содержание .. 9 10 11 12 ..

Тепловые и атомные электрические станции - часть 11

Обычно для КЭС на органическом топливе оптимальные значения дав-
ления в конденсаторе находятся в пределах 0,003÷0,0045 МПа. Для теп-
лофикационных установок, работающих в летнее время в чисто конден-
сационном режиме или в конденсационном режиме с небольшим отбо-
ром пара на теплофикацию, оптимальные значения

P выше. В таком

режиме эти турбины работают лишь часть общего времени эксплуата-
ции. Поэтому затраты, необходимые для достижения тех же значений

P , что и в конденсационной турбоустановке, в этом случае не оправ-

даются.

Следует рассматривать АЭС как электростанции, работающие на

дешевом топливе. К тому же они строятся в районах с дорогостоящим
органическим  топливом,  где  в  условиях  нашей  страны  среднегодовая
температура  охлаждающей  воды  в  основном  повышенная.  Это  одна  из
причин  того,  что  давление  в  конденсаторе  на  АЭС  принимается  более
высоким,  чем  на  обычных  электростанциях.  Давление

повышают в

этом случае также для того, чтобы уменьшить капитальные затраты, ко-
торые при таких же, как и в обычных установках, значениях вакуума
заметно возрастут, так как удельные расходы пара на АЭС с турбинами
насыщенного пара значительно выше, чем с турбинами перегретого па-
ра. Оптимальные значения

на АЭС находятся обычно в пределах

0,0045÷0,0055 МПа.

4.4. ТЕПЛОВАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ РАСШИРЯЕМЫХ ЭЛЕК-
ТРОСТАНЦИЙ. МОДЕРНИЗАЦИЯ ТЭС

Потребность народного хозяйства в электроэнергии возрастает ис-

ключительно быстро. Увеличение мощности электростанций происхо-
дит за счет строительства новых электростанций и расширения дейст-
вующих. При расширении действующей электростанции могут устанав-
ливаться новые конденсационные турбины (на КЭС) или турбины с ре-
гулируемыми отборами (на ТЭЦ), а также турбины с противодавлением.
В последнем случае давление за турбиной может быть выбрано таким,
чтобы отработавший в ней пар использовался на турбинах расширяемой
электростанции.

Если при расширении электростанции устанавливаются турбины

со своими паровыми котлами, работающие параллельно с существую-
щими установками, то новую паротурбинную установку называют при-
стройкой (рис. 4.13, а). При расширении электростанции предвключен-

ными турбинами эту часть электростанции называют надстройкой вы-
сокого давления (рис. 4.13,

Рис. 4.13. Расширение станции пристройкой (а) и надстройкой (б):
1,2 – паровой котел низкого и высокого давления; 3, 4 – турбогенератор низкого и
высокого давления; 5 – РОУ; 6 – конденсатор; 7 – конденсатный насос; 8 – систе-
ма регенеративного подогрева; 9 – питательный насос; ДВ – линия подвода доба-
вочной воды

Когда электростанция расширяется пристройкой, показатели теп-

ловой экономичности прежней ее части остаются неизменными. Однако
показатели экономичности электростанции в целом улучшаются, так
как обычно новые агрегаты имеют более высокие начальные параметры
и более совершенную конструкцию.

Надстройка может быть выполнена так, чтобы после модерниза-

ции  электростанции  к  прежним  турбинам  подводился  пар  только  от
предвключенных  турбин.  Такую  надстройку  называют  полной.  При
полной надстройке вся электростанция, в сущности, переводится на бо-
лее  высокие  параметры  пара.  Старые  паровые  котлы  при  этом  могут
быть демонтированы.

Если расход пара предвключенных турбин меньше требуемого

расхода на прежние турбины, то недостающее количество пара подается
к ним от котлов существующей установки и надстройка является не-
полной.

Внутренний абсолютный КПД установки с надстройкой может

быть определен по формуле:

i уст

. (4.8)

где

L L

– работа пара в прежней и предвключенной турбинах, рас-

считанная на 1 кг пара, подведенного к существовавшей
ранее турбине;

– количество теплоты, затраченной на производство 1 кг пара в

прежней установке;

– дополнительный расход теплоты на 1 кг пара в надстройке.

Учитывая, что

= , после преобразования получаем:

i уст

⋅

или

i уст

⋅

, (4.9)

где

– энергетический коэффициент;

– внутренний абсолютный КПД надстраиваемых турбин стан-

ции.

Если надстройка полная, то расход пара после предвключенных

турбин равен сумме расходов на прежние турбины и

максимальный.

При одних и тех же расходах энергетический коэффициент возрастает,
конечно, с увеличением параметров пара перед предвключенной турби-
ной.

