Тепловые и атомные электрические станции - часть 8

 

59

В этой формуле 

с.в

T

 – средняя температура сетевой воды, которая 

вычисляется по формуле 

в2

в1

с.в

в2

в1

lg

T

T

T

T

T

−

=

,                                        (3.60) 

где  

в1

в2

,

T T

 – температуры сетевой воды на входе в сетевой подогрева-

тель и выходе из него, К. 

Количество  эксергии,  полученное  внешним  потребителем,  или, 

что одно и то же, повышение работоспособности рабочего тела за счет 
полученной теплоты 

от

т

с.п

e

E

E

η

=

⋅

.                                        (3.61) 

В том случае, если имеют место несколько регулируемых отборов, 

определяется сумма эксергии потоков: 

от

т

с.п

1

z

j

e

j

E

E

η

=

⋅

∑

.                                    (3.62) 

Общая  эксергия  всех  энергетических  потоков,  отпущенных  теп-

лофикационным энергоблоком, определяется в виде 

бл

э

от

э

т

с.п

1

z

j

e

j

E

E

E

E

E

η

=

+

=

+

⋅

∑

.                       (3.63) 

Удельный расход топлива на единицу эксергии 

бл

e

B

b

E

=

.                                             (3.64) 

Удельный  расход  топлива  на  производство 1 кВт·ч  отпущенной 

электроэнергии 

э

e

b

b

=

.                                               (3.65) 

Удельный расход топлива на единицу отпущенной теплоты 

т j

e

e j

b

b

τ

= ⋅

;                                          (3.66) 

здесь 

e j

τ

 – эксергетическая  температурная  функция  соответствующего 

потока. 

Зная удельные расходы, можно определить абсолютные значения 

расхода топлива. 

Если  расчет  эксергии  проводится  по  отпущенным  потокам  энер-

 

60

гии, то расход топлива на производство электроэнергии будет иметь вид 

э

э

от.н

э

э

с.н

(

)

B

b Э

b

Э

Э

= ⋅

= ⋅

−

,                            (3.67) 

а расход топлива на производство теплоты для каждого внешнего 

потребителя будет определяться по формуле 

т

т

т

с.п

j

j

j

e

j

B

b

Q

η

=

⋅

⋅

.                                 (3.67а) 

Общий  расход  топлива  на  производство  теплоты  находится  про-

стым  суммированием  абсолютных  расходов  топлива,  затраченных  на 
каждый  поток.  Коэффициент  полезного  действия  теплофикационного 
энергоблока  (ТЭЦ)  по  производству  электроэнергии  вычисляется  по 
формуле 

э

э

бл

р

э

н

N

B Q

η

=

⋅

.                                          (3.68) 

Коэффициент  полезного  действия  теплофикационного  энергобло-

ка (ТЭЦ) по отпуску тепловой энергии внешнему потребителю опреде-
ляется по зависимости 

т

от

бл

р

т

н

N

B Q

η

=

⋅

.                                         (3.69) 

Для оценки тепловой экономичности ТЭЦ или отдельного тепло-

фикационного энергоблока используется эксергетический КПД 

от

от

 бл

р

н

e

Э

Е

B Q

η

+

=

⋅

. 

Здесь  

от

Э

 – отпущенная электроэнергия, равная 

э

с.н

Э

Э

−

. 

Особенность  энергетических  показателей  тепловой  экономично-

сти  ТЭЦ,  определенных  с  учетом  работоспособности  потоков  энергии, 
состоит в том, что они позволяют оценить тепловую эффективность ка-
ждого  потока.  Чем  выше  энергетический  потенциал  отбираемой  энер-
гии, тем больше будут затраты топлива на ее производство. Эксергети-
ческий КПД ТЭЦ в отличие от полного КПД, рассчитанного по балан-
совому  методу,  учитывает  влияние  начальных  параметров  и  внутри-
цикловые потери. Однако, позволяя оценивать эффективность совмест-
ного отпуска тепловой и электрической энергии ТЭЦ и проводить ана-
лиз совершенства самих циклов, эксергетический КПД ТЭЦ не опреде-
ляет эффективность теплофикации и экономию топлива в системе ТЭЦ. 
Это объясняется тем, что все рассмотренные показатели, в том числе и 
эксергетический  КПД,  относятся  к  самой  электростанции,  в  то  время 
как эффективность ТЭЦ определяется по сравнению с раздельным про-

 

61

изводством электрической и тепловой энергии. 

