3 Анализ

Применяемые меры по экономии энергии затрагивают органические топлива, что может увеличить долю электроэнергии в структуре потребления энергетических ресурсов, учитывая высокий КПД использования электроэнергии. При производстве тепловой и электрической энергии перспективы развития имеет комбинированная выработка тепла и электроэнергии.

При покрытии пиков отпуск тепла невелик и использование его для комбинированной выработки тепла и электроэнергии неэффективно, дополнительная экономия топлива не окупает дополнительных капитальных затрат [22]. 

Управление потреблением двух видов энергии (тепловой и электрической) осуществляется независимо. Существует альтернатива комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии относится к наиболее эффективных технологий рационального потребления энергии, которая предполагает более полное ее использование. Потребление энергии из источника комбинированной выработки можно расценить как более эффективное, с экологической точки зрения, потребление. Основным преимуществом использования этой технологии является: более рациональное использование первичной энергии; более низкий уровень выбросов при использовании более эффективного и прогрессивного первичного двигателя; снижение затрат при энергоснабжении.

Установка комбинированной выработки оборудовано всеми необходимыми компонентами. В тепловом двигателе энергия топлива сначала преобразуется в механическую, затем посредством генератора- в электрическую и через соответствующие устройства поступает в распределительную сеть. Отходящее тепло двигателя или турбины используется в технологическом процессе и заменяет тепло котельных. Размеры установки комбинированной выработки зависят, от требований по теплоснабжению для обеспечения полного использования произведенной тепловой энергии [22].

4 Применение новых опорных знаний

Пример 2.1, (с.16) [19]. Определить расход пара на турбину номинальной электрической мощностью МВт, отпускающий из отбора пар в количестве т/ч. Давление в отборе МПа; начальные параметры пара перед турбиной МВт, . Давление в конденсаторе турбины кВт. Средний внутренний относительный КПД турбины; электромеханический КПД турбогенератора .

Решение. Располагаемый теплоперепад пара на турбину из h, s-диаграммы водяного пара при изоэнтропном процессе расширения пара в турбине равен Н_о=1460кДж/кг (h_о=3440кДж/кг; h_ks=1980кДж/кг). С учетом внутреннего относительного КПД турбины определяем действительную энтальпию пара в отборе h_отб=2962 кДж/кг и энтальпию пара в конденсаторе h_к=2200кДж/кг.

Коэффициент недовыработки мощности отборным паром по формуле (8.18):

где h₀ -начальная энтальпия пара, кДж/кг;

h_к – энтальпия пара в конденсаторе, кДж/кг;

h_отб –энтальпия пара в отборах на ПВД, кДж/кг.

, т/ч (9.12)

т/ч

5 Синтез

Пример. Определить удельную (отнесенную на 1 ГДж и на 1 Гкал теплоты выработанной на станции) экономию условного топлива при теплофикации по сравнению с раздельной схемой энергоснабжения промышленного предприятия имеющего технологическую тепловую нагрузку.

Определить также относительную экономию топлива при теплофикации (отношение экономии топлива при теплофикации к расходу) топлива при раздельной схеме энергоснабжения) [9].

Теплофикационный вариант: -ТЭЦ с начальными параметрами пара р_о=13 МПа¹ и t_о=555^оС противодавление турбин р_п=0,7 МПа температура питательной воды t_п.в=230^оС, температура конденсата t_к.т=100^оС внутренний относительно КПД турбин ТЭЦ η_оi=0,82 и электромеханический КПД η_эм=0,97.

Вариант с раздельной схемой энергоснабжения: КЭС с начальными параметрами пара ро=24 МПа и tо=540оС параметры пара после промежуточного перегрева р_п.п=4 МПа и t_п.п=540^оС, потеря давления в промежуточном перегревателе р_п.п=0,5 МПа, давление в конденсаторе р_к=0,004 МПа, температура питательной воды t_п.в=260^оС. Внутренний относительной КПД турбин КЭС η_оi=0,84 электромеханический КПД η_эм=0,98, КПД котельной КЭС и η_к.с=0,9 КПД промышленной котельной η_р.к=0,82

Потерей теплоты внутренних трубопроводов ТЭЦ, КЭС и котельной пренебречь. Выработку элнектроэнергии ТЭЦ и КЭЦ, а также КПД тепловых сетей в обоих вариантах считать одинаковыми. Приведенные выше КПД являются средним.

