Конденсационные и теплофикационные ПТУ. Термодинамический эффект от теплофикации.

Теплофикационными называются установки, в которых вырабатывается электрическая энергия и тепло в виде технологического пара или горячей воды для отопления, горячего водоснабжения.

Источником тепла может быть пар, отработавший в турбине, или производственный отбор пара, направляемый потребителю.

Различают три типа теплофикационных ПТУ:

· противодавленческие;

· с ухудшенным вакуумом;

· с регулируемым отбором пара.

В противодавленческих установках и установках с ухудшенным вакуумом источником тепла является пар, отработавший в турбине (рис.9.20, 9.21).

Обозначения: ПК – паровой котел; П – пароперегреватель; Т – турбина,
КП – конденсатор – подогреватель; ТП – тепловой потребитель; ЭГ – электрогенератор; Н – насос. Цифры на схеме (рис. 9.20) соответствуют узловым точкам обратимого цикла (рис. 9.21)

В противодавленческих установках давление пара на выходе из турбины (p₂) больше атмосферного (p₂ > 1 бар, t_s > 100 ^оС); в установках с ухудшенным вакуумом p₂ <1 бар, t_s<100 ^оС.

В теплофикационных установках, представленных на рис. 9.20, 9.21, давление пара на выходе из турбины p₂ = 0,5 – 1,5 бар, что соответствует температуре насыщения t_s = 81 – 111 ^оС и позволяет получить горячую воду с температурой примерно на 10 ^оС ниже.

Работа, получаемая в турбине, и теплота, отдаваемая потребителю, рассчитывается по формулам:

.

Мощность установки по выработке электроэнергии

и тепловая мощность

прямо пропорциональны расходу пара G, кг/с, т. е. жестко связаны между собой (если увеличить расход, то увеличиваются и N, и Q_ТП). На практике это неудобно, т. к. графики потребности в электроэнергии и теплоте почти никогда не совпадают.

От этого недостатка свободны теплофикационные установки с регулируемым производственным отбором пара.

Схема и цикл такой установки представлены на рис. 9.22, 9.23.

Обозначения: ПК – паровой котел; П – пароперегреватель; СВД, СНД – ступени высокого и низкого давлений турбины; ТП – тепловой потребитель;
К – конденсатор; ЭГ – электрогенератор; Н – насос; G, G_ТП – соответственно полный расход пара и расход пара, направляемого тепловому потребителю. Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла (рис. 9.23)

Мощность установки по выработке электроэнергии

и тепловая мощность

независимы благодаря возможности регулирования расхода пара, отпускаемого потребителю (G_ТП).

При необходимости можно предусмотреть два или более регулируемых отбора с разными параметрами пара. Установки с производственным регулируемым отбором пара широко распространены на ТЭЦ.

Эффективность работы теплофикационных установок оценивается эксергетическим КПД

.

Эксергия тепловой мощности

,

где

.

Здесь h_K, s_K – параметры возвращаемого потребителем конденсата.

Сравнение по тепловой экономичности конденсационнных (вырабатывающих только электроэнергию) и теплофикационных паротурбинных установок позволяет сделать следующие выводы:

1. Эксергетический КПД теплофикационных паротурбинных установок выше эксергетического КПД конденсационных установок за счет уменьшения потерь эксергии в конденсаторе.

2. При раздельном производстве теплоты и электроэнергии (конденсационная ПТУ + котельная) расход топлива больше, чем при совместной их выработке на теплофикационной ПТУ, в среднем на 15–20 %.

Типы паротурбинных установок. Цикл Ренкина.

Цикл Ренкина.

Схема простой паротурбинной установки показана на рис. 7.1. В этой установке перегретый

водяной пар, приготовленный в паровом котле ПК, при давлении p1 и температуре t1 поступает на

вход паровой турбины Т. Здесь кинетическая энергия водяного пара, приобретенная им при

адиабатном расширении в соплах, на рабочих лопатках преобразуется в механическую работу

турбинного вала, а затем с помощью соединенного с ним электрического генератора Г в

электроэнергию

Рис. 7.1

По выходе из турбины влажный пар при давлении p2 поступает в конденсатор К, где, отдавая

теплоту охлаждающей воде, полностью конденсируется при постоянном давлении. Получившаяся

вода в насосе Н адиабатно сжимается до давления p1и подается в котельный агрегат, в котором

она, получая теплоту от горячих газообразных продуктов сгорания топлива, нагревается при

постоянном давлении до кипения и испаряется, а образовавшийся пар перегревается до

первоначальной температуры t1. Таким образом цикл замыкается, а полученный перегретый пар

снова направляется в турбину и цикл повторяется.

- 1. Такой цикл,

состоящий из двух адиабат и двух изобар, называется циклом Ренкина.

Рис. 7.2

Как было сказано в главе 2, эффективность преобразования теплоты в работу в обратимом

цикле характеризуется термическим КПД, определяемым формулой (2.10). В данном цикле работа

цикла lц является разностью работ –полученной в турбине lт и затраченной в насосе lн .

энергии его на входе и выходе из турбины равна

lт = h1 –h2 (7.2)

При том же условии абсолютная величина работы адиабатного процесса сжатия воды в

насосе (знак минус уже учтен в формуле (7.1)) составит

lн = h3 –h2 (7.3)

Тогда термический КПД цикла Ренкина может быть представлен как

T =[(h1 –h2) –(h3 –h2 )]/ (h1 –h3) (7.4)

Величины энтальпии, входящие в эту формулу, могут быть найдены или с помощью таблиц

термодинамических свойств воды и водяного пара [8] или с помощью вычислительной программы

[4]. Отметим также, что работу сжатия воды в насосе приближенно можно вычислить, считая воду

мало сжимаемой жидкостью и используя формулу (3.2 ),как

lн v2 (p1 –p2), (7.5)

где v2 = 1,0002 м3/кг.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: