Файл: Теплоснабжения.doc

Рис.2.4. Схемы раздельной (а) и комбинированной (б) выработки электрической и тепловой энергии:

1 – энергетический котел; 2 – паровая турбина; 3 – конденсатор;

4 – питательный насос; 5 – водогрейный котел; 6 – тепловой

потребитель; 7 – сетевой насос; 8 – сетевой подогреватель
Наиболее правильно энергетическую эффективность теплофикации оценивать по экономии топлива В, получаемой при удовлетворении заданного теплового и электрического потребления:

В = В_р В_т,
где В_р – расход топлива при раздельной выработке электрической энергии на КЭС и теплоты в котельных, кг усл.т;

В_т – тоже при теплофикации, кг усл.т. (см. рис. 2.4).
2.2. Определение расхода топлива на выработку

электрической энергии и теплоты на паротурбинных ТЭЦ
Расход топлива на выработку электрической энергии и теплоты на ТЭЦ может быть определен как сумма двух слагаемых:
В_т = В_т.э. + В_т.т ,
где В_т.э – расход топлива на выработку электрической энергии,

кг усл.т;

В_т.т – расход топлива на выработку теплоты, кг усл.т.

Основными агрегатами большинства современных паротурбинных ТЭЦ являются теплофикационные турбины с отбором пара и конденсаторами. Эти турбины могут развивать, как правило, полную электрическую мощность независимо от нагрузки теплофикационных отборов, однако не всю электроэнергию они вырабатывают комбинированным методом. Часть электрической энергии вырабатывается в этих турбинах с использованием потока пара, поступающего в конденсатор, т.е. конденсационным методом. Поэтому полное количество электрической энергии, вырабатываемой на ТЭЦ, является в общем случае суммой двух слагаемых:

Э =Э_т + Э_{т.к ,}
где Э_т – комбинированная выработка, кВт ч;

Э_т.к – конденсационная выработка, кВт ч.

Расход топлива на выработку электрической энергии на ТЭЦ можно определить как

---

В_т.э = b^э_т Э_т + b^э_т.к Э_т.к,
где b^э_т – удельный расход топлива на выработку электрической энергии на базе теплоты, отводимой к тепловым потребителям, т.е. комбинированным методом, кг усл.т. / (кВт·ч);
где b^э_т.к – удельный расход топлива на выработку электрической энергии на базе теплоты, отводимой в окружающую среду, т.е. конденсационным методом, кг усл.т. / (кВт·ч).

Удельный расход топлива на комбинированную выработку электрической энергии:
b^э_т = 0,123 / (_к.с _эм),
где _к.с – КПД котельной электростанции с учетом потерь теплоты в паропроводах между котельной и машинным залом;

_эм – электромеханический КПД;

0,123 – количество условного топлива, кг, затрачиваемое на выработку 1 кВт ч электрической энергии.

Удельный расход условного топлива на выработку электрической энергии на ТЭЦ конденсационным методом определяется по формуле

b^э_т.к = 0,123 / (_к.с _im_oim_эм),
где _oim – внутренний относительный КПД конденсационного потока теплофикационной турбины;

_im – термический КПД конденсационного цикла теплофикационной турбоустановки,
_im = 1 - .
Здесь Т_к.т – температура отвода теплоты из конденсационного цикла теплофикационной турбины, равная температуре насыщения пара, отводимого из последней ступени турбины в конденсатор, К;

Средний удельный расход условного топлива на ТЭЦ с учетом как комбинированной, так и конденсационной выработки электрической энергии, кг усл.т. / (кВт·ч)

b_т.ср = (b^/_m Э_т + b^/_т.к Э_т.к) / Э.
По заданному значению полной выработки электрической энергии Э на ТЭЦ и известной выработке на базе теплофикации Э_тлегко найти величину

Э_т.к = Э – Э_т.
Количество теплоты ГДж, отпущенной с ТЭЦ, определяется согласно выражению

Q = Q_a /_c.m ,
где Q_a – теплота, отданная тепловым потребителям (абонентам), ГДж;

---

_c.m – КПД тепловой сети от ТЭЦ, учитывающий тепловые потери сети.

Общее количество теплоты, отпущенной от ТЭЦ, является суммой двух слагаемых:
Q = Q_m + Q_p ,
где Q_m – теплота из отборов турбин, ГДж;

Q_p – теплота, отпущенная непосредственно из энергетических котлов, ГДж.

Расход топлива на выработку теплоты на ТЭЦ составит:
B_m.m = b^m_m Q = ,
где b^m_m – удельный расход условного топлива на выработку теплоты на ТЭЦ, кг усл.т. / ГДж.

