Материал: Термодинамические основы производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, КЭС и в районных котельных. Китаев Д.Н., Мартыненко Г.Н
Из уравнения баланса выразим DРН :
|
DН (i′ |
4 |
− i′ |
6 |
) |
, |
(2.19) |
|
DН = |
К |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
Р |
i4 |
− i′4 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||
где i′4 и i′6 - энтальпия кипящей жидкости при давлении Ротб и РК соответственно; DКН - расход конденсата, выходящего из конденсатора при номинальном режиме.
Величина DКН определяется разностью полного расхода пара на турбину DВН и расхода отбора DотбН
DН = DН − DН . |
(2.20) |
К В отб |
|
Расход пара на тепловое потребление DТН , кг/ч (кг/с), определяется по формуле
DН = DН |
− DН . |
(2.21) |
Т отб |
Р |
|
Количество тепла QТН , отпущенного на теплофикацию, т. е. без учета тепла на регенерацию, Вт (Дж/с), определяется по формуле
QН = DН (i − i′ |
6 |
). |
(2.22) |
|
Т |
Т 4 |
|
|
|
Расход топлива на теплофикацию в единицу времени ВТН , кг/с (кг/ч), определяется по формуле
QН
ВТН = QРТη , (2.23)
Н к
где QНР - низшая теплота сгорания топлива, принимаемая равной низшей теплоте сгорания условного топлива (QНР = QНУ.Т. = 29300 кДж/кг).
Общий расход топлива при номинальном режиме ВН , кг/с определяется по уравнению
|
DН |
(i − i′ |
4 |
) |
|
|
ВН = |
В |
1 |
|
. |
(2.24) |
|
QРη |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
Н к |
|
|
|
|
Расход топлива на производство электроэнергии ВН определяем как раз- |
||||||
|
|
|
|
|
|
Э |
ность всего расхода топлива ВН |
и расхода топлива на теплофикацию ВН , кг/ч |
|||||
|
|
|
|
|
|
Т |
(кг/с):
16
ВН = ВН − ВН . |
(2.25) |
|
Э |
Т |
|
При таком способе распределения расхода топлива между двумя видами продукции вся выгода теплофикации, определившая расход топлива ВН , отне-
сена к производству электрической энергии. Удельные расходы топлива:
- на выработку электроэнергии, кг/Дж,
ВН вН = Э , (2.26)
Э NН
- на тепловое потребление, кг/Дж,
вН = |
ВТН |
. |
(2.27) |
|
|||
Т |
QН |
|
|
|
|
||
|
Т |
|
|
Коэффициенты полезного действия: - по выработке электроэнергии
ηЭ |
= |
NН |
|
= |
1 |
|
, |
(2.28) |
|
ВНQР |
вНQР |
||||||||
ТЭЦ |
|
|
|
|
|||||
|
|
Э |
Н |
|
Э |
Н |
|
|
|
- по выработке тепловой энергии
ηТЭЦ |
= |
QН |
= |
1 |
|
(2.29) |
ВНQР |
вНQР . |
|||||
Т |
|
Т |
|
|
|
|
|
|
Т Н |
|
Т Н |
|
|
На ТЭЦ пользуются экономическим показателем, в котором в числителе суммируются полезная выработанная электрическая энергия и отпущенная тепловая энергия. Эту сумму относят к теплу, выделившемуся при горении топлива, и называют коэффициентом использования тепла топлива
N + QН
k = Н Т . (2.30)
ВНQНР
3. РАЗДЕЛЬНАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВО ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА КЭС
И В РАЙОННЫХ КОТЕЛЬНЫХ
3.1. Построение процессов водяного пара в конденсационной турбине
Процесс расширения водяного пара в конденсационной турбине без отбора показан в i-S- диаграмме на рис. 3.1, а.
