Энергетическая эффективность теплофикации

Ранее указывалось (см. гл. 4), что для оценки экономичности теплофикационных циклов используют коэффициент использования тепла, представляющего отношение всего полезно использованного тепла (т.е. сумму теплоты, превращенной в турбине в работу, и тепла, использованного потребителем без его превращения в работу), ко всему количеству подведенного к рабочему телу тепла в цикле, т. е.

где Э — количество выработанной энергии; Q_t — количество тепла, отпущенного тепловому потребителю; В — количество сожженного топлива; Q?- низшая теплотворная способность топлива.

Соответственно для КЭС, где вырабатывается только электроэнергия, выражение (9.5) будет

которое дает правильную количественную оценку энергетической эффективности КЭС.

В реальных теплосиловых установках, помимо термодинамических потерь, имеют место потери в котельной, станционных трубопроводах и турбогенераторах. Эти потери учитываются общим КПД электростанции, который для КЭС равен:

I.

где т|_кс — КПД станционной котельной; л — КПД станционных трубопроводов; л, — термический КПД паросилового цикла; x_oj — относительный внутренний КПД турбины; г| - механический КПД турбины; л_г - электрический КПД генератора.

В энергетических расчетах часто применяют также следующие коэффициенты: л_эм = т|_мг|_г — электромеханический КПД турбогенератора; г|_оэ = л_о;Л_мЛ_г «относительный электрический КПД турбоагрегата; Л_э = ЛЛ, Л_МЛ_Г ~ абсолютный электрический КПД турбоагрегата.

Вышеприведенные коэффициенты для современных крупных тепловых электростанций примерно равны: л_кс ⁼ 0,85−0,92; л ⁼ 0,98−0,99; Л, = 0,45−0,5; л_о, ⁼ 0,80−0,85; л_м ⁼ 0,96−0,99; л_г ⁼ 0,98−0,99,^ему соответствует среднее значение л_кэс = 0,33−0,36.

Заметим, что выражение (9.5) не раскрывает полностью эффективность теплофикации, так как электрическая и тепловая энергия не равноценны. Электрическая энергия более совершенная, но ее выработка сопряжена с большими потерями, чем выработка теплоты. Следовательно, с увеличением на ТЭЦ выработки тепловой энергии за счет электроэнергии коэффициент использования теплоты на ТЭЦ повышается. Если на ТЭЦ будет вырабатываться только тепловая энергия, то КПД ТЭЦ будет равен КПД котельной установки. Снижение комбинированной выработки электроэнергии на ТЭЦ потребует выработать это же количество электроэнергии на КЭС энергосистемы с более низким КПД и вызовет дополнительный расход топлива, т. е. снизит эффективность теплофикации.

Энергетическую эффективность ТЭЦ можно оценить с помощью удельной выработки электрической энергии, отнесенной к единице теплоты, отпущенной потребителям из отборов турбины.

Удельная выработка электроэнергии на внешнем тепловом потреблении е_т определяется следующим образом. Электроэнергия, выработанная паром Д прошедшим через теплофикационную турбину, составит Э = D (i_o — /,) г|_эм. Теплота, отданная в подогревателе потребителю, составляет Q = D (i -/'), где — энтальпия конденсата, возвращаемая потребителем. Отсюда находим удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении

где Я_т — теоретический теплоперепад в турбине.

Величина е^ кВт ч, отнесенная к 1 ГДж (1 кВт ч = 3,6−10″ ³ ГДж), будет равна

Из выражения (9.9) следует, что е_т в основном зависит от #_т, т. е. энергетический эффект теплофикационной установки тем больше, чем выше начальные параметры пара перед турбиной и чем ниже давление пара, поступающего к потребителю теплоты. На рис. 9.3 приведены значения е_т для различных начальных параметров пара, применяемых в отечественных турбинах, и давлений пара, отбираемого на тепловое потребление (р_т).

Рис. 9.3. К определению е а — v-диаграмма расширения пара в турбине; б — удельная выработка электроэнергии на внешнем теплопотреблении (для п , = 0,78); /-/>" = 23,5 МПа, Г" = 580 °С; 2-р" = 12,7 МПа, /" = 565 °С; ' 3-р_с = 8,85 МПа, /" = 535 °С; 4-р₀ = 3,42 МПа, = 435 °С Кроме внешнего теплового потребителя на ТЭЦ имеются свои внутренние потребители теплоты (регенеративный подогрев питательной и химочищенной воды). На базе этого теплопотребления Q на теплоэлектроцентралях комбинированным методом дополнительно вырабатывается электроэнергия Э_р. Удельная выработка электроэнергии на базе внутреннего теплового потребления 6yi

полная удельная комбинированная выработка.

где к = е /е_т — относительная комбинированная выработка на внутреннем тепловом потреблении ТЭЦ.

Для приближенных расчетов можно принимать (к):

для турбин с промышленным отбором — П … 0,05−0,1.

для турбин с теплофикационным отбором — Т … 0,15−0,25.

При раздельном энергоснабжении тепловая энергия вырабатывается в районных или местных (индивидуальных) котельных, а электроэнергия — на конденсационных станциях. Схема энергоснабжения потребителей представлена на рис. 9.4.

Расход топлива в районной котельной определяют по формуле и соответственно в местной котельной

где Q — количество отпущенной теплоты (районной котельной); - низшая рабочая теплотворность топлива; Л_{к р} ^и _м ~ КПД районной и местной котельных; т_с — КПД тепловой сети; Ь?_т и удельные расходы топлива в районной и местной котельных (на единицу отпущенной теплоты).

Часть теплоты, отпущенной районной котельной, теряется в тепловой сети. Эти потери учитываются КПД тепловой сети. Следовательно, из отпущенной районной котельной теплоты в количестве Q потребитель получит лишь Qr_c (рис. 9.4, а).

В современных крупных системах теплоснабжения количество вырабатываемой теплоты удобно измерять в ГДж и в МВт ч (1 МВт-ч = 3,6 ГДж).

Рис. 9.4. Схема энергоснабжения потребителей: а — раздельный метод; б — комбинированный метод Тогда удельные расходы условного топлива, кг/ГДж, в районных котельных имеют следующий в.

).

*- — 1К. р 1К.р Удельные расходы условного топлива в местных котельных определяются по аналогичным выражениям с подстановкой вместо п величины п .

?к.р 'к.м Ниже приведены средние значения КПД котельных и тепловых сетей.

* Меньшее значение — при твердом топливе, большее — при газе.

** Меньшее значение — для отопительных котельных на твердом топливе, большее — для промышленных котельных на газе.