Теплофикационный цикл

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.

Теплофикационный цикл

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

Теплофикационный цикл

Рис. 11.26. Схема теплофикационной паросиловой установки с промежуточными

Отборами пар

Теплофикационный цикл

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

Теплофикационный цикл

Рис. 11.28. Схема комбинированной (парогазовой) установки

Ческих нужд избавляет от необходимости сооружать специальные мелкие, как правило, малоэффективные, котельные установки.

Ваш отзыв

Рубрика: Основы теории тепловых процессов и машин

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *