содержание .. 5 6 7 8 ..

Тепловые и атомные электрические станции - часть 7

Удельный расход топлива, затраченного на производство единицы

теплоты, переданной внешнему потребителю,

т.э

т.от

. (3.30)

Здесь

т.от

ту

тр

B Q

η η η

⋅

⋅ ,

тогда удельный расход, г/кДж, условного топлива

т.э

ту

тр

бл

29,31

η η η

⋅

Общий расход топлива составляет

B B

. (3.31)

Он также может быть определен по зависимости

0к.т

тр

η η

⋅

. (332)

Для оценки общей тепловой эффективности ТЭЦ или отдельного

теплофикационного энергоблока при расчетах по балансовому методу
используют полный (общий) КПД

полн

ТЭЦ

(иногда в технической литера-

туре его можно встретить под названием «коэффициент использования
теплоты топлива»).

Полный КПД ТЭЦ есть отношение суммарной энергии, отпускае-

мой ТЭЦ, к израсходованной теплоте топлива:

полн

т.от

ТЭЦ

B Q

⋅

, (3.33)

где

N – электроэнергия, выработанная на клеммах генератора;

т.от

– количество теплоты, полученной внешним потребителем.

Показателем, характеризующим эффективность производства

электроэнергии на теплофикационном турбоагрегате, служит удельная
выработка электроэнергии на тепловом потреблении:

. (3.34)

Здесь

N – электроэнергия, производимая отборным паром с рас-

ходом

D в проточной части до места его отбора. При расчете

N необ-

ходимо учитывать влияние пара нерегулируемых отборов, если они су-
ществуют.

Если не учитывать влияние нерегулируемых отборов и наличие

промежуточного перегрева пара, то

от.к

(

)

(

)

⋅

−

⋅

−

. (3.35)

Удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении

увеличивается при росте начальных параметров, уменьшении давления
и температуры отборного пара, увеличении

проточной части и ко-

личества отбираемой тепловой энергии.

Энергетические показатели теплоэлектроцентралей, рассчитанные

балансовым методом, имеют ряд особенностей. Расход топлива на про-
изводство электроэнергии ТЭЦ, определяемый по (3.22), учитывает ко-
личественные величины тепловой энергии, но не учитывает их энерге-
тические потенциалы. Числитель (3.22) представляет собой разность ко-
личества теплоты

0 к.т

, переданной энергетическим котлом на вход

турбины, и количества теплоты

Q , отпущенной с паром регулируемого

отбора. Однако энергетический потенциал (температура и давление) па-
ра с количеством теплоты

0 к.т

всегда выше, чем пара с количеством

теплоты

Q , если последний отбирается из проточной части. Падение

энергетического потенциала происходит за счет предварительной рабо-
ты потока пара с расходом

D , впоследствии направляемого к теплово-

му потребителю, которому передается количество теплоты

Q Предва-

рительная работа происходит на участке проточной части от входа пара
в  турбину  до  места  отбора.  Затраты  топлива  на  производство  этой  до-
полнительной работы в формуле (3.22) не учитываются. Это приводит к
тому,  что  абсолютный  и  удельный  расходы  топлива  на  производство
электроэнергии  завышаются,  а  на  производство  теплоты,  отпускаемой
внешнему потребителю, – занижаются.

Затраты топлива на отпущенную тепловому потребителю тепло-

вую энергию зависят только от КПД энергетического котла

и не за-

висят от энергетического потенциала отбираемого пара.

В результате удельный расход топлива на единицу теплоты, пере-

данной внешнему потребителю, будет один и тот же независимо от мес-
та отбора пара. Например, при

0,92

тр

0,99

ту

0,98

удельный расход условного топлива на единицу переданной теплоты,
рассчитанный по (3.30), будет равен 38,2 кг/ГДж как для пара промыш-
ленного отбора, так и для пара, отбираемого из конденсатора при работе
установки на ухудшенном вакууме.

Определение полного КПД ТЭЦ по зависимости (3.33) основыва-

ется на производственной равноценности теплоты и работы. Если не

учитывать потери в окружающую среду, механические, электрические,
а также потери в котле, то для теплофикационного энергоблока, рабо-
тающего по тепловому графику, т.е. без конденсации пара в конденса-
торе (

= ,

= ), полный КПД будет равен единице. Для ТЭЦ с тур-

бинами  с  противодавлением  полный  КПД  также  будет  равен  единице.
Он  не  будет  меняться  ни  при  изменении  начальных  параметров  пара
или значения противодавления, ни при увеличении потерь в проточной
части.  Можно  даже  произведенный  в  энергетическом  котле  пар  сразу
дросселировать до нужных потребителю параметров, все равно полный
КПД  ТЭЦ  останется  равным  единице.  Он  будет  изменяться  только  по
мере  введения  на  теплофикационном  турбоагрегате  конденсационной
выработки электроэнергии.

