Энергетический баланс турбоагрегата и ТЭС. Определение к. п. д. и удельных расходов теплоты и топлива на выработку и отпуск тепловой и электрической энергии ТЭС

ТЭЦ отпускают потребителям электрическую энергию и теплоту с паром, отработавшим в турбине. Принято распределять расходы теплоты и топлива между двумя видами этой энергии: Q_с=Q^э_с+Q_с^т; Q_ту=Q_ту^э+ Q_ту^т . Индексы «с» и «ту» относятся к станции и турбоустановке, «э» - к электрической энергии, «т» - к теплоте.

Различают два вида КПД ТЭЦ:

1. по производству и отпуску электрической энергии: ;

2. По производству и отпуску теплоты: ; , где

- затрата теплоты на внешнего потребителя; - отпуск теплоты потребителю; η_т- КПД отпуска теплоты турбинной установкой, учитывающий потери теплоты при отпуске её (в сетевых подогревателях, паропроводах и т.д.) = 0,98-0,99.

Общий расход теплоты на турбоустановку Q_ту составляется из теплового эквивалента внутренней мощности турбины 3600∙N_i, расхода теплоты на внешнего потребителя Q_т и потери теплоты в конденсаторе турбины Q_к.

Общее уравнение теплового баланса теплофикационной турбоустановки имеет вид:Q_ту =3600∙N_i + Q_т + Q_к.

Принят физический метод распределения расхода теплоты между электрической и тепловой энергией.

На теплового потребителя относят действительное количество теплоты, затрачиваемой на него, а на электрическую энергию - остальное количество теплоты: Q_ту = Q_т; Q^э_ту = Q_ту - Q_т = 3600∙N_i + Q_к.

Для ТЭЦ в целом с учетом КПД парового котла η_пк и КПД транспорта теплоты η_тр получим:

;

Значение в основном определяется значением , значение значением .

Выработка электроэнергии с использованием отработавшей теплоты существенно повышает КПД по производству электроэнергии на ТЭЦ по сравнению с КЭС и обуславливает значительную экономию топлива. Расход пара на теплофикационную турбину целесообразно определять путем сравнения с расходом пара на конденсационную турбину с такими же параметрами пара:

.

При отборе пара из турбины в количестве d_т внутренняя мощность ее снижается на величину d_т ∙(h_т- h_к), где h_т и h_к - энтальпии пара в отборе и на входе в конденсатор турбины. Для восстановления мощности турбины до первоначальной заданной N_э необходимо увеличить расход свежего пара на турбину в количестве, определяемом из соотношения:

ΔD₀ ∙(h₀- h_к) = Δ N_i = d_т ∙(h_т- h_к), откуда дополнительный расход пара:

ΔD₀ = и, следовательно, расход пара на турбину с отбором d_т и конденсацией пара равен:

, это соотношение является энергетическим уравнением турбоагрегата, выражающим его энергетический баланс, связь между расходом пара и электрической мощностью турбоагрегата.

Уравнение материального (парового) баланса такой турбины имеет вид: D₀= d_т + d_r, где d_к - пропуск пара в конденсатор турбины.

Комбинированное производство электрической энергии и теплоты в полном виде осуществляется в теплофикационных турбинах с противодавлением. Общий тепловой баланс теплофикационной турбины (без потерь в конденсаторе Q_к =0):Q_ту =3600∙N_i + Q_т.

Основное энергетическое свойство такого турбоагрегата заключается в непосредственной зависимости выработки электрической мощности N_э от пропуска пара через турбину, т.е. от расхода теплоты Q_т и пара d_т на теплового потребителя:

, т.к. D₀≤ D_т.

Это свойство турбоагрегатов ограничивает их применение на ТЭЦ. Возможное уменьшение потребления пара d_т не позволяет обеспечивать выработку необходимой электрической мощности. Требуемая при этом дополнительная электрическая мощность значительно усложняет и удорожает всю установку. Расходы теплоты и пара на теплового потребителя связаны уравнением:

Q_т= d_т∙(h_т- h_ок), где h_ок - энтальпия обратного конденсата от потребителя; предполагается полный возврат его потребителем. Подставляя в энергетическое уравнение турбины с противодавлением вместо величины d_т величину Q_т, получаем связь между электрической мощностью турбины N_э и расходом теплоты на внешнего потребителя Q_т: , где Q_т измеряется в ГДж/ч. Из этого выражения определяется энергетический показатель - удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении:

, кВт

Этот показатель характеризует отношение теплоперепада пара в турбине к теплоте, отдаваемой отработавшим паром внешнему потребителю. Энергетическая эффективность и тепловая экономичность процессов производства (и отпуска) электроэнергии и теплоты в отдельности характеризуется КПД ТЭЦ:

, ;

Общую тепловую экономичность процесса совместного производства обоих видов энергии можно характеризовать полным КПД ТЭЦ:

.

Для теплофикационной турбоустановки соответственно получим: .

Считая полезно произведенной на ТЭЦ только электроэнергию, получаем абсолютный электрический КПД для турбоустановки .

Общее соотношение между КПД: . Если известны Q_т и один из КПД, то остальные два определяются из этой формулы. Абсолютный КПД турбоустановки не характеризует эффективность комбинированного производства электроэнергии и теплоты и не должен использоваться для этой цели. Общий расход теплоты и топлива на ТЭЦ распределяется между электрической и тепловой энергией аналогично распределению расхода теплоты на турбоустановку, т.е. посредством коэффициента , т огда: Q_т = β_т ∙ Q_с; Q_э =(1 - β_т) Q_с.

Расходы топлива связаны с КПД следующими соотношениями: ; .

Общий расход топлива на ТЭЦ можно определить из уравнения теплового баланса парового котла:

при отсутствии промежуточного перегрева.

Из уравнения часового энергетического баланса можно определить удельный расход условного топлива с теплотой сгорания 29,308 кДж/г на единицу производимой электроэнергии, г/(кВт ч)

.

Наименьшее значение КПД ТЭЦ по производству электроэнергии соответствует ее конденсационному режиму, для которого например, , и тогда г/(кВт ч).

Наиболее высокое значение КПД имеет ТЭЦ при работе турбин с противодавлением без потерь теплоты в конденсаторе: .

КПД и удельный расход теплоты на производство электроэнергии на ТЭЦ связаны:

Удельный расход условного топлива на единицу теплоты, отпущенной для внешнего потребителя, кг/ГДж:

При дополнительном отпуске теплоты пиковыми водогрейными котлами учитывают также расход топлива на них.

 

 

 

№57