Энергетика - базовая отрасль, влияющая на  состояние всей экономики. Вместе  с тем она является одним  из основных потребителей первичных  энергетических ресурсов и оказывает  заметное влияние на окружающую  среду. На сегодняшний день имеются  широкие возможности энергетического  использования газообразного и  жидкого топлива. Исключительная  народнохозяйственная ценность  этих видов топлива требует  изыскания наиболее рациональных  схем энергетических установок, причем многообразие потребителей  и особенности экономических  районов заведомо не позволяет  ограничиться разработкой какой  либо одной оптимальной схемы.

Постоянный рост в мире производства электроэнергии с доминирующей ролью тепловых электростанций, сжигающих органическое топливо, стоимость которого неуклонно растет, обусловливает необходимость повышения эффективности топливоиспользования на ТЭС, что возможно только на основе более совершенных технологических и технических решений преобразования энергии топлива в электрическую (и тепловую). Определяющими здесь являются степень совершенства и мощностью возможности теплового двигателя (привода электрогенератора), работающего на водяном паре и газообразных продуктах сжигаемого топлива.

Стратегическим направлением развития мировой энергетики является внедрение парогазовых технологий (ПГУ) при выработке электроэнергии и тепла. Это направление дает возможность существенно повысить КПД конденсационных установок с 38%-40% до 55%-60%. ПГУ особенно актуальны для отечественной электроэнергетики, которая почти на 90% зависит от привозного топлива Рост производства электроэнергии нужно рассматривать еще и с точки зрения наращивания экспортного потенциала в качестве важной валютной составляющей совокупного дохода. С этих позиций назрела необходимость внедрения современных ПГУ или надстройки паровой части в установленных ГТУ. Это позволяет значительно снизить удельные расходы топлива на выработку тепла и электроэнергии, сократить эксплуатационные расходы и численность персонала, существенно улучшить экологическую обстановку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общая характеристика  парогазовых установок (информационный  обзор)

 

Парогазовые установки производят электричество и тепловую энергию. Парогазовая установка состоит из двух отдельных блоков: паросилового и газотурбинного. Топливом ПГУ может служить как природный газ, так и продукты нефтехимической промышленности, например мазут. В парогазовых установках на одном валу с газовой турбиной находится первый генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают ей лишь часть своей энергии и на выходе из турбины все ещё имеют высокую температуру. Далее продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают водяной пар. Температуры продуктов сгорания достаточно для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для вращения паровой турбины (температура 500 градусов по Цельсию и давление 80 атмосфер). С паровой турбиной механически связан второй генератор.

Существуют различные схемы ПГУ: ПГУ с высоконапорным парогенератором, ПГУ с обычным (низконапорным) парогенератором, ПГУ с котлом-утилизатором.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Выбор схемы ПГУ и её описание

 ПГУ– это установка, объединяющая ГТУ и ПТУ. Согласно заданию к курсовой работе, выбираем парогазовую установку с использованием котла-утилизатора, параметры работы соответствующих турбин в ПГУ такие же, как в ПТУ и ГТУ. ПТУ имеет два регенеративных отбора, электрическая мощность паровой турбины = 66 МВт, рабочее тело ГТУ обладает свойствами воздуха, его теплоёмкость принять постоянной.

 

Рис. 1 «Принципиальная схема ПГУ»

( 1 - воздух из атмосферы; 2 - топливо; 3 - отработавшие в турбине газы; 4 - уходящие газы; 5 - свежий пар; 6 - питательная вода)

 

На рис. 1 представлена схема простейшей установки со сбросом еще горячих газов (продуктов сгорания) 3, поступающих из газовой турбины Т в котел-утилизатор КУ.

Как видно из рис. 1, топливо 2 (газотурбинное, жидкое, газ) поступает в камеру сгорания КС, куда также с помощью компрессора К подается воздух. Компрессор размещен на одном валу с газовой турбиной Т и электрическим генератором; компрессор К и генератор приводятся в действие газовой турбиной Т.

В котле-утилизаторе КУ за счет тепла продуктов сгорания 3 вода 6 превращается в пар 5, поступающий в паровую турбину ПТ, на одном валу с которой находится второй электрический генератор. Такого рода парогазовая установка позволяет использовать (утилизировать) тепло отработавших в газовой турбине продуктов сгорания 3. Охладившиеся в котле-утилизаторе продукты сгорания 4 выбрасываются наружу. Отработавший в паровой турбине ПТ пар поступает, как обычно, в конденсатор, в котором отдает тепло охлаждающей воде, превращается в конденсат и затем с помощью питательного насоса 6 снова поступает в котел-утилизатор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Цикл ПГУ в T,s-диаграмме

Представим данный цикл в T,s координатах.

 

 Рис.2 « Цикл ПГУ в T,s-диаграмме»

 

На рис. 2 наложены циклы ПСУ и ГТУ, где рабочими телами являются соответственно водяной пар и продукты сгорания топлива 1-2-3-4-1 – газовый цикл, а 5-6-7-8-9-10-5 – паровой.

В ПГУ, работающей по данному циклу, повышение КПД достигается только за счет надстройки парового цикла газовым. Передача теплоты отработавших газов ГТУ паровому циклу осуществляется путем подогрева питательной воды, направляемой в парогенератор. Расход уходящих газов у этой ПГУ практически равен суммарному расходу уходящих газов ГТУ и ПТУ до их объединения, но температура уходящих газов ПГУ значительно ниже чем у отдельной ГТУ и примерно равна температуре уходящих газов парогенератора, что и является источником экономии топлива.

