Комбинированная выработка тепла и электроэнергии

В так называемых конденсационных установках, которые выраба- тывают только механическую (или электрическую) энергию, весь отра- ботавший пар конденсируется охлаждающей циркуляционной водой.

Последняя нагревается обычно до 15–30 °С и уносит с собой огромное количество тепла, которое не может быть использовано вследствие низ- кой температуры воды. Эти потери с охлаждающей водой составляют в конденсационных установках до 60 % тепла, выделяющегося при сгора- нии топлива.

Стремление к использованию тепла, уносимого циркуляционной (охлаждающей) водой, привело к мысли значительно повысить ее тем- пературу за счет повышения давления отработавшего пара и использо- вать ее для отопления зданий, технологических    процессов самых раз- нообразных производств, сушки, варки и т. п.

Таким образом, осуществляется комбинированная выработка элек- трической и тепловой энергии. Такие установки называются теплофи- кационными или теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

Повышение противодавления (конечного давления пара) приводит к уменьшению выработки механической или электрической энергии, но общее использование тепла при этом значительно повышается.

Из рис. 2.1.5 можно видеть, что все тепло q ₂, представляющее со- бой в конденсационных установках неизбежную потерю, в случае иде- ального теплофикационного цикла будет полностью использовано.

Рис. 2.1.5. Теплофикационный цикл

В действительных условиях часть тепла теряется, и экономичность теплофикационных установок достигает 70–75 %.

Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии является основой теплофикации, получившей особое развитие, как наи- более передовой и совершенный метод производства тепловой и элек- трической энергии.

 

Пример 2.1.1. На заводской ТЭЦ установлены две паровые турби- ны с противодавлением мощностью 4000 кВт каждая. Весь пар из тур- бины направляется на производство, откуда он возвращается обратно в котельную в виде конденсата при температуре насыщения. Турбины ра- ботают с полной нагрузкой при следующих параметрах пара: р ₁ = 35 бар; t ₁ = 435 °С; р ₂ = 1,2 бар.

Принимая, что установка работает по циклу Ренкина, определить часовой расход топлива, если КПД котельной равен 0,84, а теплота сго-

н

рания топлива Q =р

28 470 кДж/кг.

Решение:

По диаграмме hs находим: h ₁ = 3302 кДж/кг; h ₂ = 2538 кДж/кг; h ₂ ′=

439,4 кДж/кг.

Удельный расход пара определяем по формуле (2.1.2):

d 0 =

3600

h 1 - h 2

=  3600

3302 - 2538

= 4, 71, кг/к(Вт ч× .)

Часовой расход пара, потребляемого турбинами:

D ₀ N d =₀ 8×000= 4, 71

× 37 68=0, кг/ч.

Так как все это количество пара направляется на производство, то количество потребляемого им тепла будет равно:

Q пр0=  D 2 × (h 2 -  h ¢ ) =37 680 × (2538 - 439, 4) = 79, 075 ×106, кДж/ч.

Количество тепла, сообщенного пару в котельной:

Q = D 0 × (h 1 - h 2¢ )=37 680 × (3302 - 439, 4) = 107,9 ×106, кДж/ч.

Расход топлива в котельной определяется из уравнения:

р

н к.у

. QВQ = × × h

Следовательно, часовой расход топлива:

Q × h

р

В = Q

н к.у

107,9 ×10⁶

=               =

4511, кг/ч.

28470 × 0,84

 

Пример 2.1.2. Для условий предыдущей задачи рассчитать расход топлива в случае, если вместо комбинированной выработки электриче-

ской и тепловой энергии на теплоэлектроцентрали будет осуществлена раздельная выработка электроэнергии в конденсационной установке и тепловой энергии в котельной низкого давления.

Конечное давление пара в конденсационной установке принять

2 0, 04 бар. p К=ПД котельной низкого давления принять тот же, что для котельной высокого давления.

Определить для обоих случаев коэффициент использования тепла.

Решение:

По диаграмме hs находим: h ₁ = 3302 кДж/кг;   h ₂ = 2092 кДж/кг;

h ₂ ' = 121,4 кДж/кг.

Удельный расход пара на турбину:

d 0 =

3600

h 1 - h 2

=  3600

3302 - 2092

= 2,97, кг/к(Вт ч× .)

Полный расход пара на турбину:

D ₀ N d =₀ 8×000= 2,97

× 23 76=0, кг/ч.

Количество тепла, сообщенного пару в котельной:

Q = D 0 × (h 1 - h 2¢ )=23 760 × (3302 - 121, 4) = 75,57 ×106, кДж/ч.

Расход топлива В ₁ в котельной высокого давления определяется из уравнения:

1н рк.у. QВQ = × × h

Следовательно:

Q

 

75,57 ×10⁶

Q × h

В 1 = р

н к.у

=               = 3160, кг/ч.

28470 × 0,84

Количество тепла, потребляемого производством, а, следовательно, сообщенного пару в котельной низкого давления, по-прежнему:

Q п=р 79,07× 5 106

кДж/ч.

Расход топлива В ₂ в котельной низкого давления определится из уравнения:

р

пр2н к.у

. QВQ = × × h

Следовательно:

Q пр

 

79,075 ×10⁶

Q × h

В 2 = р

н к.у

=               = 3306, кг/ч.

28470 × 0,84

Суммарный расход топлива в обеих котельных установках:

В å = В 1 + В 2 = 3160 + 3306 = 6466, кг/ч.

Экономия топлива на ТЭЦ в сравнении с раздельной выработкой электрической и тепловой энергии:

(6466 - 4511) ×100  = 30,3%.

6466

Коэффициент использования тепла топлива определяется как от- ношение всего полезно использованного тепла ко всему затраченному. Следовательно, в случае комбинированной выработки электрической и тепловой энергии:

k = 3600 × N + Q пр

н

B × Q р

= 3600 × 8000 + 79,075 ×106

4511× 28470

= 0,84.

В случае же раздельной выработки обоих видов энергии:

3600 × 8000 + 79,075 ×10⁶

k =                                   = 0,586.

6466 × 28470