Теплофикационные циклы

В процессе выработки электроэнергии на тепловых станциях большое количество теплоты передаётся холодному источнику - охлаждающей конденсатор воде - и бесполезно теряется. Нельзя ли эту теплоту использовать? В конденсационных турбоустановках давление в конденсаторе поддерживается на уровне 0.04 бар, т.е. конденсация происходит при температуре 28 ^оС. Теплота, отдаваемая холодной воде, имеет низкий температурный потенциал и не может быть использована для технологических целей, так как, например, для отопления требуется горячая вода с температурой 180 ^оС (p = 20 бар). Для того, чтобы использовать теплоту, отдаваемую паром, необходимо увеличить давление в конденсаторе. Повышение давления приводит к снижению h _t, следовательно, к уменьшению выработки электроэнергии. С точки зрения экономичности собственно цикла, такая операция невыгодна. Однако, возможность получения большого количества теплоты для целей промышленности и отопления является весьма выгодной. Комбинированная выработка на электростанциях электроэнергии и теплоты называется теплофикацией, а применяемые для этого турбины - теплофикационными. Тепловые электростанции, вырабатывающие тепловую и электрическую энергию, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), в отличие от конденсационных электростанций (КЭС), производящих только электроэнергию.

Рис. 20.3 Рис. 20.4

Схем теплофикационных циклов может быть несколько. На рис. 20.3 приведена схема ТЭЦ с турбинами с ухудшенным вакуумом. Давление в конденсаторе такой турбины (носящем название бойлер) должно быть таким, чтобы температура насыщения пара была достаточно высокой и позволяла нагревать циркулирующую по контуру воду.

На рис. 20.4 дана принципиальная схема ТЭЦ с турбинами с противодавлением. В установках такого типа конденсатор отсутствует, а пар из турбины направляется на производственные нужды: отдав теплоту, он конденсируется, и конденсат возвращается для питания парогенератора. Давление пара на выходе из турбины определяется потребностями потребителя.

На рис. 20.5 показана схема ТЭЦ с турбинами с отбором пара на теплофикацию. Здесь часть пара, необходимого для потребителя давления, отбирается из турбины, идёт на производство или для целей теплофикации, отдаёт свою теплоту, а конденсат возвращается снова для питания парогенератора. На ТЭЦ это самая распространённая схема.

Рис. 20.5 Рис. 20.6

Экономичность работы ТЭЦ оценивается коэффициентами использования теплоты пара (k _тп) и теплоты топлива (k _тт), определяемыми отношением суммы полезной работы L _о, произведённой в цикле, и теплоты, отданной внешнему потребителю Q _тф, соответственно к количествам теплоты, полученной водой в парогенераторе (Q ₁) и к количеству теплоты, выделившейся при сгорании топлива:

(20.4)

Чем совершеннее установка, тем больше значения этих коэффициентов, но в любом случае значения этих величин не могут превосходить единицы.

Изобразим в i-s координатах цикл с отбором пара на теплофикацию и рассчитаем его (рис. 20.6).

Пусть a = D _o/ D – доля пара, отбираемого на теплофикацию. Энтальпию воды в сборном баке обозначим через i_пв. Теплота, подводимая и отводимая в цикле, отнесённая к 1 кг пара, поступающего в турбину, определяется таким образом:

q ₁ = i ₁ – i_пв, (20.5)

q ₂ = (1 – a _о) (i ₂– i ₃). (20.6)

Полезная работа цикла

l _о = (i ₁ – i ₂) – a _о (i _о - i ₂). (20.7)