Материал: Термодинамические основы производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, КЭС и в районных котельных. Китаев Д.Н., Мартыненко Г.Н

УДК 621.1 ББК 31.361

Составители:

Д. Н. Китаев, Г. Н. Мартыненко

Термодинамические основы производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, КЭС и в районных котельных: метод. указания к выполнению практических занятий и курсового проекта (работ) для студентов направления подготовки 08.03.01 «Строительство», 21.03.01 «Нефтегазовое дело», 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» всех форм обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост.: Д.Н. Китаев, Г.Н. Мартыненко. – Воронеж, 2021. – 40 с.

Представлены основы методики термодинамического и техникоэкономического расчета производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, КЭС и в районных котельных. Приведен пример расчета в необходимом для выполнения курсовой работы объеме, а также справочные данные.

Предназначены для студентов бакалавриата направления 08.03.01 «Строительство», 21.03.01 «Нефтегазовое дело», 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» всех форм обучения.

Ил. 13. Табл. 3. Библиогр.: 4 назв.

УДК 621.1 ББК 31.361

Рецензент - Т. В. Щукина, канд. техн. наук, доцент кафедры жилищнокоммунального хозяйства Воронежского государственного технического университета

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

2

ВВЕДЕНИЕ

Процессы водяного пара, паросиловой цикл Ренкина, термодинамические основы производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, КЭС и в районных котельных изучаются студентами бакалавриата направления подготовки 08.03.01 «Строительство», 21.03.01 «Нефтегазовое дело», 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» всех форм обучения в курсе «Техническая термодинамика».

Всоответствии с учебным планом студенты бакалавриата направления подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» выполняют курсовой проект, направления 21.03.01 «Нефтегазовое дело» - курсовую работу. У бакалавриата направления 08.03.01 «Строительство» предусмотрены практические занятия по данной тематике.

Приступая к выполнению курсовой работы, студент должен изучить вопросы, связанные с водяным паром, должен уметь определять его параметры по i-S- диаграмме, а также с помощью таблиц и аналитически. Является необходимым умение строить процессы изменения состояния водяного пара.

Впредставленных методических указаниях приведены краткие сведения по основному оборудованию ТЭЦ, рассмотрена схема паротурбинной ТЭЦ с регулируемым отбором. Описан порядок построения процессов изменения состояния водяного пара в контурах ТЭЦ в i-S и Т-S- диаграммах. Представлена упрощенная методика расчета термодинамических и технико-экономических параметров производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, КЭС и в районных котельных.

Впубликациях отечественных ученых многие десятилетия ведется дискуссия о выборе показателей эффективности и методов расчета совместного производства тепловой и электрической энергии. Существует несколько десятков методик расчета, предложенных учеными и инженерами различных организаций в различное время. В нашей стране долгое время предпочтение отдавалось физическому методу, который дает возможность простейшим способом распределять затраты топлива между различными видами производимой энергии. Основы этого метода и представлены в данных методических указаниях. В настоящее время этот метод используют лишь для приближенной оценки. Предлагаемые эксергетический и нормативный методы тоже имеют ряд недостатков и признаются несостоятельными. Создаются новые методики, но общего положительного мнения по поводу их использования среди ученых в настоящее время нет.

Вметодических указаниях представлен пример выполнения курсовой работы. Справочные данные, представленные в приложениях, помогут при расчете параметров пара. Методические указания составлены так, что студентам не придется в процессе выполнения курсового проекта(работы) и выполнения практических обращаться к другим источникам.

3

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Промышленные и коммунально-бытовые предприятия, сельское хозяйство, транспорт, население страны используют в основном энергию двух видов: электрическую и тепловую. Выработка этих видов энергии может производиться раздельно, в двух технологических процессах – по одному для каждого вида энергии, или совместно – в одном технологическом процессе.

В первом случае на электрической станции производится один вид продукции – электрическая энергия, которая централизованно распределяется между потребителями. Такие электростанции в настоящее время оборудованы преимущественно паровыми турбинами, имеющими конденсаторы, и называ-

ются они конденсационными электрическими станциями (КЭС). Для снабжения предприятий и удовлетворения коммунально-бытовых нужд населения другим видом энергии – тепловой – строят отдельные котельные, которые отпускают тепло централизованно или индивидуально (котельная в жилом доме).

Выработка обоих видов энергии – электрической и тепловой – не раздельно, а в едином технологическом процессе дает большие экономические преимущества и осуществляется на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) [1].

Установленные на них турбины называются конденсационными турбинами с регулируемым отбором пара. Продольный разрез такой турбины приведен на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Продольный разрез паровой турбины Т-12-35 УТМЗ:

1 – паровпускная камера; 2 – камера первого отбора; 3 – камера регулируемого отбора; 4

– поворотная диафрагма; 5 – камера третьего отбора; 6 – выпускной патрубок; 7 – двухвенечная ступень; 8 – насосная группа; 9 – фундаментная рама; 10 – фундаментная рама для выхлопной части турбины

4

В качестве примера на рис. 1.1 показан продольный разрез турбины типоразмера Т-12-35. Это конденсационная турбина мощностью 12000 кВт со следующими начальными параметрами пара: давление P=3,43 МПа (35 кгс/см2), температура t = 435°С, с теплофикационным (иначе – отопительным) регулируемым отбором. Турбина одноцилиндровая, состоящая из двух частей: части высокого давления (ЧВД), в которой имеются одна двухвенечная ступень и одиннадцать активных ступеней давления, после которых расположен регулируемый отбор, и части низкого давления (ЧНД), имеющей четыре активные ступени давления. Турбина имеет и два нерегулируемых отбора для подогрева питательной воды. Давление в регулируемом отборе можно менять в диапазоне 0,7–2,5 МПа, поддерживая нужную температуру пара, отпускаемого для подогрева сетевой воды, поступающей в отопительную сеть. Температуру сетевой воды регулируют в зависимости от температуры наружного воздуха.

2.КОМБИНИРОВАННАЯ ВЫРАБОТКА ТЕПЛОВОЙ

ИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ТЭЦ

2.1.Характеристика основного оборудования ТЭЦ

Основным оборудованием любой тепловой электростанции являются паровая турбина и конденсатор (парогенератор тоже относится к основному оборудованию, но в данных методических указаниях не рассматривается).

Простейшая схема преобразования энергии в тепловом двигателе турбинного типа дана на рис. 2.1 [3].

Рис. 2.1. Преобразование энергии в тепловом двигателе турбинного типа: 1 – парогенератор; 2 – паропровод; 3 – паровая турбина; 4 – насадка (сопло); 5 – диски с насаженными на них лопатками; 6 – вал турбины;

7 – электрический генератор; 8, 9, 10 – насосы; 11 – питательный бак; 12 – конденсатор

5