Из (4.9) видно, что при принятых новых начальных параметрах

надстройка дает тем большую экономию теплоты, чем ниже КПД преж-
ней электростанции.

Формула (4.9) применима как для КЭС, так и для ТЭЦ. В послед-

нем случае следует рассматривать изменение КПД по производству
электроэнергии

i ТЭЦ

. Так как обычно

i ТЭЦ

то относительное по-

вышение КПД при надстройке на ТЭЦ ниже, чем на КЭС. При над-
стройке ТЭЦ отпуск теплоты внешним потребителям остается неизмен-
ным.

Сравнивая схемы электростанций с пристройками и надстройка-

ми, можно заметить, что при надстройке сохраняется прежняя система
технического водоснабжения, в то время как при пристройке она рас-
ширяется.

Технико-экономические расчеты показывают, что капитальные за-

траты на надстройку быстро окупаются, особенно при дорогостоящем
топливе.

Для удобства эксплуатации пристройки обычно соединяют с

прежними паротурбинными установками электростанции паровыми и
водяными линиями (см. рис. 4.13,

). При этом в качестве добавочной

воды паровых котлов высокого давления можно использовать конденсат
из линии низкого давления. Так как качество добавочной воды для кот-
лов низкого давления может быть заметно ниже, чем для котлов высо-
кого давления, это дает определенную экономию.

Надстройка является одним из методов модернизации электро-

станций с морально устаревшим оборудованием, при которых их тепло-
вая и общая экономичность существенно повышается. Однако если ос-
новное  оборудование  электростанции  после  капитального  ремонта
можно еще длительно эксплуатировать, но показатели этой ТЭС значи-
тельно  ниже,  чем  на  современных  паротурбинных  установках,  так  как
оборудование морально устарело, ее можно модернизировать и другими
методами. Например, КЭС может быть реконструирована и переведена
на  комбинированную  выработку  электрической  и  тепловой  энергии.
При  такой  модификации  паровые  турбины  реконструируются,  а  паро-
вые котлы могут остаться без существенных изменений. Турбины могут
быть оборудованы промышленными  и теплофикационными регулируе-
мыми отборами или реконструированы в турбины с противодавлением.
Конечно, для такой реконструкции потребуются и новое оборудование
(сетевые подогревательные установки, деаэраторы подпиточной сетевой
воды, редукционно-охладительные установки, паровые и водяные ком-
муникации в пределах электростанции, а также теплофикационные тру-
бопроводы  и  паропроводы  к  потребителю  теплоты  и  др.),  приборы  и
системы  автоматического  управления,  окажется  необходимым  расши-
рить ряд цехов, прежде всего цеха химической обработки воды, так как
наряду  с  химически  обработанной  водой  для  паровых  котлов  потребу-
ется обработанная вода для заполнения и подпитки тепловых сетей.

При такой модернизации расходы топлива и теплоты на выработ-

ку электроэнергии существенно понизятся и могут даже оказаться близ-
кими  значениям,  характерным  для  современных  ТЭЦ.  Однако  началь-
ные  параметры  на  реконструируемой  установке  всегда  будут  значи-
тельно  ниже,  чем  на  современной,  в  то  время  как  давления  в  отборах
примерно одинаковые, поэтому удельная выработка электроэнергии на
тепловом  потреблении,  как  и  общая  выработка  теплоты

т п

, отдавае-

мой ТП, здесь будет, конечно, заметно ниже, чем на современной ТЭЦ,

рассчитанной на выработку такого же количества теплоты

т п

. Поэто-

му для оценки экономичности принятого метода модернизации следует
сопоставить удельные или полные приведенные затраты на производст-
во электроэнергии и теплоты при реконструкции электростанции и
строительстве новой. При этом для одного и того же

т п

годовая выра-

ботка электроэнергии будет разной, и при определении затрат

на вы-

работку электроэнергии в варианте с меньшей выработкой (при модер-
низации паротурбинной установки) необходимо учесть

Δ по заме-

щающей электростанции.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите показатели тепловой экономичности КЭС.
2. Поясните понятие «сопряженные параметры».
3. В каком случае экономически оправдано применение промежуточно-
го перегрева пара на КЭС?
4. Как скажется на КПД станции повышение начальных параметров па-
ра?
5. До каких пределов оправдано понижение конечного давления пара?
Почему?

Глава пятая. РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПОДОГРЕВ ПИТАТЕЛЬ-
НОЙ ВОДЫ НА ТЕПЛОВЫХ И АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАН-
ЦИЯХ

5.1. ВЛИЯНИЕ РЕГЕНЕРАТИВНОГО ПОДОГРЕВА НА ТЕПЛО-
ВУЮ ЭКОНОМИЧНОСТЬ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Регенеративный подогрев питательной воды применяется в на-

стоящее время на всех паротурбинных установках. Это объясняется тем,
что такой подогрев существенно повышает тепловую и общую эконо-
мичность установок. В схемах с регенеративным подогревом потоки па-
ра, отводимые из турбины в регенеративные подогреватели, совершают
работу без потерь в холодном источнике (конденсаторе). При этом для
одной и той же электрической мощности турбогенератора

расход

пара в конденсатор уменьшается и КПД установки увеличивается.

