11.3.3 Расход топлива на тэц

При комбинированной выработке электрической энергии и тепла на ТЭЦ расход топлива В_ТЭЦ определяют для действующих станций из отчетных данных, для проектируемых - путем расчета тепловой схемы станции с учетом всех имеющихся потерь тепла, энергии и рабочих тел в трубопроводах и аппаратах станции и расходов на собственные нужды.

Для получения энергетических и экономических показателей ТЭЦ по видам вырабатываемой продукции производят условное разделение расхода топлива В_ТЭЦ на выработку электрической и тепловой энергии:

, (11.23)

где и - расход топлива на производство соответственно электрической энергии и тепла отпускаемого внешним потребителям.

Следует отметить, что научно обоснованного способа распределения общего расхода топлива на ТЭЦ - В_ТЭЦ на выработку электроэнергии и тепла нет. По принятому методу, на выработку тепла относят расход топлива, эквивалент количеству этого тепла с учетом КПД парогенератора ТЭЦ - и расходов на собственные нужды:

, (11.24)

где h_с.н - коэффициент, учитывающий расходы на собственные нужды; - удельная теплота сгорания топлива.

Остальной расход топлива относят на выработку электрической энергии:

. (11.25)

При принятом методе распределения топлива вся экономия от комбинированной выработки отнесена на электрическую энергию, так как расход топлива получается минимально возможным, равным, в соответствии с первым законом термодинамики, тепловому эквиваленту работы пара в турбине.

В расчетах, не требующих большой точности, определение расхода топлива В_ТЭЦ производят по удельным расходам топлива на выработку электрической энергии и тепла на ТЭЦ:

(11.26)

(11.27)

где и - удельные расходы топлива на выработку электрической энергии и тепла;

Э и Q - количество отпускаемых с ТЭЦ электрической энергии и тепла.

Данный способ обладает определенной наглядностью, что позволяет анализировать процессы выработки электрической энергии и тепла на ТЭЦ и определять мероприятия по повышению ее эффективности.

Определение удельных расходов топлива на выработку электрической энергии и тепла на ТЭЦ производится следующим образом.

При выработке электрической энергии только комбинированным методом на внешнем тепловом потреблении (противодавленческая турбина) для представленного на рис. 11.1 простейшего случая (без регенерации и промышленного перегрева) расход пара в турбине при выработке 1 кДж электроэнергии, в соответствии с энергетическим балансом составляет:

, (11.28)

где i_н и i_т - энтальпия пара на входе и выходе турбины, кДж/кг; h_эм - электромеханический КПД турбины и генератора.

Расход тепла на выработку 1 кДж электроэнергии:

. (11.29)

Удельный расход топлива в парогенераторе:

, (11.30)

где - КПД парогенераторов ТЭЦ; Q^р_н - удельная теплота сгорания топлива.

Удельный расход условного топлива с Q^р_н = 29,31 кДж/г при = 0,92 и _эм = 0,98 составит:

г/кДж (143 г/кВт×ч) ,

что примерно в 2 раза ниже, чем при выработке электроэнергии на КЭС.

В реальных условиях при определении b^э_т дополнительно учитывают КПД теплового потока h_т.п и расходы на собственные нужды:

. (11.31)

Удельный расход топлива на выработку тепла на ТЭЦ определяется по выражению:

. (11.32)

Общий расход топлива на ТЭЦ:

. (11.33)

Для оценки энергетического совершенства ТЭЦ применяют также показатель относительной (удельной) выработки электроэнергии на внешнем потребителям тепла равно

, (11.34)

где Э_т - количество вырабатываемой электроэнергии на внешнем тепловом потреблении; Q_в.т - количество отпущенного тепла внешним потребителям из отборов турбин ТЭЦ.

Чем больше величина , тем больше экономия топлива, получаемая при комбинированном варианте по сравнению с раздельным вариантом, так как больше вырабатывается электроэнергии на ТЭЦ комбинированным методом.

При выработке 1 кДж электроэнергии количество отпущенного внешним потребителям тепла равно

, (11.35)

где d - расход пара в турбине при выработке 1 кДж электроэнергии, определяемый по формуле (11.28); i_т и - энтальпия соответственно пара, отбираемого для внешнего теплового потребителя, и конденсатора, возвращаемого в цикл станции от внешнего потребителя, поэтому удельная выработка электроэнергии непосредственно на внешнем тепловом потреблении определяется по выражению:

. (11.36)

где Н_т = i_н -i_т - действительный теплоперепад пара в турбине; i_н - энтальпия пара на входе в турбину.