Те же значения будет иметь КПД ТЭЦ по производству электро-

энергии. Для ТЭЦ с турбинами с противодавлением и для ТЭЦ с тепло-
фикационными турбинами, работающими в режиме противодавления
(

= ,

= ), он всегда будет равен единице.

Удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении со-

ответствует  только  потоку  пара,  расширяющемуся  по  теплофикацион-
ному  циклу,  и  поэтому  не  определяет  экономичность  турбоагрегата  в
целом.  Для  сравнения  между  собой  ТЭЦ  с  разными  начальными  пара-
метрами  пара  и  параметрами  пара  регулируемых  отборов  формула
(3.32)  непригодна.  Возникают  трудности  при  определении  э с  учетом
влияния  пара  нерегулируемых  отборов  и  промежуточного  перегрева,  а
также других факторов.

Определение энергетических показателей с учетом первого и вто-

рого  законов  термодинамики.  Поскольку  тепловая  и  электрическая
энергии  качественно  неравноценны,  то  для  их  сопоставления  нужна
единая мера, позволяющая количественно оценить каждый вид энергии
с учетом качественных особенностей. Нужен общий эквивалент для то-
го,  чтобы  выработанную  ТЭЦ  энергию – теплоту  и  электричество –
привести  к  единому  по  качеству  виду.  С  этой  целью  можно  всю  энер-
гию,  вырабатываемую  на  ТЭЦ,  перевести  в  электрическую,  определив
возможную  выработку  электроэнергии  отборным  паром,  который  на-
правляется в проточную часть турбины. Другим вариантом может быть
использование коэффициента ценности теплоты отборного пара, учиты-
вающего  снижение  его  энергетического  потенциала  в  проточной  части
от ввода в турбину до места отбора. Используется также общая мера для
определения качества энергий. Такой мерой может служить максималь-
ная работоспособность рабочего тела – эксергия. Эксергия – работа, со-
вершаемая рабочим телом, осуществляющим цикл Карно между двумя

источниками теплоты, когда в качестве нижнего источника служит ок-
ружающая среда с температурой

T , К.

В любом случае необходимо учитывать требования второго закона

термодинамики, в соответствии с которыми электрическая энергия и те-
плота, производимые на ТЭЦ, должны быть приведены к единому по
качеству виду.

Рассмотрим вариант с пересчетом тепловой энергии отборного па-

ра в электрическую. Отборный пар, имеющий энтальпию

h , может вы-

работать электроэнергию, составляющую

(

)

η η

⋅

−

⋅

⋅ ,

где

h – энтальпия пара в конденсаторе.

В том случае, если имеется несколько регулируемых отборов,

(

)

η η

⋅

−

⋅

∑

, (3.36)

где

– число отборов;

h – расход пара и его энтальпия в соответствующем регули-

руемом отборе.

Суммарная энергия, произведенная турбоагрегатом и приведенная

к электроэнергии, имеет вид

эф

+ Δ . (3.37)

Тогда удельный расход топлива на единицу суммарной приведен-

ной электроэнергии можно записать в виде

эф

, (3.38)

где

B – общий расход топлива в энергетическом котле [см. (3.32)].

Расход топлива на производство электроэнергии

эф

N b

⋅

а расход топлива на производство отпущенной тепловой энергии

эф

N b

= Δ

⋅

. (3.40)

Удельный расход топлива на выработку 1 кВт·ч электроэнергии

эф

. (3.41)

Удельный расход топлива на производство единицы теплоты, пе-

реданной внешнему потребителю, рассчитывается по зависимости
(3.30). Полученный по этой формуле удельный расход топлива есть

средний удельный расход для всех потоков переданной теплоты. При

нескольких отборах в знаменателе (3.30)

т.от

∑

Коэффициент полезного действия теплофикационного энергобло-

ка (ТЭЦ) по производству электроэнергии рассчитывается по формуле

бл

B Q

⋅

. (3.42)

Коэффициент полезного действия теплофикационной турбоуста-

новки по производству электроэнергии определяется в виде

ту

тр

B Q

η η

⋅

. (3.43)

Для определения коэффициента полезного действия теплофикаци-

онного энергоблока (ТЭЦ) по отпуску тепловой энергии внешнему по-
требителю можно использовать зависимость

т.от

бл

B Q

⋅

. (3.44)

Однако для получения правильного результата величину

Q надо

привести к такому же энергетическому потенциалу, как и

Q .

