КОМБИНИРОВАННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

Совместное получение электрической и тепловой энергии осуществляется в паросиловых установках (ПСУ).

Паросиловая установка состоит из парогенератора (парового котла), турбины, конденсатора и питательного насоса (рис.34). В этой установке в паровом котле, представляющем из себя довольно сложное и громоздкое инженерное сооружение, происходит обмен тепловой энергией между водой и продуктами сгорания топлива. В результате этого вода нагревается до температуры кипения, превращается в сухой насыщенный пар, который затем перегревается до заданной температуры. Перегретый пар поступает в паровую турбину (электрогенератор), где адиабатно расширяется на лопатках ротора, приводя его во вращательное движение. Ротор имеет электрическую обмотку, которая совместно с ним вращается в магнитном поле. Электродвижущая сила, возникшая в обмотке, передается на подстанцию или в общую электрическую сеть. Турбина имеет ряд отборов, через которые пар поступает к потребителю, где он используется как греющий теплоноситель или идет на технологические нужды. После турбины отработанный пар подается в конденсатор. Конденсатор – это обычный кожухотрубный теплообменник, охлаждаемый водой. В конденсаторе пар конденсируется, превращаясь в воду (конденсат), которая затем питательным насосом подается в парогенератор.

Рис. 34. Принципиальная схема паросиловой установки:

1 – парогенератор (паровой котел); 2 – паровая

турбина; 3 – конденсатор; 4 – питательный насос; 5 – электрогенератор.

На рис. 35 представлен цикл ПСУ в Р – υ и Т – S диаграммах. Этот цикл состоит из изобарного процесса (Р = const) в парогенераторе 1 - 2 - 3 - 4. Участок 1 – 2 здесь характеризует процесс нагревания воды до температуры кипения (насыщения). Отрезок 2 – 3 условно отображает изобарно-изотермического кипения воды, т.е. превращение ее в сухой насыщенный пар.

Участок 3 – 4 характеризует изобарный процесс перегрева пара. Адиабатный процесс (S = const) расширения пара в турбине изображен кривой 4 – 5

(в Т – S диаграмме прямой 4 – 5). Отрезок 5 – 6 соответствует изобарно-изотермической конденсации отработанного пара в конденсаторе (3), наконец, прямая 6 – 1 отображает процесс повышения давления воды в насосе. Отрезок 6 – 1 в Т – S диаграмме трансформируется в точку, поскольку в насосе ни один из термодинамических параметров (кроме давления) не изменяется.

Для работников химических производств, имеющих в своем составе ПСУ, как правило, бывают известны требуемая мощность турбины, параметры получаемого пара, расход и параметры потребляемого пара и возвращаемого от потребителя конденсата. В этом случае расчету подлежат:

- производительность ПСУ по пару, обеспечивающую электрическую и

тепловую нагрузку предприятия;

- требуемый расход топлива;

- тепловая нагрузка цикла паросиловой установки;

- расход охлаждающей воды в конденсационном отделении ПСУ;

- коэффициент полезного действия цикла и т.д.

Для определения этих показателей может быть использована следующая ориентировочная методика расчета.

Рис. 35. Цикл ПСУ в диаграммах Р – υ и Т – S

1. Рассчитывают процесс горения топлива с определением теоретического и действительного количества воздуха, масс и объемов компонентов продуктов сгорания. Строят диаграмму I – t для используемого вида топлива. Определяют теоретическую и действительную энтальпию продуктов сгорания на 1 кг топлива. Все эти вопросы подробно рассмотрены в разделе 1 настоящих методических указаний.

2. Определяют значения параметров (Р, t, i) парожидкостной системы в характерных точках цикла ПСУ. При решении этой задачи необходима информация о давлении и температуре получаемого пара, а также о давлении или степени сухости пара после турбины. Кроме того, для турбины, имеющей отбор пара должно быть известно его давление. Найденные значения параметров Р, t, I заносят в нижеследующую таблицу 27.

Пусть при расчете цикла ПСУ известны параметры получаемого пара (Р₄ = 1000 кПа; t = 300 °С; степень сухости пара после турбины – х = 0,9 и давление отбираемого пара = 300 кПа.

Параметры во всех характерных точках цикла легко находятся с помощью i – S диаграммы (рис. 36).

Отметим, что точки 3, 4, 4´, 5 могут быть нанесены в i– S диаграмме. Учитывая, что состояние парожидкостной системы, характеризующееся точкой 3, соответствует сухому насы щенному пару (смотри рис. 35) и его давление известно Р₃ = Р₄, эту точку находим на пересечении изобары Р₃ = 1000 кПа и линии Х = 1.

Таблица27

Значения параметров Р, t, i в характерных точках (Р₄ = 1000 кПа; t₄= 300 °С; степень сухости пара после турбины – х = 0,9).

№ характерной точки	Давление, кПа	Температура, °С	Энтальпия, кДж/кг
4´

Для точки 4 известно давление Р₄ = 1000 кПа и температура t₄ = 300 °С. Поэтому ее найдем на пересечении изобары и изотермы t₄. Поскольку процесс в турбине адиабатный, то S₅ = S₄. Следовательно, точка 5 лежит на пересечении изоэнтропы S₅ = S₄ и линии, характеризующей известную после турбины степень сухости пара Х = 0,9.

Рис. 36. Расчетная диаграмма i – S водяного пара.

Для точки 4´, характеризующей состояние отбираемого пара, известны давление и энтропия . Поэтому она также легко находится в диаграмме i – S. Имея точки 3, 4, 4´, 5 в i – S диаграмме, находим параметры Р, t, i, соответствующие им. Параметры для точек 1, 2, 6 находят из следующих соображений. Поскольку процесс в конденсаторе (5 – 6) является изобарно-изотермическим, то Р₆ = Р₅ и t₆ = t₅. Процесс превращения жидкости в сухой насыщенный пар в парогенераторе (участок 2 – 3) также изобарно-изотермический. Следовательно t₂ = t₃, Р₂ =Р₃. Для точки 1 имеем Р₁ = Р₂ =Р₃=Р₄; t₁= t₆. Равенство t₁= t₆, объясняется тем, что в процессе повышения давления воды в насосе (участок 6 – 1) ее температура практически не изменяется.