 |
Мощность установки по выработке электроэнергии Nо=(h1-h2)D
|
|
|
|
Имеется, однако, возможность повысить эффективность паросиловой установки путем увеличения, а не уменьшения давления и температуры за турбиной до такой величины, чтобы отбросную теплоту (которая составляет более половины всего количества теплоты, затраченной в цикле) можно было использовать для отопления, горячего водоснабжения и различных технологических процессов (рисунок 9. 1). С этой целью охлаждающая вода, нагретая в конденсаторе К, не выбрасывается в водоем, как в чисто конденсационном цикле, а прогоняется через отопительные приборы теплового потребителя ТП и, охлаждаясь в них, отдает полученную в конденсаторе теплоту. В результате станция, работающая по такой схеме, одновременно вырабатывает и электрическую энергию, и теплоту. Такая станция называется теплоэлектроцентралью (ТЭЦ).
Рисунок 9. 1. Схема установки для совместной выработки тепловой
и электрической энергии: ПК – паровой котел; Т – паровая турбина;
К – конденсатор-подогреватель; Н – насос; ТП – тепловой потребитель. Цифры соответствуют точкам цикла в Т, s - диаграмме
Охлаждающую воду можно использовать для отопления лишь при том условии, что ее температура не ниже 70-100 оС. Температура пара в конденсаторе (подогревателе) К должна быть хотя бы на 10-15 оС выше. В большинстве случаев она получается больше 100 оС, а давление насыщенного пара р2 при этой температуре выше атмосферного. Поэтому турбины, работающие по такой схеме, называются турбинами с противодавлением.
Итак, давление за турбиной с противодавлением получается обычно около 4 кПа, а не 0, 1-0, 15 МПа, как за конденсационной турбиной. Это, конечно, приводит к уменьшению работы пара в турбине и соответствующему увеличению количества отбросной теплоты. Это видно на рисунке 9. 2, где полезно использованная теплота qц в конденсационном цикле изображается площадью 1-2/-3/-4/-5-6, а при противодавлении – площадью 1-2-3-4-5-6. Площадь 2-2 /-3/-4 дает уменьшение полезной работы из-за повышения давления за турбиной с р. . 2/ до р2.
|
|
|
Рисунок 9. 2. Теплофикационный цикл в Т, s – диаграмме
Термический КПД установки с противодавлением получается ниже, чем конденсационной установки, т. е. в электроэнергию превращается меньшая часть теплоты топлива. Зато общая степень использования этой теплоты становится значительно большей, чем в конденсационной установке. В идеальном цикле с противодавлением теплота, затраченная в котлоагрегате на получение пара (площадь 1-7-8-4-5-6), полностью используется потребителями. Часть ее (площадь 1-2-4-5-6) превращается в механическую или электрическую энергию, часть (площадь 2-7-8-4) отдается тепловому потребителю в виде теплоты пара или горячей воды.
При установке турбины с противодавлением каждый килограмм пара со-вершает полезную работу lтех=h1-h2 и отдает тепловому потребителю количе-ство теплоты qт. п=h2-h/2.
Мощность установки по выработке электроэнергии Nо=(h1-h2)D
и ее тепловая мощность Qт. п=(h2-h/2)D пропорциональны расходу пара D, т. е. жестко связаны. Это неудобно на практике, ибо графики потребности в электроэнергии и теплоте почти никогда не совпадают.