Для оценки эффективности обоих видов энергии используется

КПД, называемый энергетическим, который для теплофикационного
энергоблока или ТЭЦ определяется как

эн

бл

B Q

+ Δ

⋅

. (3.45)

Для теплофикационной установки энергетический КПД имеет вид

эн

ту

0к.т

+ Δ

. (3.46)

Этот КПД аналогичен электрическому КПД конденсационной

турбоустановки.

Вариант с использованием коэффициента ценности теплоты

отборного пара.

Коэффициент ценности теплоты отборного пара численно равен

относительной величине недовыработанного из-за отбора пара теплопе-
репада в проточной части. В соответствии с зависимостью (3.2) он из-
меняется от 1 для свежего пара до 0 для пара на входе в конденсатор.

Для турбоустановок без промежуточного перегрева пара с учетом

того, что коэффициент ценности теплоты отборного пара

и коэффи-

циент недовыработки

y практически равны друг другу, коэффициент

можно определить в соответствии с зависимостью (3.2). Для турбин с

промежуточным перегревом пара

п.п

−

+ Δ

−

, (3.47)

где

п.п

– изменение энтальпии пара в промежуточном перегревателе.

Зависимость (3.47) справедлива для потока отборного пара после

промежуточного перегрева.

Следовательно, потоки тепловой энергии можно складывать, если

каждый будет умножен на свой коэффициент ценности. Противоречия
со вторым законом термодинамики здесь нет.

С учетом изложенного расход теплоты для производства электро-

энергии теплофикационного турбоагрегата будет иметь вид

0 к.т

−

⋅ ,

при наличии отборов

0 к.т

т.от

−

⋅

∑

. (3.48)

Тогда расход топлива на производство электроэнергии

тр

η η

⋅

. (3.49)

Расход топлива на производство тепловой энергии для внешнего

потребителя

тр

η η

⋅

. (3.50)

или при наличии нескольких отборов

тр

η η

⋅

∑

. (3.51)

Удельные расходы топлива определяются по зависимостям (3.24)

и (3.30). Как  и  в  предыдущем  варианте,  удельный  расход  топлива  на
производство  единицы  переданной  внешнему  потребителю  теплоты,
рассчитанный  по  зависимости (3.30), является  средним  для  всех  отбо-
ров, если в знаменателе этой зависимости

т.от

∑

Коэффициенты полезного действия по производству электроэнер-

гии для теплофикационного энергоблока (ТЭЦ) и для теплофикацион-
ной турбоустановки вычисляются по (3.42) и (3.43).

Коэффициент полезного действия для теплофикационного энерго-

блока (ТЭЦ) по отпуску тепловой энергии внешнему потребителю рас-
считывается по зависимости (3.44) с обязательным приведением к од-
ному энергетическому потенциалу величин

т.от

Для совместной оценки тепловой экономичности производства

тепловой и электрической энергии используется КПД

э.т

B Q

⋅

. (3.52)

Значение этого КПД практически совпадает со значением энерге-

тического КПД, рассмотренного в предыдущем варианте, так как вели-
чина

⋅

характеризует работоспособность потока отборного пара,

которая равна

Δ .

Эксергетический метод

Максимальная работоспособность потока тепловой энергии – эк-

сергия – в термодинамике определяется как

E Q

⎛

⎞

= ⋅ −

= ⋅

⎜

⎟

⎝

⎠

, (3.53)

где

T T – абсолютные температуры окружающей среды и верхнего

источника теплоты;

– эксергетическая температурная функция.

Величина

−

есть термический КПД цикла Карно, осуществ-

ленного » температурном интервале от

T , до

T . В случае, если переда-

ча теплоты в верхнем тепловом источнике проходит при переменной
температуре, рассчитывается средняя температура отвода теплоты

ср

−

, (3.54)

здесь

, , ,

h h s s – энтальпии и энтропии начального и конечного со-

стояний пара.

С учетом этого зависимость (3.53) запишется в виде

ср

E Q

⎛

⎞

= ⋅ −

= ⋅

⎜

⎟

⎜

⎟

⎝

⎠

. (3.55)

Для определения энергетических показателей с использованием

эксергии вначале вычисляются эксергии всех энергетических потоков.
Эксергия потока отборного пара

⋅

. (3.56)

Если имеют место несколько регулируемых отборов, то необхо-

димо суммировать эксергии всех тепловых потоков

e j

⋅

∑

. (3.57)

При расчете эксергии теплоты, полученной внешним тепловым

потребителем, например с сетевой водой, необходимо эксергию отбор-
ного пара умножить на эксергетический КПД сетевого подогревателя

с.п

, который определяется по формуле

с.в

с.п

, (3.58)

где

с.в

– эксергетическая температурная функция сетевой воды,

с.в

= −

. (3.59)

содержание .. 5 6 7 8 ..