Теплофикационные циклы.

В процессе выработки электроэнергии достаточно много теплоты передается холодному источнику – охлаждающей воды. В рассматриваемом цикле Ренкина эта теплота бесполезно теряется, а может составить почти половину всего количества теплоты, затраченной в цикле. Одним из направлений для уменьшения теплоты q₂ является увеличение давления и температуры в конденсаторе, до такой величины, чтобы параметры конденсата соответствовали требованиям теплоносителя систем отопления, горячего водоснабжения. Теплота, отдаваемая воде в обычном конденсаторе имеет низкий температурный потенциал и не может быть использована ни для производства, ни для бытовых служб.

Р=250-3000 кПа (2,5-30 кгс/см²) – технологические цели

Р=150-250 кПа (1,5-2,6 кгс/см²) – отопление

Или горячая вода с температурой не ниже 70-150°С.

Для того, чтобы использовать теплоту, отдаваемую паром, необходимо увеличить давление в конденсаторе или увеличить температуру при которой конденсируется пар.

В некоторых случаях эту температуру удается получить больше 100°С и давление 0,1¸0,15 МПа, т.е. выше атмосферного, поэтому паровые турбины, работающие при таких температурах, называются паросиловыми, в отличие от конденсаторных, в которых давление пара 3,5¸4 кПа.

Увеличение давления в конденсаторе, безусловно, приводит к уменьшению пара в турбине, но к одновременному увеличению теплоты, отдаваемой в конденсаторе.

График цикла паросиловой установки, работающий с турбиной с противодавлением.

Полезно используемая теплота в обычном цикле Ренкина S_12’3’45. А при использовании турбины с противодавлением S₁₂₃₄₅<S_12’3’45

Площадь S_22’3’3 дает уменьшение полезной работы из-за повышения давления за турбиной с Р₂^/ до Р₂.

Это приводит к некоторому уменьшению h_t и, следовательно, к уменьшению выработки электроэнергии при тех же затратах топлива. Поэтому с точки зрения экономичности собственно цикла, такая операция невыгодна. Однако получение больших количеств теплоты за счет некоторого сокращения выработки электроэнергии оказывается весьма выгодной. Дело в том, что отпадает строительство сооружений с невысоким КПД с повышенным расходом топлива.

Комбинированную выработку электроэнергии и теплоты называют теплофикацией, а турбины, применяемые на таких электростанциях, теплофикационными.

Тепловые электростанции, вырабатывающие тепло и электроэнергию, называются ТЭЦ.

Принципиальная схема ТЭЦ с турбинами с противодавлением.

В установках этого типа вообще может отсутствовать конденсатор, а с турбины пар направляется на производство, где он отдает теплоту и конденсируется, а давление на выходе из турбины определяется потребностями производства.

Однако на современной ТЭЦ получили распространение не турбины с противодавлением, а теплофикационные турбины с отборами пара. Они состоят из двух частей: части высокого давления (ЧВД), в которой пар с Р₁ до Р_отбора, необходимого потребителю, и части низкого давления (ЧНД), где пар расширяется до давления в конденсаторе. Принципиальная схема такой ТЭЦ имеет следующий вид:

Регулируя D_отб и D_к модно независимо менять и тепловую и электрическую нагрузку турбины с промежуточным отбором. Этим обстоятельсвом и объясняется широкое распространение теплофикафикационных турбин с промежуточным отбором на ТЭЦ.

;

N–электрическая мощность установки;

Q–количество теплоты отданной внешнему потребителю;

B–расход топлива;

Q_H^P– низшая теплота сгорания рабочей массы топлива.

Значение К тем ближе к 1 , чем совершеннее установка, т.е. чем меньше потери теплоты в котле, паропроводах, механические потери в турбине.

Парогазовые циклы.

Парогазовыми называются комбинированные установки, в которых одновременно используются два рабочих тела: пар и газ.

Горячие газы уходящие из газовых турбин охлаждаются в подогревателе П нагревая питательную воду, которая поступает в паровой котел К. Это позволяет уменьшить расход топлива на получение пара, что приводит к эффективности комбинированного цикла по сравнению с циклами ГТУ и ПСУ осуществляемыми раздельно. Мощности ГТУ и ПТУ (ПСУ) выбирают при проектировании таким образом, чтобы количество теплоты отданной газами в подогревателе П равно количеству теплоты воспринятому питательной водой.

В цикле ГТУ подводится теплота равная площади S_1бд5, получается полезная работа l_ГТУ равная площади S₁₂₃₄₅. В цикле ПТУ количество подведенной теплоты есть площадь S_6ев89’10, полезная работа l_ПТУ соответствует площади S_6789’10.

Теплота отработавших в турбине газов S_6бд4 при раздельном выполнении этих циклов выбрасывается в атмосферу.

В парогазовых циклах теплота выделяющаяся при охлаждении газов по линии 2-3 и равная площади S_2ба3 не выбрасывается в атмосферу, а используется для подогрева питательной воды по линии 8-9 в подогревателе П. За счет этого уменьшается теплота затрачиваемая на получение пара в котле на площадь S_9гв8, а термический КПД h_t увеличивается. т.к. суммарная полезная работа l_ГТУ + l_ПТУ одинакова, как при совместном, так и при раздельном их получении.