Параметры пара и изоэнтропный перепад условного регенеративного отбора турбин КЭС:

tр=0,5(tп.в+ tк)=0,5(260+29)=145 оС; рр=0,416 МПа; Нк//=445 кДж/кг; Нк.р//=600 кДж/кг:

кДж/кг (9.13)

кДж/кг (9.14)

_{Отношение выработки электрической энергии за счет регенеративного подогрева конденсата на КЭС к чисто конденсационной выработке:}

(9.15)

Внутренние абсолютные КПД конденсационных турбин КЭС без учета и с учетом регенерации:

(9.16)

(9.17)

Удельные расходы условного топлива на выработку электрической энергии на КЭС и теплоты в промышленной котельной:

(9.18)

(9.19)

или

(9.20)

Экономия условного топлива при теплофикации по сравнению с раздельной схемой энергоснабжения, отнесенная к единице выработанной

теплоты (1 ГДж и 1 Гкал):

За счет комбинированной выработки электрической энергии на ТЭЦ:

, (9.21)

_или

(9.22)

_{За счет более экономичной выработки теплоты на ТЭЦ^}

(9.23)

или

(9.24)

_{За счет обоих указанных факторов}

кг/ГДж;

кг/ГДж.

_{Суммарная экономия условного топлива при теплофикации по сравнению с раздельной схемой энергоснабжения, отнесенная к полному условного топлива раздельной схеме энергоснабжения:}

(9.25)

Отметим, что проведенный сравнительный расчет не учитывал в рассматриваемых вариантах различия в потерях электроэнергии в электрических сетях, в потерях теплоты в тепловых сетях и в расходах электроэнергии на собственные нужды.

Для сравнения расходов пара из котла в случаях комбинированного и раздельного способов производства электроэнергии при отпуске одного и того же количества электроэнергии и теплоты на ТЭЦ будет больше, чем при комбинированном, на 28,09т/ч [9].

6 Формирование аналогов опорного знания мысленными

образами

При комбинированном производстве энергии вся экономия топлива полностью относиться к выработке электроэнергии и теплоты. При равных затратах топлива энергетическими котлами ТЭС и равных количествах и параметрах отпускаемых видов энергий себестоимость производства электроэнергии будет меньше, а теплоты — больше.

Если требуется в некоторый момент количество электроэнергии N_э (в единицу времени) и количество тепла Q_Т, то технически проще всего получить их раздельно. Можно построить конденсационную паротурбинную установку (ПТУ) электрической мощностью N_э с глубоким вакуумом, создаваемым конденсатором, который охлаждается водой. 

При ее температуре t_охл.в = 15 -20 °С можно получить давление в конденсаторе р_к = 0,04 - 0,06 ат (3-4 кПа), а температура конденсирующе-

гося пара будет составлять в соответствии t_к = 30 -35 °С.

Задачу производства электроэнергии и тепла можно решить по-другому. Вместо конденсатора на КЭС можно установить сетевой подогреватель, от которого получать количество теплоты Q_Т. Поскольку нагретая сетевая вода должна иметь температуру 110 °С, то давление в сетевом подогревателе и за паровой турбиной должно быть не 0,05 атм. (как в конденсаторе турбины КЭС), а на уровне 1,2 атм . При этом давлении образующийся из конденсирующего пара конденсат будет иметь температуру примерно 120 °С, что и обеспечит нагрев сетевой воды до 110 °С. 

В одной энергетической установке вырабатывается одновременно электрическая энергия и тепло в требуемых количествах. Производство тепла и электроэнергии называют комбинированным. простейшая теплофикационная ПТУ позволяет легко понять преимущество комбинированной выработки.

Экономичность работы турбоустановки с теплофикационной турбиной зависит от соотношения расходов пара в сетевой подогреватель и конденсатор: чем оно больше, тем больше экономия топлива.  теплофикация всегда приводит к экономии топлива, примерно в 15 %. пар, идущий в сетевой подогреватель, вырабатывается энергетическим, а не водогрейным котлом. Для транспортировки пара нужны паропроводы большего диаметра на высокие, иногда сверхкритические параметры пара. Теплофикационная турбина и ее эксплуатация существенно сложнее, чем конденсационная. В конденсационном режиме теплофикационная турбина работает менее экономично, чем конденсационная. 

Тепловые и температурные элементы выполняют главные функции в формировании тепловой мощности с требуемыми параметрами пара.

Лекция 10 «Тепловые и температурные элементы»