При регенеративном подогреве паром из отборов конденсата (возвращаемого от внешнего теплового потребителя в цикл станции) от температуры t_к.т до температуры t_п.в происходит комбинированная выработка электроэнергии на внутреннем потреблении.

Относительная выработка электроэнергии на внутреннем тепловом потреблении определяется по выражению:

, (11.37)

где Э^р_т и Э^т_т - количество вырабатываемой электроэнергии соответственно на паре, отбираемом для подогрева конденсата, возвращаемого от внешнего потребителя, и непосредственно для внешнего теплового потребления; Н_р и Н_т - действительные теплоперепады пара в турбине, отбираемого на регенерацию и на внешнее тепловое потребление; i_р -энтальпия пара в условном регенеративном отборе, определяемом из условия, что температура насыщения пара равна ; и t_п.в - энтальпия и температура питательной воды на выходе ТЭЦ; и t_к.т - энтальпия и температура конденсата, возвращаемого от внешнего теплового потребителя.

Суммарная удельная комбинированная выработка электроэнергии на тепловом потреблении составляет:

, (11.38)

где - удельная комбинированная выработка электроэнергии непосредственно на внешнем тепловом потреблении, определяемая по формуле (11.8).

Суммарное количество электроэнергии, вырабатываемой на тепловом потреблении:

Э_т = Э^т_т + Э^р_т = Q_в.т . (11.39)

Данное количество электроэнергии вырабатывается на ТЭЦ с удельным расходом топлива b^э_т, определяемым по формуле (11.6).

Значения и на современных коммунальных ТЭЦ оставляют, примерно,

= 0,4¸0,6 и = 0-,15¸0,2.

При применении на ТЭЦ турбин типа Т и ПТ часть электроэнергии вырабатывается по теплофикационному циклу, часть - по конденсационному. Общее количество электроэнергии является суммой двух слагаемых:

Э_ТЭЦ = Э_т + Э_т.к , (11.40)

где Э_т - количество электроэнергии, вырабатываемой по теплофикационному циклу, то есть на внешнем тепловом потреблении; Э_т.к - количество электроэнергии, вырабатываемой по конденсацион-ному циклу, то есть на паре, проходящем через конденсатор.

При этом расход топлива на производимую электрическую энергию определяется по выражению:

В^э_т = b^э_т Э_т + b^э_т.к Э_т.к . (11.41)

Удельный расход топлива на ТЭЦ на вырабатываемую по конденсационному циклу часть электроэнергии b^э_т.к определяется по тем же формулам, что и значение b_КЭС на КЭС. Однако численные значения b^э_т.к в реальных условиях получаются больше, чем значения b_КЭС, по следующим причинам:

1) единичные мощности турбин и начальные параметры пара на ТЭЦ, как правило, меньше, чем на КЭС;

2) среднегодовой внутренний КПД теплофикационных турбин h_oi ниже, чем у конденсационных, из-за дополнительных потерь в регулирующих органах, меньших мощностей и переменного режима их работы;

3) давление в конденсаторах турбин на ТЭЦ, как правило выше, чем на КЭС, из-за различий в конструкциях конденсаторов и переменных режимов их работы, а также худших условий водоснабжения.

Величина Э_т подсчитывается по формуле (11.10) или при различных давлениях пара в отборах по формуле

, (11.42)

где , ... - удельная выработка электроэнергии на отборах пара с давлениями р₁, р₂, ... р_i, определяемая по формуле (11.9); Q_т1, Q_т2, ... Q_тi - количество отпускаемого тепла в отборах пара с давлением р₁, р₂, ... р_i.

Величина Э_т.к подсчитывается по формуле (11.11), так как полная выработка электрической энергии на ТЭЦ - Э_ТЭЦ определяется установленным оборудованием и обычно известна.

Количество отпускаемого тепла из различных отборов турбин ТЭЦ может быть определено по площади, покрываемой за счет каждого отбора, на годовом графике тепловой нагрузки.