Количество пара, отбираемого из отборов, зависит прежде всего

от температуры, до которой может быть подогрет конденсат турбины.
Чем выше параметры пара перед турбиной, тем больше интервал темпе-
ратуры подогрева конденсата и больше эффект от применения схемы с
регенеративным подогревом. Обычно на электростанциях средних па-
раметров температура питательной воды находится в пределах 150÷170
°С; при высоких давлениях - в пределах 225÷275 °С (при номинальной
нагрузке и номинальных параметрах пара перед турбиной).

На рис. 5.1,

приведена теоретическая схема подогрева питатель-

ной  воды  при  использовании  трех  регенеративных  подогревателей.  По
этой  схеме  регенеративный  подогрев  ведется  всем  потоком  рабочей
среды. При такой организации процесса регенеративные подогреватели
громоздки, проходные сечения отборов и коммуникаций велики, а поте-
ри  в  них  на  трение  чрезмерно  большие.  Кроме  того,  возрастает  влаж-
ность  пара  в  последних  ступенях  турбины.  Поэтому  в  реальных  уста-
новках в регенеративные подогреватели отводится не весь поток пара, а
только небольшая его часть (рис. 5.1,

). Здесь этот пар конденсируется,

отдавая  теплоту  конденсации  питательной  воде.  Образовавшийся  при
этом  конденсат  вводят  в  общий  поток  питательной  воды.  При  такой
схеме расход пара в турбине уменьшается от одного отбора к другому.
Для одной и той же мощности турбины общий расход пара возрастает,
так  как 1 кг  пара  потоков,  выводимых  в  регенеративную  систему,  со-
вершает  меньшую  работу,  чем 1 кг  пара  потока,  поступившего  в  кон-
денсатор. В результате высота лопаток в ЧВД получается большей, чем
для турбины без регенеративных отборов, а в ЧНД - меньшей. Это, как

известно, увеличивает внутренний относительный КПД

;. Таким об-

разом, применяемая в реальных установках схема не только устраняет
недостатки цикла с постоянным расходом пара, но и дает возможность
выполнить проточную часть турбины более совершенной.

Рис. 5.1. Схемы регенеративного подогрева питательной воды в трех регенератив-

ных подогревателях при отводе в подогреватели всего потока пара (а) (тео-
ретический цикл) и при отводе в них небольшой части пара из отборов тур-
бины (б):
1 - турбогенераторная установка;
2 - конденсатор;
3 - регенеративный подогреватель;
4 - насос

На рис. 5.2 в ,

T s

- диаграмме изображены регенеративные циклы

при адиабатическом расширении насыщенного и перегретого пара, ко-
гда подогрев питательной воды осуществляется изобарически во многих
подогревателях.

Рис. 5.2. Регенеративный цикл для насыщенного (а) и перегретого (б) пара

При такой схеме для насыщенного пара, когда число подогревате-

лей бесконечно большое, нагрев воды может быть осуществлен до тем-
пературы пара

, равной температуре насыщения, и ступенчатая линия

(рис. 5.2,

) рабочего процесса преобразуется в плавную кривую, эк-

видистантную кривой подогрева питательной воды

АВ

. Полученный

при этом цикл называют предельным регенеративным циклом насы-
щенного пара. Легко видеть, что КПД этого цикла равен КПД цикла
Карно.

Регенеративный подогрев питательной воды в цикле с перегретым

паром также повышает КПД, однако термический КПД регенеративного
цикла перегретого пара всегда ниже КПД цикла Карно при одних и тех
же начальных и конечных температурах. Нагрев питательной воды при
этом также может быть осуществлен до температуры, близкой к

0Н

которая значительно ниже начальной температуры пара

(рис. 5.2,

Рассмотрев рабочий процесс пара для схемы с регенеративным

подогревом питательной воды, мы установили, что регенеративный по-
догрев увеличивает КПД установки, несмотря на то, что при этом для
одной и той же мощности установки расход пара на турбину возрастает.
Количественная зависимость между значениями КПД регенеративной и
простейшей конденсационной установок может быть получена из сле-
дующих соотношений.

Для схемы с регенеративным подогревом питательной воды в по-

догревателях (см. рис. 5.1,

) внутренний абсолютный КПД определяет-

ся по формуле:

содержание .. 9 10 11 12 ..