Теплофикация

Теплофикация – комбинированная выработка на ТЭС электроэнергии и теплоты для бытовых и технологических нужд за счет отбора и использования отработавшего пара на базе централизованного теплоснабжения.

Имеется 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 (рис. 1.28).

Рис. 1.28. Схема установки для совместной выработки тепловой и электрической энергии:

ПК - паровой котел; Т - паровая турбина; К - конденсатор-подогреватель; Н - насос; ТП - теп­ловой потребитель

Рис. 1.29. Теплофикационный цикл в Т-s диаграмме

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. 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).

Охлаждающую воду можно исполь­зовать для отопления лишь при том усло­вии, что ее температура не ниже 70 - 100 °С. Температура пара в конденсато­ре (подогревателе) К должна быть хотя бы на 10 - 15 °С выше. В большинстве случаев она получается больше 100 °С, 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 не ме­нее 0,1 - 0,15 МПа вместо около 4 кПа за конденсационной турбиной. Это приводит к уменьшению работы пара в турбине и соответствующему уве­личению количества отбросной теплоты. Это видно на рис. 1.29 где полезно ис­пользованная теплота q_ц 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 p₂^/ до p₂.

Пар с давлением 0,1 – 0,2 МПа используют для отопления и ГВС. Пар с давлением 0,15 – 0,5 МПа используют для технологических целей.

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, а часть (площадь 2-7-8-4) отдается теп­ловому потребителю в виде теплоты пара или горячей воды.

При установке турбины с противо­давлением каждый килограмм пара со­вершает полезную работу и отдает тепловому потребителю количе­ство теплоты

Степень использования теплоты в теплофикационной установке возрастает:

.

Мощность установки по выработке электроэнергии и ее тепловая мощность пропорциональны расходу пара D, т. е. жестко связаны. Это неудобно на практике, ибо графики потребности в электроэнергии и теплоте почти никогда не совпадают.

Чтобы избавиться от такой жесткой связи, на станциях широко применяют турбины с регулируемым проме­жуточным отбором пара (рис. 1.30).

Рис. 1.30. Установка турбины с регулируемым отбором пара

Такая турбина состоит из двух частей: части высокого давления (ЧВД), в которой imp расширяется от давления p₁ до давления р_отб, необходи­мого для теплового потребителя, и части низкого давления (ЧЦД), где пар рас­ширяется до давления р₂ в конденсаторе. Через ЧВД проходит весь пар, выраба­тываемый котлоагрегатом. Часть его Dотб (при давление р_отб) отбирается и поступает к тепловому потребителю ТП. Остальной пар в количестве D_K 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 нерегу­лируемых отборов пара, исполь­зуемых для регенеративного подогрева питательной воды, существенно повыша­ющего термический КПД цикла.