Удельный расход топлива на выработку теплоты на ТЭЦ
b^m_m = 34,1 / _к.с ,
Здесь 34,1 – количество условного топлива, кг усл.т, при сжигании которого выделяется 1 ГДж теплоты.
2.3. Определение расхода топлива на раздельную

выработку электрической энергии и теплоты
Расход топлива при раздельной выработке теплоты и электрической энергии также является суммой двух слагаемых:
В_р = В_р.э + В_р.т,
где В_р.э – расход топлива на выработку электрической энергии на КЭС, кг усл.т;

В_р.т – расход топлива на выработку теплоты в местных котельных потребителей или районной котельной кг усл.т.

На современных КЭС с развитой регенерацией электрическая энергия вырабатывается двумя методами: а конденсационным; б комбинированным на базе регенеративного подогрева конденсата.

Принципиальное отличие КЭС от ТЭЦ заключается в том, что в первых отсутствует комбинированная выработка электрической энергии на базе внешнего теплового потребления, поэтому доля чисто конденсационной выработки электроэнергии на КЭС значительно больше, чем на ТЭЦ. В конденсаторе паровой турбины пар конденсируется при температуре t_к. Полученный конденсат подогревается в регенеративных подогревателях паром их отборов турбины от температуры t_к до температуры питательной воды t_п.в. На базе этого подогрева комбинированным методом вырабатывается электрическая энергия.

Удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии на КЭС (с учетом комбинированной выработке на базе регенеративного подогрева конденсата) определяется по формуле, кг у.т. / (кВт·ч)

---

b^э_к = 0,123 / (_к.с_tк_оiк_э.м);
Здесь _оiк – внутренний относительный КПД конденсационной турбины;

_tк – термический КПД конденсационного цикла.
_tк = ,
где Т₀ – средняя температура подвода теплоты в цикле, К;

Т_к – температура отвода теплоты из конденсационного цикла, равная температуре насыщения пара, отводимого из последней ступени турбины в конденсатор, К.

Если не учитывать потери электрической энергии в сетях дальней электропередачи, то сравнения расходов топлива на ТЭЦ и КЭС можно проводить при условии одинаковой выработки электроэнергии в сравниваемых вариантах.

Для выработки энергии на КЭС того же количества электрической энергии, что и на ТЭЦ требуется затратить условного топлива, кг·усл.т.
В_р.э = b^э_к Э,
где b^э_к – удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии на КЭС, определяемый по выше приведенному выражению.

Расход топлива на выработку теплоты при раздельной системе теплоснабжения находим по зависимости, кг·усл.т / ГДж,
В_р.т = b^m_кQ_a / _c.к = 34,1Q_a / (_к_с.к) ,
где b^m_к – удельный расход топлива на выработку теплоты в котельной, b^m_к = 34,1 / _к , кг·усл.т. / ГДж;

_с.к – КПД тепловой сети от котельной;

_к – КПД котельной.
2.4. Определение абсолютной экономии топлива при

теплофикации на паротурбинных ТЭЦ
Абсолютная экономия топлива при теплофикации по сравнению с раздельной выработкой электрической энергии на тепловых КЭС и теплоты в котельных может быть представлена как сумма двух слагаемых:

В = В_э + В_т,
где В_э – разница в расходах условного топлива на КЭС и ТЭЦ на выработку одного и того же количества электроэнергии, кг·усл.т.;

В_т

---

– разница в расходах условного топлива в котельных и на ТЭЦ для теплоснабжения одной и той же группы потребителей, кг·усл.т.

В современных условиях при широком развитии наряду с теплофикацией централизованного теплоснабжения от районных и промышленных котельных основное значение при определении В имеет первое слагаемое В_э , равное экономии топлива за счет комбинированной выработки электрической энергии на ТЭЦ. Второе слагаемое имеет значение только при сопоставлении теплоснабжения от ТЭЦ и от котельной.

Разница в расходах условного топлива на КЭС и на ТЭЦ на выработку одного и того же количества электрической энергии может быть определена по формуле Л.А. Мелентьева:
В_э = Э_т(b^э_к - b^э_т) – Э_т.к (b^э_т.к - b^э_к) ,
Первое слагаемое – это экономия топлива, получаемая благодаря комбинированной выработке на ТЭЦ электрической энергии на базе теплофикации. Второе слагаемое представляет собой перерасход топлива на ТЭЦ из-за выработки на ней электрической энергии конденсационным методом.

Как видно из формулы Л.А. Мелентьева, экономия топлива возрастает при уменьшении выработки на ТЭЦ электрической энергии конденсационным методом. С помощью данной формулы может быть найдена критическая доля комбинированной выработки на базе теплофикации, при которой В_э = 0.
_т = (b^э_т.к – b^э_к) / (b^э_т.к – b^э_т) ,
где _т = Э_т / Э – отношение теплофикационной выработки электроэнергии к полной выработке электроэнергии на ТЭЦ.

Экономия топлива при выработке электроэнергии на ТЭЦ получается только при _т _т.

Повышение начальных параметров пара на ТЭЦ до уровня параметров современных мощных электростанций существенно увеличивает получаемую экономию топлива 

---