 

 

62

3.4. СРАВНЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ КОМБИНИ-
РОВАННОЙ И РАЗДЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТОК ТЕПЛОТЫ И 
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 
 

Эффективность  комбинированного  производства  электрической 

энергии и теплоты на ТЭЦ оценивается значением экономии топлива по 
сравнению с раздельной выработкой этих видов энергии. При раздель-
ном производстве используются конденсационная электростанция и па-
ровой котел низких параметров или котельная с водогрейными котлами. 

Экономия топлива на ТЭЦ определяется по разности расходов то-

плива  на  ней  и  на  раздельной  установке  при  производстве  электриче-
ской энергии и теплоты одного и того же количества и качества. 

В общем случае экономия топлива от теплофикации 

разд

комб

B B

B

Δ =

−

,                                     (3.70) 

где  

разд

КЭС

кот

B

B

B

=

+

 – затраты топлива при раздельной схеме;  

комб

ТЭЦ

B

B

=

 – затраты топлива при комбинированной схеме;  

КЭС

кот

,

B

B

 – расходы топлива на КЭС и в котельной;  

ТЭЦ

B

 – расход топлива на ТЭЦ. 

Так как на ТЭЦ подогрев сетевой воды осуществляется отборным 

паром, а при раздельной схеме используются паровые котлы низких па-
раметров,  при  оценке  экономичности  ТЭЦ  нужно  иметь  в  виду,  что  в 
реальных схемах теплоснабжения всегда есть дополнительные затраты, 
такие как потери энергии при транспортировании, капитальные затраты 
на  теплотрассы,  затраты  на  ремонт,  обслуживание  и  др.  Как  правило, 
эти затраты в случае теплоснабжения от ТЭЦ выше, чем при раздельном 
производстве,  так  как  местные  и  районные  котельные  располагаются 
ближе к потребителю и, следовательно, имеют меньшую протяженность 
трубопроводов  для  передачи  тепловой  энергии.  Кроме  того,  капиталь-
ные  затраты  на  сооружение  ТЭЦ  обычно  больше,  чем  на  сооружение 
раздельной установки. Поэтому теплоцентрали будут экономичнее раз-
дельной  установки,  когда  за  счет  экономии  топлива  на  них  окупаются 
перечисленные затраты. 

Экономию  топлива  от  теплофикации  удобно  определить,  сравни-

вая количества тепловой энергии, отпускаемой котлами ТЭЦ и раздель-
ной установкой, при условии их равноценности. 

Тепловая  энергия,  поступающая  на  вход  теплофикационной  тур-

бины ТЭЦ, в соответствии с (3.11) имеет вид 

 

63

ТЭЦ

0к.т

0к

т

т

Q

Q

Q

Q

ξ

=

=

+

⋅

 

 
где  

0к

Q

 – количество теплоты на входе теплофикационной турбоуста-

новки, необходимое для производства электроэнергии в конденсацион-
ном режиме и равное теплоте конденсационного турбоагрегата;  

т

Q

 – количество теплоты, отпускаемое тепловому потребителю. 

Тогда для раздельной установки 

разд

КЭС

т

к

т

Q

Q

Q

Q

Q

=

+

=

+

.                             (3.71) 

Экономия  тепловой  энергии  на  ТЭЦ  или  перерасход  теплоты  на 

раздельной установке вычисляется в виде 

разд

разд

ТЭЦ

Q

Q

Q

Δ

=

−

. 

С учетом зависимостей (3.11) и (3.71) имеем 

разд

т

т

(1

)

Q

Q

ξ

Δ

= −

⋅

.                                    (3.72) 

При этом экономия топлива составит 

т

т

р

н

тр

к

(1

)

Q

B

Q

ξ

η η

−

⋅

Δ =

⋅

⋅

.                                      (3.73) 

Если иметь в виду, что коэффициент ценности теплоты отборного 

пара 

т

ξ

 численно равен коэффициенту недовыработки 

т

y

, то 

0

т

т

т

к

1

h

h

h

h

ξ

−

−

=

−

. 

