Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии

В городах и промышленных районах наряду с потребителями электрической энергии почти всегда имеются также и потребители тепловой энергии. К ним относятся системы отопления, а также различные технологические установки, служащие для подогрева, варки и сушки материалов. Расход теплоты на отопление в большой степени зависит от времени года, достигая максимальной величины в наиболее холодные зимние месяцы и почти полностью исчезая в летнее время.

Промышленные потребители обычно нуждаются в теплоте в течение всего года. Большое экономическое преимущество может быть достигнуто при комбинированной выработке электроэнергии и теплоты. При этом в котле вырабатывается пар повышенного давления, который направляется в турбину, где расширяется только до давления, необходимого тепловому потребителю. Конденсируясь в технологических аппаратах нагрева или сушки, пар отдает скрытую теплоту парообразования и в виде конденсата полностью или частично возвращается на ТЭЦ.

, чем в конденсационной турбине.

эквивалентные теплоте,

которая может быть превращена в работу в обеих установках.

) может быть в значительной степени использована. Иначе говоря, вместо того чтобы вырабатывать электроэнергию на конденсационной электростанции, теряющей до 60—65% теплоты с охлаждающей водой конденсаторов, и, кроме того, сжигать топливо для удовлетворения нужд тепловых потребителей, можно при комбинированной выработке энергии использовать почти всю теплоту, содержащуюся в паре, т.е. почти всю площадь 1хахЪсс&1х. При этом теплота эквивалентной площади используется для выработки электроэнергии, а теплота, изображаемая площадью 11а1е1211, передается тепловому потребителю.

В большинстве случаев электрическая энергия, которую целесообразно вырабатывать на базе теплового потребления, не покрывает всей потребности района. Поэтому к установкам, отработавший пар которых направляется к тепловым потребителям, добавляются чисто конденсационные установки. Однако чем большее количество электроэнергии вырабатывается на базе теплового потребления, тем меньше необходимая мощность конденсационных установок и тем меньше количество теплоты, непроизводительно отдаваемой охлаждающей воде.

Для того чтобы оценить выигрыш теплоты при комбинированной выработке энергии, сравним установки, принципиальные схемы которых показаны на рис. 1.21, а и б. На первой схеме представлены две установки, в которых электроэнергия раздельно вырабатывается генератором, приводимым конденсационной турбиной, а теплопотребление обеспечивается самостоятельной котельной. На рис. 1.21, б представлена схема установки для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии. Установка состоит из турбины с противодавлением, отработавший пар которой отводится к тепловому потребителю, и конденсационной турбины. Пар к обеим турбинам подается из одного котла.

. При сравнении вариантов примем, что энтальпия

воды на входе в котел в обеих установках одинакова и равна кк.

Для упрощения последующих расчетов заметим, что электрической мощности М:) соответствует внутренняя мощность

Тогда расход теплоты в раздельной установке будет равен

соответственно. Мощность этих турбин составит

определится из выражения

Тогда расход теплоты при комбинированной выработке энергии (рис. 1.21,6) будет равен

, требуемой потребителем,

, найденного по формуле (1.23),

определяем экономию теплоты, достигнутую в результате комбинированной выработки энергии:

потребителю:

Коэффициент % характеризует выработанную мощность на базе теплового потребления.

Из формулы (1.28) видно, что экономия в расходе теплоты в первую очередь зависит от коэффициента Кроме того,

влияет абсолютный КПД конденсационной установки.

Очевидно, что чем ниже этот КПД, тем более рационально основную долю мощности при комбинированной выработке энергии создавать в турбине с противодавлением.

Оценка совершенства работы турбинной установки с противодавлением по абсолютному КПД теряет смысл, коль скоро вся или почти вся теплота отводимого пара используется полностью. Вместе с тем далеко не безразлично количество энергии, выработанной турбиной с противодавлением, так как чем оно больше, тем меньше расход пара в конденсационной турбине и тем, следовательно, меньше потери теплоты с охлаждающей водой. Поэтому для оценки установки, работающей с использованием теплоты отработавшего пара, вместо абсолютного КПД можно применить найденный выше коэффициент

Так же как и абсолютный КПД в конденсационной установке, коэффициент % зависит от располагаемого теплоперепада, и тем больше, чем меньше рп, и от относительного КПД турбины с противодавлением.

Если имеется не один, а несколько тепловых потребителей различного температурного уровня, то, очевидно, выгодно иметь несколько турбин, отдающих пар при различных противодавлениях. Можно также создать турбину с одним или несколькими отборами пара для внешних потребителей из разных промежуточных ступеней, т.е. при различных давлениях отбираемого пара.