Основы теплофикации

В рассмотренных циклах паротурбинных установок в полном соответствии со вторым законом термодинамики только часть теплоты q₁сообщаемой пару в парогенераторе, переходит в полезную работу, другая часть в количестве q₂отдается охлаждающей воде в конденсаторе и является основной тепловой потерей цикла. Теплота q₂, равная примерно теплоте парообразования, не может быть использована для нужд народного хозяйства ввиду низких температур отработавшего пара и охлаждающей воды. Например, в конденсационных установках, служащих только для выработки электроэнергии, давление в конденсаторе поддерживается около 0,005…0,0035 МПа, этому соответствует температура насыщения 33 – 27°С, а температура охлаждающей воды еще ниже.

Согласно расчетам в современных установках высокого давления потери теплоты в конденсаторе составляет 50…60% всей теплоты, сообщенной пару в парогенераторе.

Поскольку в процессе преобразования теплоты в работу принципиально невозможно устранить отдачу теплоты холодному источнику, необходимо найти способ использования огромного количества теплоты, которое отдается охлаждающей воде.

Таким способом является повышение давления отработавшего пара, а следовательно, и его температуры. Тогда в зависимости от конечного давления теплота отработавшего пара либо используется в технологических процессах промышленности, либо служит для подогрева воды, поступающей на горячее водоснабжение или для отопления зданий. В этом случае ПТУ электростанции вырабатывают и электроэнергию и теплоту. Электрические станции, которые служат для выработки электроэнергии и теплоты, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Централизованный метод снабжения потребителей теплотой называется теплофикацией.

Рисунок 13.13 – Использование тепла в конденсационном и теплофикационном циклах

На рисунке 13.13 в Т-s – диаграмме изображены два цикла – конденсационный 123451и теплофикационный 167451. В обоих циклах начальные параметры одни и те же, конечное давление в теплофикационном цикле выше, чем в конденсационном, и изображается линией 6-7. Из диаграммы видно, что работа 1 кг пара в теплофикационном цикле1_ц, изображаемая площадью 167451, меньше, чем в конденсационном цикле, в котором эта работа изображается площадью 123451. Однако в конденсационном цикле теплота q₂отработавшего пара, определяемая пл. 9328, отдается охлаждающей воде и не используется из-за низких температур.

В теплофикационном цикле отработавший пар имеет более высокую температуру, теплота его q₂=пл.10768 будет больше, чем в конденсационном цикле, и теоретически полностью используется. Таким образом, при повышении конечного давления уменьшается работа 1 кг пара в турбине и термический К.П.Д. теплофикационного цикла понижается, однако в этом цикле основная потеря теплоты q₂ отсутствует.

Экономичность теплофикационной установки характеризуется коэффициентом использования тепла К, который представляет собой отношение суммарной теплоты, пошедшей на работу 1_ц и использованной тепловыми потребителями q₂,к теплоте q₁сообщенной пару в парогенераторе:

. (13.31)

Из уравнения (13.31) следует, что в теплофикационных установках теоретическое значение коэффициента использования теплоты К=1. В конденсационных установках коэффициент использования теплоты Кравен термическому К.П.Д. и поэтому значение его не может быть больше 0,5, т.е. К < 0,5. Приведенные значения величины Куказывают на огромные преимущества теплофикационных установок в сравнении с чисто конденсационными.

Централизованное теплоснабжение потребителей теплотой осуществляется путем подачи с ТЭЦ горячей воды или пара, температура и давление которых изменяются в широких пределах, что осуществляется путем установки на ТЭЦ теплофикационных турбин различных типов.

Наибольшее распространение получили турбины с отбором пара, в которых предусмотрена возможность отбора пара на теплофикацию. Отбор пара производится из двух мест, в которых поддерживается необходимое давление. Из верхнего отбора с давлением 0,7…1,3 МПа пар поступает на различные технологические нужды промышленных предприятий, из нижнего отбора при давлении 0,12…0,25 МПа пар используется для удовлетворения бытовых нужд населения. При отсутствии тепловых потребителей турбина работает как конденсационная и тогда происходит только выработка электроэнергии.

На ТЭЦ устанавливаются также турбины с противодавлением. Эти турбины не имеют конденсатора, так как пар после совершения работы выходит с давлением выше атмосферного. После турбины весь отработанный пар направляется к потребителю, где его теплота используется как в технологических процессах, так и для удовлетворения бытовых нужд. Несмотря на более простое выполнение, паротурбинные установки с противодавлением применяются редко, ибо выработка электроэнергии зависит от теплового потребления. При отключении потребителей теплоты такую установку необходимо останавливать.

При определенных условиях давление в конденсаторе можно поднять до 0,06…0,09 МПа и тогда отработанный пар будет поступать из турбины в конденсатор при температурах 86…97°С. В этом случае охлаждающая вода будет нагреваться до температуры 75…90° С и может использоваться для различных бытовых нужд. Такие турбины называются турбинами с ухудшенным вакуумом. Если не требуется тепло для теплофикации, то такие турбины работают как конденсационные при принятых низких давлениях.