Для примера рассмотрим простейший случай, когда турбина имеет один регулируемый отбор пара с давлением р^отб = 0,12-0,25 МПа, нагрузка чисто отопительная, регулирование отпуска тепла центральное качественное при расчетных температурах воды в теплосети 150/70^оС.

По методике, изложенной в главе 1, строим в определенном масштабе часовой график расхода тепла в зависимости от температуры наружного воздуха и годовой график тепловой нагрузки. Под часовым графиком расхода тепла строим графики температур сетевой воды в зависимости от наружной температуры так, как это показано на рис. 11.8.

На графике температур воды проводим параллельно оси абсцисс ограничивающие линии, показывающие максимально возможные температуры подогрева сетевой воды при предельных (крайних) давлениях в отборе пара. Для низшего давления в отборе р^отб₁ = 0,12 МПа температура насыщенного пар составляет t^нас₁ = 104^оС. Эта линия проводится примерно при температуре 94^оС, для верхнего давления р^отб₁₁ = 0,25 МПа и t^нас₁₁= 127^оС - при 117^оС (с учетом недогрева сетевой воды в теплообменниках, равного Dt = 10^оС).

При давлении р^отб₁ = 0,12 МПа покрывается тепловая нагрузка до тех пор, пока температура сетевой воды в подающей линии не будет равна 94^оС. В диапазоне температур воды от 94 до 117^оС происходит постепенное увеличение давления в отборе до предельного верхнего значения р^отб₁₁ = 0,25 МПа. Перегрев воды выше 117^оС производится в пиковых подогревателях.

Максимальная тепловая нагрузка, покрываемая при давлении в отборе р^отб₁ = 0,12 МПа, определяется в режиме, когда температура сетевой воды становится равной 94^оС, пропорционально отрезку АБ, так как при этом будет максимальная разность температур воды между подающей и обратной линиями (при качественном методе регулирования расхода воды в теплосети постоянен и величина тепловой нагрузки пропорциональна разности температур воды).

Опуская перпендикуляр из точки А, находим температуру наружного воздуха t^I_н.в, по значению которой из часового графика тепловой нагрузки определяем величину тепловой нагрузки Q_АБ и затем расположение ее на годовом графике тепловой нагрузки (отрезок 5 - 9).

Рис. 11.8. Покрытие годовой тепловой нагрузки отборами турбин ТЭЦ

Количество тепла, равно площади 5 - 7 - 8 - 9 - 5, потребляется при температурах наружного воздуха t^I_н.в > t^I_н.в (то есть при t < 94^оС). Покрывается оно нижним давлением в отборе р^отб_I = 0,12 МПа.

При снижении температуры наружного воздуха ниже t^I_н.в происходит постепенное увеличение давления в отборе из условия, что тепловая нагрузка подогревателя сохраняется постоянной. Это достигается путем поддержания температуры воды после подогревателя по линии АВ, параллельной линии БГ (при качественном регулировании G = const, поэтому для поддержания Q_оп = const надо, чтобы Dt = const).

При температуре наружного воздуха t^II_н.в достигается максимальное значение температуры воды после подогревателя, равное 117^оС, которое обеспечивается предельным верхним давлением в отборе р^отб_II = 0,25 МПа. При этом количество тепла, покрываемое отбором пара с давлением от 0,12 до 0,25 МПа, будет равно площади 10 - 4 - 5 - 9 - 10.

При снижении температуры наружного воздуха ниже t^II_н.в после подогревателя сохраняется постоянная температура воды, равная 117^оС. При этом температура воды в обратной линии растет по линии ГЕ, поэтому производительность подогревателя падает. При температурах t^I_н.в > t^II_н.в производительность подогревателя может быть определена пропорционально разностям температур воды (или величинам отрезков на графике температур воды). Например, при расчетной для отопления температуре наружного воздуха имеем:

. (11.43)

Определив по аналогичному выражению тепловые нагрузки при двух-трех промежуточных значениях температур наружного воздуха и отложив их на годовом графике, проводим линию 2 - 4. Площадь 1 - 2 - 4 - 10 -1 определяет количество тепла, покрываемое в годовом разрезе при давлении в отборе пара р^отб_II = 0,2 МПа. Оставшееся количество тепла - площадь 2 - 3 - 4 - 2 покрывается пиковыми подогревателями (пиковыми водогрейными котлами).