Теплофикационные циклы
В теплофикационных циклах кроме электрической энергии получают теплоту теплофикации – теплоту для производственных и бытовых нужд. Теплота, отводимая в конденсационных циклах паротурбинных установок, не может быть использована, так как с целью увеличения термического КПД температура отводы теплоты поддерживается близкой к температуре окружающей среды, а для целей централизованного отопления, например, температура теплоносителя должна быть не менее 100° С. Использовать теплоту, отдаваемую конденсирующимся паром, можно, если увеличить давление (а следовательно и температуру) в конденсаторе. Это приведет к понижению ht,, поэтому для характеристики комбинированной выработки электроэнергии и теплоты в цикле паротурбинной установки применяются другие показатели. Тепловые электростанции, вырабатывающие и тепловую, и электрическую энергию, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), в отличие от чисто конденсационных электрических станций (ГРЭС), производящих только электроэнергию. Существует две основные схемы теплофикационных установок. При температуре >100° C давление должно быть >1 бара, поэтому такие циклы называют циклами с противодавлением. На рис. 3.12 и 3.13 даны схемы установок с турбинами с противодавлением. В первом случае роль конденсатора выполняет бойлер, в котором нагревается вода из тепловых сетей. Во втором – конденсатор отсутствует, а пар из турбины направляется на производственные нужды, Отдав теплоту, он конденсируется, и конденсат возвращается в цикл. Давление пара на выходе из турбины определяется потребителем.
Рис.3.12 Рис.3.13 Этот цикл рассчитывается так же, как и обычный цикл Ренкина. Другой способ теплофикации – отбор пара из турбины и использование для теплофикации теплоты, выделяющейся при конденсации этого пара – теплофикационный цикл с отбором пара на теплофикацию. Схема установки и диаграмма h – s для этого цикла приведены на рис.3.14, 3.15. В отличие от регенеративного цикла доля отбора пара отбираемого на теплофикацию
Рис. 3.14 Рис. 3.15
Если пренебречь работой насоса, то удельная работа этого цикла равна
удельные количества подведенной и отведенной теплоты и термический КПД цикла равны
где энтальпия питательной воды Полный расход пара D складывается из расхода пара, идущего в конденсатор D к и расхода пара идущего на теплофикацию D = D к + D o. Расходы пара, топлива и охлаждающей воды в конденсаторе вычисляются по известной мощности установки и доле отбора пара на теплофикацию. Эффективность теплофикационного цикла оценивается коэффициентами использования теплоты пара k п и теплоты топлива k т, определяемыми отношением суммы полезной работы L о, произведенной в цикле, и теплоты, отданной внешнему потребителю Q тф, к количеству теплоты, подводимой к рабочему телу в котельной установке Q 1 или к количеству теплоты, выделяющемуся при сгорании топлива: Для цикла с противодавлением без потерь энергии k п = k т =1, для цикла с теплофикационным отбором эти коэффициенты <1.
Ццикл Ренкина в h – s координатах с учетом необратимых потерь изображен на рис.3.16. Основные потери связаны с необратимым расширением пара в турбине – трение приводит к росту энтропии (процесс 1–2д), сгоранием топлива в котельной установке – часть теплоты теряется с уходящими газами, неполнотой сгорания топлива, а для твердого топлива еще и с золой и шлаком. Рис. 3.16 Менее существенны потери, связанные с трением в насосе (3–4д), в паропроводах (процесс 0–1), электрогенераторе и на собственные нужды. Уменьшение полезной работы или увеличение количества подведенной теплоты из-за потерь характеризуются коэффициентами, которые называются относительными: внутренние относительные КПД турбины, насоса и цикла:
КПД котельной установки:
механический КПД, учитывающий потери на собственные нужды, hм; КПД паропроводов, hпп; КПД электрогенератора, hг. С учетом относительных КПД определяется эффективный КПД паротурбинной установки: heff = ht·hoi·hм·hг hпп·hку.
Лекция 8
|
может быть произвольной.
, 
, 
;
3.2.7. Цикл Ренкина с учетом необратимых потерь
; 
; 
.
;
, 
= 0.85…0.90; hм = 0,97…0,98; hг = 0,98…0,99; hпп = 0,99…0,995; hку = 0,85…0,94.
