11.3.2 Расход топлива при раздельной выработке электриЧеской энергии и тепла

Расход топлива при раздельном методе состоит из суммы двух слагаемых: расхода топлива на выработку электрической энергии на КЭС - В_КЭС и расхода топлива на выработку тепла в котельной - В_кот (рис. 11.5):

Расходы топлива на КЭС и котельной составляют:

(11.5)

(11.6)

где b_КЭС и b_кот - удельные расходы топлива на выработку электрической энергии на КЭС и тепла в котельной; Э и Q - количества отпущенной электроэнергии от КЭС и тепла от котельной.

Величина b_КЭС относится к основным энергетическим показате­лям КЭС и зависит от характеристик тепловой схемы и оборудова­ния станции: наличия и степени регенеративного подогрева конденса­та и питательной воды и промежуточного подогрева пара, потерь энер­гии, тепла и рабочих тел в трубопроводах и аппаратах станции, рас­ходов на собственные нужды и др.

Величина b_КЭС находится по формуле

, (11.7)

где Q^р_н - теплота сгорания единицы натурального или условного топлива, кДж/кг; q_КЭС —удельный расход тепла топлива; - фактический КПД станции (нетто) [здесь Э — тепловой эквивалент отпускаемой электроэнергии; Q_топл - тепло сожженного топлива].

При значении для условного топлива (Q^р_н=29310 кДж/кг = 7000 ккал/кг) получаем b_КЭС = 0,085 г/кДж [332 г/(кВт-ч)], что является средней величиной для современных КЭС.

Для проектируемых КЭС определение величины b_КЭС (или q_КЭС, ) производится при расчете тепловой схемы станции и представ­ляет собой довольно сложную задачу, требующую точного учета всех имеющихся потерь.

Для представленных на рис. 11.6 простейших схем значения b_КЭС могут быть получены следующим образом.

Расход пара на турбину для выработки 1 кДж электроэнергии условия энергетического баланса составляет:

, (11.8)

где Н_д= и Н_ад= теплопадение пара в турбине, кДж/кг, соответственно в действительном и адиабатном процессах (рис. 11.6); - энтальпия пар входе в турбину, кДж/кг; i_к и i^ад_к - энтальпия пара на выходе из турбины при действительном и адиабатном процессах, кДж/кг; h_oi = Н_д/Н_ад - относительный внутренний КПД турбины, учитывающий потери энергии пара в процессе расширения (от трения, вихрей, дросселирования и т.п.);

h_эм - электромеханический КПД турбины и генератора, учитывающий механические потери в подшипниках, электрические в генераторе и потери от утечек рабочего тела; у современных турбин КЭС h_oi = 0,86¸0,88; h_эм = 0,98¸0,985; d_КЭС » 0,8 г/Дж [3 кг/кВт×ч].

Рис. 11.5. Простейшие тепловые схемы раздельной ус­тановки:

1 - котел; 2 - турбина, 3 - электрогенератор;

4 - конденсатор; 8 - насос; 6 - тепловой потребитель

Количество тепла, затраченное на выработку 1 кДж электроэнергии с учетом потери в конденсаторе, равно

, (11.9)

где - энтальпия конденсата после конденсатора, кДж/кг; - термический КПД цикла КЭС, учитывающий потери тепла с охлаждающей водой в конденсаторе и составляющий 0,45—0,5.

Удельный расход тепла топлива в парогенераторе:

, (11.10)

где - КПД парогенераторов (котлов), учитывающий потери тепла с уходящими газами, неполнотой сгорания топлива, теплоотдачей от нагретой поверхности составляющий 0,9—0,94.

Удельный расход топлива:

. (11.11)

При условном топливе с = 29,31 кДж/г и значениях КЩ h_t==0,5, h_oi = 0,87, h_эм = 0,98 и = 0,92:

Рис. 11.6. Процесс расширения пара в турбине

г/кДж [314 г/кВт×ч] .(11.12)

Кроме отмеченных основных потерь в цикле станции имеются по­тери тепла, пара и воды в подающих трубопроводах и различных аппаратах тепловой схемы, которые учитываются КПД теплового по­тока h_т.п , примерно составляющим 0,96—0,98.

Произведение перечисленных КПД представляет собой КПД КЭС по вырабатываемой электрической энергии (брутто):

. (11.13)

Фактический КПД КЭС по отпускаемой электрической энергии (нетто) будет равен:

, (11.14)

где е_с.в и q_с.н - соответственно доля расходов электроэнергии и тепла на собственные нужды станции.

При регенеративном подогреве паром из отборов турбины конден­сата и питательной воды от температуры t_к (на выходе из конденса­тора) до температуры t_п.в (на входе в парогенератор) часть электро­энергии вырабатывается комбинированным методом на внутреннем тепловом потреблении, так как тепло отбираемого на регенерацию пара полностью используется, в результате чего снижается расход топлива в парогенераторе.

Точное определение показателей при регенеративном подогреве производится при детальном расчете тепловой схемы станции.

Относительная выработка электроэнергии на внутреннем тепловом потреблении (рис. 11.7) составит

, (11.15)

где Э_р, и Э_к - количество электроэнергии, вырабатываемой на паре регенеративных отборов турбины и по конденсационному циклу; Н_р и Н_и - адиабатные теплоперепады от состояния пара на входе в турбину до давления в условном регенеративном от­боре и до давления в конденсаторе; i_p - энтальпия пара в условном регенеративном отборе, определяемая по температуре t_р = (t_п.в + t_r)/2; и -энтальпия питатель­ной воды на входе в парогенератор и конденсата после конденсатора.

Средний КПД станции по вырабатываемой электроэнергии (брут­то):

, (11.16)

где - внутренний абсолютный КПД конденсационной выработки на КЭС с уче­том регенерации, определяемый по формуле

Рис. 11.7. Условная схема регенеративного подогрева конденсатора:

К - котел; Т - турбина; РП - регенеративный

подогреватель

, (11.17)

где h_iк - внутренний абсолютный КПД конденсационной выработки на КЭС без учета регенерации, определяемый по формуле

. (11.18)

Удельный расход топлива на выработку тепла в котельной опреде­ляется из соотношения

, (11.19)

где - фактический КПД котельной по отпускаемому теплу (нетто) [здесь Q_отп - количество отпускаемого тепла; Q_топл - тепло сожженного топлива].

Значения , с учетом всех потерь в котельной, можно найти по выражению:

, (11.20)

где - КПД котлов котельной, учитывающий потери тепла с уходящими газами, неполнотой сгорания топлива, теплоотдачей от нагретой поверхности и др.; h_т.п - КПД теплового потока, учитывающий потери в трубопроводах и различных аппаратах котельной; и - соответственно доля расходов электроэнергии и тепла на собственные нужды котельной.

При сравнении раздельного метода с комбинированным в ряде слу­чаев следует учитывать также разницу в потерях электрической и теп­ловой энергии на передачу их к местам по­требления, так как КЭС, ТЭЦ и котельные располагаются на различном расстоянии от потребителей и имеют разные мощности.

При приведении к сопоставимым условиям расходы топлива составят:

(11.21)

(11.22)

где и - КПД электрических сетей от КЭС и ТЭЦ; и - КПД тепловых сетей от ТЭЦ и котельных.