8 Пути повышения эффективности циклов пту конденсационного типа. Способы карнотизации циклов

Используемый в современных ПТУ цикл Ренкина реализуется следующим образом: в паровом котле происходит испарение воды; в пароперегревателе – перегрев пара при постоянном давлении; далее в паровой турбине пар адиабатно расширяется, совершая работу; в конденсаторе – конденсируется при постоянном давлении; конденсат подается насосом в экономайзер, где он подогревается, а затем снова в котел.

Чтобы повысить эффективность паросилового цикла, предложен ряд мер для его модернизации. Так, увеличение давления на входе в турбину р₁с целью повышения термического к.п.д. приводит к увеличению влажности отработавшего пара (точки 2_Ии 2_Пна рисунке), что отрицательно сказывается на работе паровой турбины и весьма нежелательно. Чтобы избежать этого, организуют цикл с промежуточным перегревом пара.

 

Диаграммы цикла с вторичным перегревом пара

 

В § 5 было показано, что эффективным способом повышения термического к.п.д. цикла является рекуперация отводимой теплоты. В паросиловых установках с этой целью часть пара, отработавшего в первой ступени турбины, забирают и направляют в специальный теплообменник (его называют подогревателем конденсата), где этот пар отдает часть своей теплоты и подогревает конденсат из конденсатора перед поступлением его в котел.

Рассмотрим схему теплосиловой установки с рекуперацией теплоты и диаграмму h–s ее термодинамического цикла.

7 Конденсационные и теплофикационные пту. Термодинамический эффект от теплофикации.

Теплофикационныминазываются установки, в которых вырабатывается электрическая энергия и тепло в виде технологического пара или горячей воды для отопления, горячего водоснабжения.

Источником тепла может быть пар, отработавший в турбине, или производственный отбор пара, направляемый потребителю.

Различают три типа теплофикационных ПТУ:

· противодавленческие;

· с ухудшенным вакуумом;

· с регулируемым отбором пара.

В противодавленческих установках и установках с ухудшенным вакуумом источником тепла является пар, отработавший в турбине (рис.9.20, 9.21).

Обозначения: ПК – паровой котел; П – пароперегреватель; Т – турбина,  КП – конденсатор – подогреватель; ТП – тепловой потребитель; ЭГ – электрогенератор; Н – насос. Цифры на схеме (рис. 9.20) соответствуют узловым точкам обратимого цикла (рис. 9.21)

 

В противодавленческих установках давление пара на выходе из турбины (p₂) больше атмосферного (p₂> 1 бар,t_s> 100^оС); в установках с ухудшенным вакуумомp₂<1 бар,t_s<100^оС.

В теплофикационных установках, представленных на рис. 9.20, 9.21, давление пара на выходе из турбины p₂= 0,5 – 1,5 бар, что соответствует температуре насыщенияt_s= 81 – 111^оС и позволяет получить горячую воду с температурой примерно на 10^оС ниже.

Работа, получаемая в турбине, и теплота, отдаваемая потребителю, рассчитывается по формулам:

.

Мощность установки по выработке электроэнергии

и тепловая мощность

прямо пропорциональны расходу пара G, кг/с, т. е. жестко связаны между собой (если увеличить расход, то увеличиваются иN, иQ_ТП). На практике это неудобно, т. к. графики потребности в электроэнергии и теплоте почти никогда не совпадают.

От этого недостатка свободны теплофикационные установки с регулируемым производственным отбором пара.

Схема и цикл такой установки представлены на рис. 9.22, 9.23.

 

Обозначения: ПК – паровой котел; П – пароперегреватель; СВД, СНД – ступени высокого и низкого давлений турбины; ТП – тепловой потребитель;  К – конденсатор; ЭГ – электрогенератор; Н – насос; G,G_ТП– соответственно полный расход пара и расход пара, направляемого тепловому потребителю. Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла (рис. 9.23)

Мощность установки по выработке электроэнергии

и тепловая мощность

независимы благодаря возможности регулирования расхода пара, отпускаемого потребителю (G_ТП).

При необходимости можно предусмотреть два или более регулируемых отбора с разными параметрами пара. Установки с производственным регулируемым отбором пара широко распространены на ТЭЦ.

Эффективность работы теплофикационных установок оценивается эксергетическим КПД

.

Эксергия тепловой мощности

,

где

.

Здесь h_K,s_K– параметры возвращаемого потребителем конденсата.

Сравнение по тепловой экономичности конденсационнных (вырабатывающих только электроэнергию) и теплофикационных паротурбинных установок позволяет сделать следующие выводы:

1. Эксергетический КПД теплофикационных паротурбинных установок выше эксергетического КПД конденсационных установок за счет уменьшения потерь эксергии в конденсаторе.

2. При раздельном производстве теплоты и электроэнергии (конденсационная ПТУ + котельная) расход топлива больше, чем при совместной их выработке на теплофикационной ПТУ, в среднем на 15–20 %.

6. Типы паротурбинных установок. Цикл Ренкина.