В соответствии со вторым законом термодинамики значительная часть сообщенной рабочему телу в цикле тепловой энергии должна отводиться в холодильник. Это положение справедливо и для циклов паросиловых установок. В конденсаторе паросиловой установки вместе с водой может бесполезно уноситься до 60% тепловой энергии при температуре 15… 30°С (рис. 11.19). Эта вода не может быть использована для других потребностей, так как температура теплоносителя в этом случае почти равна температуре окружающей среды. При такой низкой температуре вода не может быть использована ни для отопительных, ни для технических нужд.
|
Электрическая энергия |
|
Установки |
|
А: . Л к |
|
2′ |
|
Si |
|
Тепловая энергия к потребителям Рис. 11.24. Схема теплофикационной Рис. 11.25. Тепловая диаграмма цикла |
19
U
Щ-
N^t
Теплофикационной установки
Температура воды, выходящей из конденсатора, должна быть равна 80… 100° С[50]. Это можно достичь путем увеличения давления пара Р2 в конденсаторе, в результате чего процесс конденсации будет происходить при большей температуре[51]. Поэтому на практике выходящий из турбины пар имеет давление 0.077… 0.1 МПа. Такие паросиловые установки работают с ухудшенным вакуумом или с противодавлением. Такие установки наряду с выработкой электрической энергии отпускают внешнему потребителю тепловую энергию в виде пара или горячей воды, а поэтому их называют Теплофикационными.
Тепловые электростанции, вырабатывающие электрическую и тепловую энергию, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). В теплофикационной установке нет конденсатора (рис. 11.24). Пар из котельного агрегата ПК через пароперегреватель ПП поступает в турбину с параметрами рь 7\. В турбине пар адиабатически расширяется до давления р2 (точка 2; рис. 11.25), большего р2, при котором работает конденсатор обычной паросиловой установки. С параметрами р2, Т2 пар направляется к тепловым потребителям ТП, которым отдает тепловую энергию в количестве д2 (она эквивалентна площади фигуры 2-3-5-6).
При отборе тепловой энергии от пара потребителями он конденсируется и водяным насосом ВН (рис. 11.24) откачивается в паровой котел ПК.
Таким образом, в турбине срабатывает не весь теплоперепад, а только часть его. Количество тепловой энергии, преобразованной турбиной в механическую энергию, снижается. Это обусловлено тем, что выходящий из турбины пар имеет высокое давление и, соответственно, температуру. Термический КПД цикла в этом случае снижается (площадь фигуры 1-2-3-0-1′ меньше площади фигуры 1-2-3-0-1′). Но общее использование
тепловой энергии в таком цикле повышается, так как тепловая энергия отработавшего пара уже не теряется, а полезно используется:
9исп = ™ + 92, (11.23)
Где W — полезная работа, совершаемая паром в турбине; Q2 — удельное количество тепловой энергии, отбираемой потребителями от пара.
Характеристикой теплофикационного цикла служит отношение удельной использованной энергии QKCT1 к удельной подведенной тепловой энергии qi, называемое коэффициентом использования тепловой энергии (теплоты):
Г)ит = ——. (1124)
Яг
В идеальном случае, когда потребителями используется вся тепловая энергия коэффициент использования тепловой энергии г]т равен 1 (100%). В реальных условиях часть тепловой энергии теряется, и экономичность теплофикационных установок с противодавлением достигает лишь 60… 80%, что намного выше экономичности конденсационных установок. Причиной снижения экономичности теплофикационных установок в реальных условиях являются утечки пара из паропроводов и плохая их тепловая изоляция, что реально имеет место в условиях крупных промышленных предприятий и в городах.
Рассмотренная схема теплофикационной установки предполагает использование паровой турбины с так называемым противодавлением. В этом случае давление пара р’2 определяется суммарными потребностями тепловых потребителей. Так как потребности могут изменяться, то потребитель по своему усмотрению может изменять давление пара на выходе из паровой турбины с целью увеличения или уменьшения температуры Т2. Эти изменения могут приводить к изменению режимов работы паровой турбины, в результате чего будет снижаться или увеличиваться срабатываемый в ней теплоперепад. Если потребителю требуется получить больше тепловой энергии, он увеличивает давление пара р2 на выходе из турбины. Температура пара Т2 также будет увеличиваться. Удельная работа, совершаемая паром в турбине, уменьшится. В этом случае уменьшится выработка электрической энергии[52].
Чтобы исключить влияние потребителя на работу теплофикационной установки, на большинстве ТЭЦ применяют конденсационные турбины с промежуточными отборами пара (рис. 11.26).
Сухой насыщенный пар из парового котла ПК поступает в пароперегреватель 1111, где его температура повышается при постоянном давлении. Из пароперегревателя ПП пар с параметрами ри 7\ поступает в паровую турбину ПТ. Часть пара из промежуточных ступеней паровой турбины ПТ при давлении р2от6 (как и в случае регенерации) и направляется тепловым потребителям ТП; другая часть пара при более низком давлении P2(Yz6 Отбирается и поступает в тепловые сети ТС для отопления. Конденсат из этих двух потоков пара возвращается в питательный бак ПБ. Остальная
|
Электрическая энергия
Рис. 11.26. Схема теплофикационной паросиловой установки с промежуточными Отборами пар |
|
Энергия топлива Рис. 11.27. Условная схема преобразования энергии а теплофикационном цикле |
(основная) часть пара, необходимая для выработки электроэнергии, продолжает расширяться в турбине ПТ до давления р^ и уходит в конденсатор КН, в котором полностью конденсируется. Из конденсатора КН вода откачивается конденсаторным насосом НК в питательный бак ПБ. Из питательного бака ПБ жидкость откачивается в паровой котел ПК.
Отбор пара потребителям ТП и в тепловые сети ТС может регулироваться, не оказывая влияния на выработку электроэнергии.
Современные ТЭЦ ориентированы на использование турбин с регулируемыми отборами пара, так как они могут работать по свободному электрическому графику с одновременным независимым регулированием тепловой нагрузки. Комбинированная схема преобразования энергии из химической формы в тепловую форму с последующим ее преобразованием в механическую форму и далее в электрическую (в большей части) является одним из главных методов повышения экономичности тепловых электростанций и служит основой теплофикации (рис. 11.27).
Возможность централизованного получения от теплоэлектроцентралей большого количества энергии в тепловой форме для бытовых и технологи-
|
Сухой насыщенный пар Гпг’ "I пт
Рис. 11.28. Схема комбинированной (парогазовой) установки |
Ческих нужд избавляет от необходимости сооружать специальные мелкие, как правило, малоэффективные, котельные установки.