 

 

 

 

 

 

 

4. Термодинамический расчет цикла газотурбинной установки

 

Газотурбинными установками (ГТУ) называются теплоэнергетические устройства, в которых рабочим телом служат газообразные продукты сгорания топлива, а рабочим двигателем является газовая турбина.

 

 Рис. 3 «Принципиальная схема ГТУ»

 

Компрессор (К) сжимает атмосферный воздух и нагнетает его в камеру сгорания. Топливо в камеру сгорания (КС) подается (в случае газообразного топлива – топливным компрессором; в случае жидкого – топливным насосом через форсунки). Образовавшиеся продукты сгорания являются рабочим телом давлением 12÷20 атм. и 1000÷1200 , которые подаются в газовую турбину (ГТ) и превращают ее в действие (вращение на валу). Затем выбрасываются наружу. Турбина находится на одном валу с компрессором и одновременно приводит в действие ротор электрогенератора (ЭГ), вырабатывающего электроэнергию.

Цикл ГТУ, работающий по описанной выше схеме, осуществляется с изобарным подводом теплоты.

 

Рис. 4 «Цикл ГТУ в T,S–координатах»

1-2 - адиабатное сжатие воздуха  в компрессоре.

2-3 - изобарный процесс подвода  теплоты в камеру сгорания (горение  топлива).

3-4 - адиабатное расширение продуктов  сгорания в турбине.

4-1 - изобарный процесс смены  отработавших газов, атмосферным  воздухом, условно замыкающей цикл

 

 

Рассчитаем основные характеристики в этих точках.

Точка 1

По условию нам известно:

р1=0,1МПа

 t1=22°С

T1= t1+273=22+273=295K

Из уравнения состояния идеального газа( , м3/кг) для точки 1 следует:

 

P1v1 = RT1; (2.1)

v1 = RT1/P1

 

где R-газовая постоянная.

Принимая, что рабочее тело обладает свойствами воздуха:

 R = 8314/28, 9 = 287Дж/(кг×К))

Из формулы (2.1) выразим удельный объем и рассчитаем его:

 (2.2)

Точка 4

Найдем основные характеристики рабочего тела в т.4. Нам известны следующие параметры:

Т4 = 570+273 = 843К,

 P4 = P1 = 0,1МПа.

Воспользуемся формулой (2.2) и рассчитаем удельный объем газов в т.4:

Точка 3

Перейдем к расчету основных характеристик в т.3. Нам известны следующие параметры:

T3 = 1150+273=1423K

Так как процесс (3-4) адиабатный, то между температурами и давлениями в этих точках существует следующая зависимость:

 

(2.3)

 

Преобразуем данное выражение и выразим из него :

 

,

 

Воспользовавшись формулой (2.2) и подставив в нее значение параметров в т.3, мы получим удельный объем газов на входе в газовую турбину:

Точка 2

2-3 –  изобарный процесс, поэтому верно  следующее равенство:

p2 = p3 = 0,63МПа,

1-2 –  адиабатный процесс, и для него  верно равенство:

 

, выразим из него  :

 

  ;

;

Подставим в формулу (2.2) значение параметров в т.2:

.

Рассчитаем энергетические характеристики цикла ГТУ

Удельное количество теплоты, подведенное к одному килограмму рабочего тела в ГТУ:

 

(2.4)

где - теплоемкость тела при изобарном процессе и рассчитывается по формуле:

(2.5)

где i – количество степеней свободы, для двухатомного газа равное 5

Рассчитаем удельное количество подводимой теплоты:

 q1 = Cp(T3 - T2) = 3,5×287×(1423-498) = 929,163.

Количество теплоты, отведенной от 1кг. рабочего тела в ГТУ:

q2 = Cp(T4 - T1) = 3,5×287×(843-295) = 550,466

Удельная теоретическая работа цикла ГТУ:

 (2.6)

Термический КПД цикла ГТУ:

 или  40,8% (2.7)

Абсолютный электрический КПД ГТУ:

 или 32,2% (2.8)

5. Расчет цикла паротурбинной установки

 

Паротурбинные установки – это установки, тепловым двигателем в которых является турбина, а рабочим телом – водяной пар, который получается в специальных установках, называемых паровыми котлами (парогенераторами), благодаря сжиганию в последних топлива и за счет теплообмена между продуктами сгорания и водой, получения из нее пара.

Паровой котел, или парогенератор (I), представляет собой устройство, в котором производится сжигание топлива, и тепло образовавшихся газообразных продуктов сгорания используется для превращения поступающей в него воды в пар (насыщенный или перегретый). Выработанный пар поступает в пароперегреватель (II), а затем в паровую турбину (III), где его потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию струи пара, попадающего на лопатки турбины и заставляющего вращаться рабочее колесо турбины и ротор электрогенератора (IV), вырабатывающего электроэнергию.

 

Рис. 5 «Принципиальная схема ПТУ с двумя регенеративными отборами».

 

 

Изобразим описанный цикл в T,S-диаграмме водяного пара:

 

Рис.6 «Цикл ПТУ в T,S-координатах»

5 – свежий пар перед турбиной

5-6 – адиабатное расширение пара  в турбине

6 – отработавший пар на выходе  из турбины