Экономия  топлива  на  теплофикационном  энергоблоке  по  сравне-

нию  с  раздельной  установкой  увеличивается  при  понижении  парамет-
ров отбираемого пара и, наоборот, уменьшается с их увеличением. Эко-
номия также увеличивается с ростом количества отборного пара. В свя-
зи  с  этим  невыгодно  эксплуатировать  ТЭЦ,  имеющую  высокие  пара-
метры пара регулируемых отборов. 

Для  производства  заданного  количества  электроэнергии  на  КЭС 

(конденсационном  энергоблоке)  затрачивается  количество  теплоты 

КЭС

0к

Q

Q

=

. На ТЭЦ (теплофикационном энергоблоке) для производства 

такого же количества электроэнергии и дополнительно количества теп-
лоты 

т

Q

  необходимо,  чтобы 

ТЭЦ

0к.т

0к

т

т

Q

Q

Q

Q

ξ

=

=

+

⋅

.  В  результате 

при дополнительном отпуске внешнему потребителю количества тепло-
ты 

т

Q

  энергетический  котел  теплофикационного  энергоблока  должен 

 

64

увеличить производство теплоты на величину 

т

т

Q

ξ

⋅

. В то же время па-

ровой котел низких параметров раздельной установки должен произве-
сти количество теплоты 

т

Q

 тех же параметров, что и отборный пар на 

ТЭЦ.  Следовательно,  экономия  топлива  на  ТЭЦ  (теплофикационном 
энергоблоке) будет определяться в виде 

т

т

т

р

р

н

тр

к

н

тр

к

Q

Q

B

Q

Q

ξ

η η

η η

⋅

Δ =

−

⋅

⋅

⋅

⋅

.                           (3.74) 

Для условного топлива и при равенстве КПД энергетического кот-

ла и котла низких параметров экономия топлива составит 

т

т

р

н

тр

к

(1

)

Q

B

Q

ξ

η η

−

⋅

Δ =

⋅

⋅

.                                      (3.75) 

Таким образом, экономия от теплофикации связана с уменьшени-

ем относительного расхода топлива в энергетическом котле комбини-
рованной  установки,  производящем  тепловую  энергию  более  высоких 
параметров,  чем  котел  низких  параметров  при  раздельном  производ-
стве.

 Экономия топлива зависит от параметров и количества тепловой 

энергии, отпускаемой внешнему потребителю. 

Очевидно, что экономия топлива достигается во всей энергетиче-

ской  системе.  При  наличии  таких  систем  необходим  расчет  их  эффек-
тивности. Одним из вариантов такого расчета может быть расчет с ис-
пользованием эксергии. 

Эксергия отпущенной суммарной энергии на ТЭЦ 

ТЭЦ

ТЭЦ

от

от

1

z

j

E

Э

Е

=

+

∑

.                                 (3.76) 

здесь  

от

j

Е

 – эксергия  тепловой  энергии,  отпущенной  из  j -го  регули-

руемого отбора.  

Эксергия отпущенной суммарной энергии на раздельной установ-

ке 

КЭС

разд

от

к.от

E

Э

E

=

+

, 

где  

КЭС

от

Э

 – электроэнергия, отпущенная потребителю от КЭС;  

к.от

E

 – эксергия теплоты, отпущенной котлами низких параметров 

раздельной установки. 

Удельный расход топлива на единицу эксергии энергии, отпущен-

ной потребителю от ТЭЦ 

 

65

ТЭЦ

э.к

ПВК

 ТЭЦ

ТЭЦ

от

от

1

е

z

j

B

B

b

Э

Е

+

=

+

∑

,                                 (3.77) 

и для раздельной установки 

КЭС

э.к

кот

 разд

КЭС

от

к.от

е

B

B

b

Э

E

+

=

+

,                                   (3.78) 

где  

ТЭЦ

э.к

ПВК

,

B

B

 – затраты топлива в энергетических котлах ТЭЦ и пи-

ковых водогрейных котлах (ПВК);  

КЭС

э.к

кот

,

B

B

 – затраты топлива в энергетических котлах КЭС и в ко-

тельных с котлами низких параметров. 

