Материал: Термодинамические основы производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, КЭС и в районных котельных. Китаев Д.Н., Мартыненко Г.Н
T-S- диаграмма изменения состояния водяного пара представлена на рис. 4.2. |
||||||||||
°С |
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Температура, |
450 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
350 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
|
|
|
|
9 |
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
250 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
150 |
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
7 |
|
|
|
|
|
2 |
5 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Энтропия, кДж/(кг·К) |
||
Рис. 4.2. Изменение состояния водяного пара в Т-S- диаграмме
Рекомендуется на T-S- диаграмме изобразить фрагменты пограничных кривых х=0 и х=1. Их можно построить, задав значения промежуточных температур и определив для них по табл. П.2 значения энтропии кипящей воды и сухого насыщенного пара. В представленном примере рассматривались следующие температуры: 20, 60, 120, 200, 260, 320 °С.
После построения диаграмм изменения состояния водяного пара переходим к определению термодинамических и технико-экономических параметров комбинированного цикла.
Определим удельный расход пара на турбину при номинальном режиме без отбора, при работе в конденсационном режиме dЭН (см. п.2.4.1) по формуле (2.14):
26
dН = |
|
|
|
1 |
|
|
|
= |
|
1 |
|
|
= 0,001638 кг/кДж = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
)η |
|
|
|
|
− 2454,42)0,83 |
0,91 |
||||
Э (i |
− i |
|
М |
η |
ЭЛ |
(3262,77 |
|
||||||
1 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
= 0,001638 3,6 103 |
кг/(кВт ч) = 5,8968 кг/(кВт·ч). |
|||||||||
Полный расход пара, согласно выражению (2.13), составит
DВН = dЭН NН = 0,001638 12730 = 20,852 кг/с = 75,067 т/ч.
Определим показатели паротурбинной установки при работе в номинальном режиме с отбором.
Коэффициент β определяется по выражению (2.17):
β = |
i4 |
− i6 |
= |
2716,37 − 2454,42 |
= 0,324 . |
|
|
3262,77 − 2454,42 |
|||
|
i |
− i |
|
||
1 |
6 |
|
|
|
|
Полный расход пара на турбину при номинальном режиме, согласно формуле (2.16), составит
DВН = dЭН NН + β DотбН = 0,001638 12730 + 0,324 7,5 = 23,282 кг/с=83,815 т/ч.
Расход конденсата, выходящего из конденсатора при номинальном режиме DКН , определяем согласно (2.20):
DКН = DВН − DотбН = 23,282 − 7,5 =15,782 кг/с = 56,815 т/ч.
Расход пара на регенерацию при номинальном режиме DРН определим со-
гласно (2.19), предварительно определив согласно табл. П.3 энтальпии кипящей жидкости при давлении отбора ( Ротб =410 кПа) i′4 и давлении в конденсаторе
( РК = 4 кПа) i′6 :
|
DН (i′ |
4 |
− i′ |
6 |
) |
|
15,782(608,5 −121,42) |
= 3,647 кг/с. |
||
DН = |
К |
|
|
|
= |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Р |
i4 |
− i′4 |
|
|
|
|
2716,37 − 608,5 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||
Расход пара на тепловое потребление DТН определяем согласно (2.21):
DТН = DотбН − DРН = 7,5 − 3,547 = 3,853 кг/с.
Согласно (2.22) определяем количество тепла QТН , отпущенного на теплофикацию:
QТН = DТН (i4 − i′6 ) = 3,853(2716,53 −121,42) = 9998,34 кВт. Расход топлива на теплофикацию ВТН определяем по формуле (2.23):
ВН = |
QН |
|
|
9998,34 |
|
= 0,375 кг/с. |
Т |
|
= |
|
|
||
|
|
|
|
|||
Т |
QРη |
|
|
29300 0,91 |
|
|
|
к |
|
||||
|
Н |
|
|
|
||
27
Общий расход топлива на номинальном режиме ВН определяем согласно (2.24):
|
DН (i − i′ |
4 |
) |
|
23,282(3262,77 − 608,5) |
|
|
ВН = |
В 1 |
|
= |
|
|
= 2,318 кг/с. |
|
QРη |
|
|
29300 |
0,91 |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
Н к |
|
|
|
|
|
|
Расход топлива на производство электроэнергии ВЭН определяем согласно (2.25):
ВЭН = ВН − ВТН = 2,318 − 0,375 =1,943 кг/с.
Удельные расходы топлива на выработку электроэнергии вЭН и на тепловое потребление вТН определим согласно выражениям (2.26) и (2.27):
вН = |
ВЭН |
= |
|
1,943 |
=152,63 10−6 кг/кДж, |
|||||
|
|
12730 |
||||||||
Э |
|
N |
Н |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вН = |
ВТН |
|
= |
|
0,375 |
|
= 37,506 10−6 кг/кДж. |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
Т |
QН |
|
|
|
9998,34 |
|
||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициенты полезного действия по выработке электрической ηТЭЦЭ и тепловой ηТЭЦТ энергии при номинальном режиме работы определяем согласно (2.28) и (2.29):
ηЭ |
= |
|
NН |
|
|
= |
|
1 |
|
= |
|
1 |
|
= 0,2236, |
|||
ВНQР |
|
вНQР |
|
152,63 10−6 |
29300 |
||||||||||||
ТЭЦ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
Э |
Н |
|
|
|
|
Э Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
ηТЭЦ = |
QН |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|||
ВНQР = |
вНQР = |
37,506 10−6 29300 = 0,91. |
|||||||||||||||
Т |
|
|
Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
Н |
|
Т |
Н |
|
|
|
|
|
||||
Коэффициент использования тепла топлива определим согласно (2.30):
|
N |
Н |
+ QН |
|
12730 + 9998,34 |
= 0,3346. |
|||
k = |
|
Т |
= |
|
|
|
|||
ВНQР |
2,318 |
29300 |
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
Определение коэффициента использования тепла топлива является заключительным этапом расчета технико-экономических параметров ТЭЦ. Переходим к расчету параметров КЭС и районной котельной. При обозначении расходов пара и топлива при раздельном производстве электричества и тепла, используем нижний индекс «Р» (что означает «раздельно»).
