Цикл ПТУ, предназначенный для отпуска тепловой и электрической энергии, называется теплофикационным.
Целесообразность отпуска тепловой энергии в ПТУ можно продемонстрировать на примере цикла противодавленческой теплофикационной ПТУ (рис.7.40). Название «противодавленческая» турбина получила в связи с тем, что давление пара на выходе из нее определяется потребностями теплового потребителя (ТП). Тепловым потребителем может быть система горячего водоснабжения, отопления или технологический процесс. Температура теплоносителя в виде воды и пара для таких потребителей обычно больше или равна 100 ОС. Такую температуру должен обеспечивать водяной теплоноситель с давлением больше, чем 1 бар. Это давление и должно соответствовать давлению пара на выходе из турбины. В конденсационных турбинах давление пара на выходе из турбины составляет 0,03–0,06 бар, что намного меньше давления 1 бар (рис.7.40 б). В связи с этим и появилось название «пртиводавленческая» турбина.
Тепловую эффективность таких циклов характеризует коэффициент использования теплоты
(7.68) |
В данном цикле расход пара на турбину D равен DТП, а коэффициент использования теплоты равен единице
С точки зрения эффективности использования теплоты, подведенной к рабочему телу ПТУ, это идеальный цикл. Однако коэффициент использования теплоты не может оценить эффективность выработки электрической мощности в данном цикле. Этот коэффициент всегда равен единице в противодавленческой ПТУ не зависимо от необратимости процесса расширения пара в турбине (при любых значениях ηОi турбины). Например, если пар после котла сдросселировать от давления РО до давления теплового потребителя РкТП в дроссельном клапане, мощность турбины будет равна нулю, а коэффициент использования теплоты останется равным единице.
Для оценки эффективности выработки электрической мощности в теплофикационных ПТУ используется коэффициент выработки электроэнергии на тепловом потреблении
(7.69) |
Всегда желательно чтобы коэффициент выработки электроэнергии на тепловом потреблении был как можно больше, т.к. поток пара, идущий на тепловой потребитель, вырабатывает электрическую мощность без тепловых потерь в конденсаторе турбины. Этот коэффициент частично учитывает влияние начальных параметров пара перед турбиной и необратимость адиабатного расширения пара в турбине.
Однако ни коэффициент выработки электроэнергии на тепловом потреблении е, ни коэффициент использования теплоты ηQ и ни внутренний абсолютный КПД ПТУ ηi не могут все месте объективно оценить теплофикационные ПТУ при сравнении их эффективности друг с другом. Данная задача выходит за пределы технической термодинамики и решается методами техникоэкономических расчетов.
Притиводавленческие ПТУ, имея наибольшую тепловую экономичность, обладают существенными недостатками. В этих ПТУ тепловой потребитель диктует выработку электрической мощности. Он определяет давление пара на выходе из турбины, а при отключении теплового потребителя необходимо прекращать и выработку электрической энергии. Такие турбины не могут менять электрическую мощность и участвовать в регулировании электрической мощности энергосистемы. Поэтому противодавленческие турбины имеют ограниченное применения и используются там, где есть стабильный круглогодичный тепловой потребитель (химкомбинаты, нефтеперегонные заводы и т.п.).
Недостатки противодавленческих турбин отсутствуют у теплофикационных ПТУ с отборами пара на тепловой потребитель. В таких ПТУ имеется конденсатор, система регенерации и может быть вторичный перегрев пара.
В качестве примера такой теплофикационной ПТУ рассмотрим цикл ПТУ с вторичным перегревом пара, имеющим два отбора пара из турбины: один - на смешивающий регенеративный подогреватель, а другой – на тепловой потребитель (рис. 7.41).
Цикл этой ПТУ в h,s- диаграмме показан на рис. 7.42. Работа, затраченная на сжатие воды в насосах, не учитывается при расчете и изображении этого цикла ПТУ, поэтому условно считаем, что изобары в области жидкости совпадают с линией х=0.
Основные обозначения параметров рабочего тела данного теплофикационного цикла ПТУ:
РО , tО , hО – давление, температура и энтальпия пара перед ЧВД турбины (точка 1);
РВП , h'ВПi – давление и энтальпия пара на выходе из ЧВД турбины или на входе в ВПП (точка 2);
РВП , tВП , h"ВПi – давление, температура и энтальпия на выходе из ВПП или на входе в ЧНД турбины (точка 3);
РК , hКi – давление и энтальпия на выходе из ЧНД турбины (точка 4);
РТП , hТПi – давление и энтальпия отбора пара ПТУ на тепловой по-требитель;
Р1 , h1i – давление и энтальпия отбора пара ПТУ на спешивающий регенеративный подогреватель;
ct'К – энтальпия воды в состоянии насыщения на выходе из конденсатора турбины (точка 5);
ct'1 – энтальпия воды в состоянии насыщения на выходе из подогревателя П1 (точка 6);
ctкТП – энтальпия воды, возвращающейся от теплового потребителя в цикл ПТУ;
ctСМ – энтальпия воды после узла смешения (точка 7);
ctПВ = ctСМ – энтальпия питательной воды на входе в паровой котел, она равна энтальпии смеси, т.к. работа сжатия воды в насосах не учитывается в данном расчете.
предыдущий параграф | содержание | следующий параграф |