Экономия топлива от использования теплофикации составит 

(

)

ТЭЦ

от

от

 разд

 ТЭЦ

1

z

j

е

е

B

Э

Е

b

b

⎛

⎞

Δ =

+

−

⎜

⎟

⎝

⎠

∑

                     (3.77) 

Эффект экономии топлива при теплофикации по сравнению с раз-

дельным производством объясняется следующим образом. 

Если считать электрическую энергию и теплоту разного энергети-

ческого потенциала равноценными, то экономия получается в основном 
за счет сокращения передачи теплоты в конденсатор. В самом деле, со-
кращение передачи теплоты в конденсатор теплофикационного энерго-
блока по сравнению с конденсационным определяется в соответствии с 

зависимостью (3.16). Если  выразить 

т

т

т

т

Q

D

h

h

=

′

−

,  а 

т

т

к

к

h

h

h

h

′

′

−

≈

−   то 

формулы (3.16) и (3.72) совпадут. 

Отсюда  можно  сделать  вывод,  что  при  комбинированном  произ-

водстве обоих видов энергии экономия имеет место за счет сокращения 
передачи теплоты в конденсатор турбины. 

Если считать теплоту с различным энергетическим потенциалом и 

электроэнергию  качественно  различными  формами  энергии  (неравно-
ценными),  то  экономия  топлива  при  теплофикации  объясняется  иначе. 
Передача теплоты в системы отопления и технологических нужд в раз-
дельной установке происходит со свежим паром, а на ТЭЦ – с отборным 
паром  при  равных  их  количествах  и  одинаковых  параметрах.  Работо-
способности (эксергии) этих потоков равны.  Вместе с тем при исполь-
зовании  теплофикационных  турбоагрегатов  с  конденсацией  и  регули-
руемыми  отборами часть отборного пара (

т

т

y D

⋅

), а у турбин с проти-

 

66

водавлением весь пар (

т

D

) производят работу в проточной части. В раз-

дельной  установке  пар,  полученный  в  котельной  в  том  же  количестве 
(

т

D

), такой работы не производит. При использовании отборного пара 

он вырабатывается в котлах с параметрами выше, чем это необходимо 
для  производственных  или  отопительных  целей.  Следовательно,  рабо-
тоспособность (эксергия) этого пара после энергетического котла выше, 
чем  в  месте  отбора.  Срабатывая  свой  энергетический  потенциал  до 
уровня, существующего в месте отбора, пар выполняет работу в проме-
жуточной части турбины, что не происходит со свежим паром в котель-
ной. 

При этом надо иметь в виду, что количество (но не качество) теп-

лоты, равное 

т

т

D

ξ

⋅

 для теплофикационного потока пара (

т

α

) турбины с 

конденсацией  и  регулируемыми  отборами  и 

т

Q   для  всего  потока  пара 

турбины с противодавлением, будет одинаково как на входе в турбину, 
так и в месте отбора или выхлопа противодавления. Меняются качество 
тепловой  энергии  и  работоспособность  (эксергия),  но  не  количество. 
Конечно, при этом надо иметь в виду потери теплоты в нерегулируемых 
отборах и в окружающую среду. 

Таким  образом,  экономия  топлива  при  теплофикации  по  сравне-

нию с раздельной установкой связана с более высокой работоспособно-
стью (эксергией) пара энергетических котлов по отношению к пару, от-
пускаемому котлами низких параметров, или к воде на выходе из водо-
грейных котлов. 

 
 
 
 
Вопросы для самопроверки

 

 

1. В чем отличие показателей экономичности ТЭЦ от показателей эко-
номичности КЭС? 
2. Каков физический смысл коэффициентов недовыработки и ценности 
теплоты? 
3. Поясните различные варианты приведения к единому виду вырабаты-
ваемой на ТЭЦ энергии. 
4. Каковы преимущества комбинированной выработки энергии на ТЭЦ 
по сравнению с раздельной выработкой? 
5. Чему равна общая эксергия энергетических потоков теплофикацион-
ного блока с промышленным и теплофикационными отборами?