17
В паровой турбине рабочее тело движется с большими скоростями и соприкасается с поверхностями ее деталей; вследствие этого как внутри самограбочего тела, так и при соприкосновении с металлическими поверхностями возникает трение. На преодоление трения тратится часть полезной энергии, и поэтому работа 1 кг пара будет меньше, чем работа идеальной (без потерь) турбины h0 = i1 − i2 . Процесс расширения рабочего тела с учетом потерь на трение по-
казан на рис. 3.1, б. Энтальпия пара в конце реального процесса расширения (точка 6) обозначается i6 , а внутренняя работа 1 кг пара с учетом потерь на тре-
ние (ее обозначают hi) составит
hi = i1 − i6 . |
(3.1) |
а) |
б) |
Рис. 3.1. Процесс расширения рабочего тела с учетом потерь на трение: а – без регенерации; б – с регенерацией
Сравнение работы идеального двигателя h0 и внутренней работы hi действительного двигателя производится по КПД, который называется внутренним относительным КПД турбины:
η |
|
= |
hi |
= |
i1 |
− i6 |
. |
(3.2) |
oi |
|
|
|
|||||
|
|
h |
|
i |
− i |
|
||
|
|
|
|
|
||||
|
|
0 |
1 |
2 |
|
|
||
Знание значения внутреннего относительного КПД дает возможность определить в i-S диаграмме точку, характеризующую состояние, а следовательно, и степень сухости (и другие параметры) пара, выходящего из турбины. Значение энтальпии пара после расширения в турбине определяется из выражения (3.2):
18
i6 = i1 − h0ηoi = i1 − (i1 − i2 )ηoi . |
(3.3) |
На i-S диаграмме откладывают значение i6 и проводят горизонтальную линию i6 = const; степень сухости в точке 6 не должна быть меньше 0,9, чтобы исключить эрозионный износ рабочих лопаток последних ступеней.
На рис. 3.1, б проведена изобара регенеративного отбора пара, совпадающая с изобарой регулируемого отбора.
3.2. Определение термодинамических и технико-экономических параметров КЭС и районных котельных
Тепловую и электрическую энергию получают в данном случае не в комбинированном процессе (на ТЭЦ), а раздельно.
Схемы раздельных установок показаны на рис. 3.2 – 3.3.
2 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
||||
1 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|||
7 |
5 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Рис. 3.2. Схема простейшей КЭС: |
Рис. 3.3. Принципиальная схема системы |
||||||||||||
1 – паровой котел; 2 – пароперегреватель; |
теплоснабжения от котельной: |
||||||||||||
3 – паровая турбина; 4 – электрический ге- |
|
1 – паровой котел; |
|||||||||||
нератор; 5 – конденсатор; 6, 8, 9 – насосы; |
2 – тепловой потребитель; 3 – насос |
||||||||||||
7 – питательный бак; 10 – подогреватель |
|
|
|
||||||||||
Для вычисления удельного расхода пара dЭ на турбину нужно определить внутреннюю работу 1 кг пара при наличии регенерации, для чего предварительно определяется доля отбора α на регенерацию. Она определяется из уравнения баланса смешивающего подогревателя 10 (рис. 3.2). В него поступает α кг пара из отбора с энтальпией i4 и (1 – α) кг конденсата из конденсатора с энтальпией i′6 . Из подогревателя выходит 1 кг воды с энтальпией i′4 . Уравнение баланса подогревателя имеет вид
i′4 = αi4 + (1−α )i′6 . |
(3.4) |
19
Из выражения (3.4) находим долю отбора:
α = i′4 − i′6 . i4 − i′6
Внутренняя работа 1 кг пара определяется по формуле
hiр = (i1 − i4 )+ (i4 − i6 )(1−α ).
Удельный расход пара для выработки электроэнергии деляется выражением
1
dЭР = hiрηМηЭЛ .
(3.5)
(3.6)
dЭР , кг/Дж, опре-
(3.7)
Полный расход пара DВРН , кг/с, определяется выражением
DН |
= d |
ЭР |
N |
Н |
. |
(3.8) |
ВР |
|
|
|
|
Расход условного топлива на выработку электроэнергии находится из уравнения баланса парогенератора, которое имеет вид
BН |
QРη |
= DН |
(i − i′ |
). |
(3.9) |
ЭР |
Н пг |
ВР |
1 4 |
|
|
Из выражения (3.9) находим искомую величину расхода топлива:
|
|
DН |
(i − i′ |
) |
|
|
|
BН |
= |
ВР |
1 |
4 |
|
. |
(3.10) |
QРη |
|
|
|||||
ЭР |
|
пг |
|
|
|
||
|
|
|
Н |
|
|
|
|
Определяем удельный расход топлива на выработку электроэнергии по формуле
ВН вН = ЭР . (3.11)
ЭР NН
Расход условного топлива на выработку пара в котельной определяется по формуле
BН |
= |
DТН (i4 − i′6 ) |
= |
QТН |
|
. |
(3.12) |
|
QРη |
|
|||||
ТР |
|
QРη |
пг |
|
|||
|
|
Н пг |
Н |
|
|||
Электрический коэффициент полезного действия КЭС определяется по формуле
ηЭ |
= |
NН |
|
= |
1 |
|
. |
(3.13) |
||
|
|
вН |
QР |
|||||||
КЭС |
|
BН |
QР |
|
|
|
||||
|
|
ЭР |
|
Н |
|
ЭР |
|
Н |
|
|
Общий расход топлива при раздельной выработке электрической и тепловой энергии определяется по формуле:
20