Долю отбора пара на регенерацию α определяем согласно (3.5):
α = |
i′4 − i′6 |
= |
608,5 −121,42 |
= 0,1877 . |
||
|
2716,37 −121,42 |
|||||
|
i |
− i′ |
6 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
||
28
Внутреннюю работу 1 кг пара с учетом потерь на трение определяем согласно (3.6):
hiр = (i1 − i4 ) + (i4 − i6 )(1−α ) = (3262,77 − 2716,37) + (2716,37 − 2454,42)(1− −0,1877) = 759,18 кДж/кг.
Удельный расход пара для выработки электроэнергии при номинальном режиме dЭРН , определяем согласно (3.7):
dН |
1 |
|
|
|
1 |
|
|
= 0,001744 кДж/кг. |
||
= |
|
|
|
= |
|
|
|
|
||
|
|
|
759,19 |
0,83 |
0,91 |
|||||
ЭР |
|
h η |
η |
ЭЛ |
|
|
||||
|
|
iр М |
|
|
|
|
|
|
|
|
Полный расход пара DВРН , определяем по (3.8):
DВРН = dЭРН NН = 0,001744 12730 = 22,2 кг/с.
Расход условного топлива на выработку электроэнергии BЭРН определяем согласно (3.10):
|
|
DН |
(i − i′ |
4 |
) |
|
22,2(3262,77 − 608,5) |
|
|
BН |
= |
ВР |
1 |
|
= |
|
|
= 2,21 кг/с. |
|
QРη |
|
|
29300 |
0,91 |
|||||
ЭР |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Н пг |
|
|
|
|
|
|
Удельный расход топлива на выработку электроэнергии определяем по формуле (3.11):
вН |
= |
ВЭРН |
= |
|
2,21 |
=173,6 10−6 кг/кДж. |
|
|
12730 |
||||||
ЭР |
|
N |
Н |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход условного топлива на выработку пара в котельной определяем согласно (3.12):
BТР |
|
QН |
= |
9998,34 |
|
= 0,375 кг/с. |
|
= QРη |
29300 0,91 |
||||||
Н |
|
Т |
|
|
|
|
|
|
|
Н |
пг |
|
|
|
|
Электрический коэффициент полезного действия КЭС определяем согласно (3.13):
ηЭ |
= |
1 |
|
= |
|
1 |
|
= 0,1966 . |
||
вН |
QР |
173,6 10−6 |
29300 |
|||||||
КЭС |
|
|
|
|||||||
|
|
ЭР |
|
Н |
|
|
|
|
|
|
Общий расход топлива определяется по формуле (3.14):
BРН = BЭРН + BТРН = 2,21+ 0,375 = 2,585 кг/с.
Коэффициент использования тепла топлива при раздельном производстве энергии определим согласно (2.30):
29
|
N |
Н |
+ QН |
|
12730 + 9998,34 |
= 0,3. |
|||
k = |
|
Т |
= |
|
|
|
|||
ВНQР |
2,585 |
29300 |
|||||||
|
|
|
|||||||
|
|
Р |
Н |
|
|
|
|
|
|
Экономия топлива в комбинированной установке по сравнению с раздельной установкой определяется согласно (3.15)
а = ВРН − ВН 100% = 2,585 − 2,318100% =10,33%. ВРН 2,585
Этот результат позволяет сделать вывод о том, что комбинированная выработка тепла и электроэнергии на ТЭЦ выгоднее, чем раздельное производство на КЭС и в районной котельной. В условиях рассмотренного варианта экономия топлива достигает 10,33%. Сравнение электрических КПД ТЭЦ и КЭС показывает:
ηТЭЦЭ >ηКЭСЭ (0,2236 > 0,1966).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Кушнырев В.И. Техническая термодинамика и теплопередача: учеб. / В.И. Кушнырев, В.И. Лебедев, В.А. Павленко. – М.: Стройиздат, 1986. – 464 с.
2.Кириллин В.А. Техническая термодинамика: учеб. / В.А. Кириллин, В.В. Сычев, А.Е. Шейндлин. – М.: Энергия, 1974. – 412 с.
3.Бальян С.В. Техническая термодинамика и тепловые двигатели: учеб. / С.В. Бальян. - Л.: Машиностроение, 1973. - 304 с.
4.Курносов А.Т. Техническая термодинамика: учеб. пособие / А.Т. Курносов, Д.Н. Китаев.; Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. - Воронеж, 2007. – 110 с.
30