Рисунок 9. 3. Установка турбины с регулируемым отбором пара
Чтобы избавиться от такой жесткой связи, на станциях широко применяют турбины с регулируемым промежуточным отбором пара (рисунок 9. 3). Такая турбина состоит из двух частей: части высокого давления (ЧВД), в которой пар расширяется от давления р1 до давления ротб, необходимого для теплового потребителя, и части низкого давления (ЧНД), где пар расширяется до давления р2в конденсаторе. Через ЧВД проходит весь пар, вырабатываемый котлоагрегатом. Часть его Dотб (при давлении ротб) отбирается и поступает к тепловому потребителю ТП. Остальной пар в количестве Dк проходит через ЧНД в конденсатор К. Регулируя соотношения между Dотб и Dк, можно независимо менять как тепловую, так и электрическую нагрузки турбины с промежуточным отбором, чем и объясняется их широкое распространение на ТЭЦ. При необходимости предусматриваются два и более регулируемых отбора с разными параметрами пара.
|
|
|
Наряду с регулируемыми каждая турбина имеет еще несколько нерегули-руемых отборов пара, используемых для регенеративного подогрева питательной воды, существенно повышающего термический КПД цикла.
Своеобразная «теплофикация» может осуществляться даже на чисто конденсационных станциях, где охлаждающая вода из конденсаторов используется, например, для обогрева бассейнов или водоемов, где искусственно выращивается рыба. Отбросная теплота может использоваться для обогрева парников, теплиц и т. д. Конечно, потребное в районе КЭС количество теплоты для этих целей значительно меньше общего количества отбросной теплоты, но тем не менее такое ее использование является элементом безотходной технологии – технологии будущего.
КПД паросиловых установок в среднем выше, чем у газотурбинных установок, и близок к КПД двигателей внутреннего сгорания. ( Как указано выше, температура пара на выходе из конденсационной турбины составляет 28-30 оС. ) С другой стороны, большой располагаемый теплоперепад в турбине и связанный с этим относительно низкий удельный расход пара на выработку 1 кВт позволяют создать паровые турбины на колоссальные мощности – до 1200 МВт в одном агрегате! Поэтому паросиловые установки безраздельно господствуют как на тепловых, так и на атомных электростанциях. Паровые турбины применяют также для привода турбовоздуходувок (в частности, в доменном производстве). Недостаток паротурбинных установок – большие затраты металла, связанные прежде всего с большой массой котлоагрегата. Поэтому они практически не применяются на транспорте и их не делают маломощными.
|
|
|
Итак, по виду вырабатываемой энергии ТЭС на органическом топливе подразделяются на конденсационные электрические станции (КЭС) и на тепло-электроцентрали (ТЭЦ).
На конденсационных электрических станциях устанавливаются турбоге-нераторы конденсационного типа, которые производят только электрическую энергию (рисунок 9. 4).
На теплоэлектроцентрали устанавливаются теплофикационные (рисунок 9. 5) и противодавленческие турбогенераторы, а также турбогенераторы с ухудшенным вакуумом.
Ниже приведены типовые схемы КЭС и ТЭЦ, которые широко применя-ются на практике.
Рисунок 9. 4. Типовая схема КЭС: 1 – паровой котел, 2 – кондесационная турбина, 3 – генератор, 4 – конденсатор, 5 – деаэратор, 6 – подогреватель пита-
тельной воды высокого давления, 7 – конденсатный насос, 8 – питательный насос, 9 – циркуляционный насос, 10 – нерегулируемые регенеративные отборы пара
На работающих по тепловому графику станциях (ТЭЦ) большая часть па-ра из регулируемых отборов турбин отбирается на производственные нужды и теплофикации и только минимально – необходимое для вентиляции проточной части турбины направляется в конденсатор. При этом условии удельный расход условного топлива на отпущенный кВт на ТЭЦ значительно ниже, чем на КЭС.
Рисунок 9. 5. Типовая схема ТЭЦ: 1 – паровой котел, 2 – теплофикацион-ная турбина, 3 – генератор, 4 – конденсатор, 5 – деаэратор, 6 – подогреватель питательной воды высокого давления, 7 – подогреватель сетевой воды низкого давления, 8 – подогреватель сетевой воды высокого давления, 9 – конденсат-
ный насос, 10 – питательный насос, 11 – цикрулярный насос, 12 – сетевой насос, 13 – конденсатный насос подогревателей
|
|
|
