Парогазовые теплофикационные установки

В процессе выработки электроэнергии на теплоэлектростанциях большое количество тепла передается холодному источнику — охлаждающей конденсатор воде и, таким образом, бесполезно теряется. Количество тепла, отдаваемого холодному источнику, можно уменьшить за счет увеличения термического к. п. д. цикла, однако полностью устранить нельзя, так как в соответствии со вторым законом термодинамики передача определенного количества тепла холодному источнику является неизбежной.

Если устранить передачу тепла холодному источнику в принципе невозможно, то нельзя ли использовать это тепло?

Как известно, для производственных и бытовых нужд потребляется значительное количество тепла в виде горячей воды и пара в разного рода технологических процессах, для отопления зданий и горячего водоснабжения.

Для того чтобы иметь возможность использовать тепло, отдаваемое конденсирующимся паром, нужно увеличить давление в конденсаторе, т. е. увеличить температуру, при которой конденсируется этот пар. Повышение нижней температуры цикла приведет к некоторому уменьшению величин термического к. п. д. и, следовательно, к уменьшению выработки электроэнергии при тех же, что и раньше, затратах топлива. Поэтому с точки зрения экономичности собственно цикла такая операция является невыгодной.

Однако возможность получения больших количеств тепла для технологических и бытовых нужд за счет некоторого сокращения выработки электроэнергии оказывается весьма выгодной (избавляет от необходимости сооружать специальные отопительные котельные, как правило, небольшие, имеющие сравнительно невысокий к. п. д. и поэтому требующие повышенного расхода топлива, а также нерационально использующие тепло высокого температурного потенциала при сжигании топлива для нагрева низкотемпературного рабочего тела, что невыгодно из-за уменьшения работоспособности системы).

Комбинированная выработка на электростанциях электроэнергии и тепла называется теплофикацией , а турбины, применяемые на таких электростанциях, — теплофикационными .

Тепловые электростанции, осуществляющие комбинированную выработку электроэнергии и тепла, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ) в отличие от чисто конденсационных электростанции (КЭС), производящих только электроэнергию.

В тех случаях, когда прилегающие к тепловым электростанциям районы должны потреблять большие количества тепла, целесообразнее прибегать к комбинированной выработке тепла и электроэнергии, чем снабжать эти районы теплом от специальных котельных, а электроэнергией — от конденсационных электростанций. Установки, служащие для комбинированной выработки тепла и электроэнергии, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ); они работают по так называемому теплофикационному циклу .

Следовательно, применение на ТЭЦ оборудования, работающего на повышенных параметрах пара, приводит к значительному увеличению выработки электрической энергии по теплофикационному циклу и обеспечивает соответствующую экономию топлива и снижение себестоимости энергии.

Для осуществления теплофикационного цикла и снабжения потребителей паром или горячей водой на ТЭЦ устанавливают теплофикационные турбины различных типов. Наиболее распространены турбины с регулируемыми отборами пара нужного давления. Такие турбины работают по свободному электрическому графику с одновременным свободным регулированием тепловой нагрузки.

Обычно применяют два типа парогазовых теплофикационных установок с КУ: парогазовые ТЭЦ и газотурбинные ТЭЦ. Их простейшие тепловые схемы приведены на рис. 1. Теплота выходных газов ГТУ на ГТУ-ТЭЦ используется в КУ или в газоводяном теплообменнике для отпуска теплоты (рис. 1, а). На парогазовых ТЭЦ возможно применение как турбин с противодавлением (рис. 1 б), так и паровых турбин типа КО (с конденсатором и сетевой теплофикационной установкой)[1] .

Рис.1. Принципиальные тепловые схемы а — простейшей ГТУ-ТЭЦ; б — простейшей ПГУ-ТЭЦ. Обозначения: КУ — котел-утилизатор; ТП — тепловой потребитель; К — компрессор; КС — камера сгорания

Термодинамическую эффективность теплофикационных циклов невозможно оценить их термическим КПД.

Термический КПД теплофикационного цикла ниже термического КПД соответствующего конденсационного цикла, в котором пар расширяется в турбине до очень низкого давления ( р2 3 - 5 кПа), производя при этом полезную работу, и превращается в охладителе в конденсат, а отнятая от него в конденсаторе теплота полностью теряется с охлаждающей водой. Это объясняется тем, что в теплофикационном цикле конечное давление пара / значительно превосходит обычное давление вконденсаторе паровой турбины, работающей по конденсационному циклу.

Энергоблок работает по теплофикационному циклу и производит электроэнергию и поставляет горячую воду для дальнего теплоснабжения.

При работе по теплофикационному циклу выбор сравнительного теоретического цикла зависит от характера нагреваемого источника.

Если не использовать особенности теплофикационного цикла , то тепло перегревания пара отводится охлаждающей водой.

Вместо конденсационного цикла 12345 получим теплофикационный цикл , в котором количество тепла, отдаваемого холодному источнику не выбрасывается, а используется на тепловые нужды.

Средняя температура отвода теплоты из теплофикационного ци