Парогазовые теплофикационные установки (стр. 2 из 3)

Рис.3. Схема теплофикационной паросиловой установки (а) и цикл ее работы (б)

Таким образом, вместо конденсационного цикла 123451 реализуется теплофикационный цикл 12'3'451, в котором количество теплоты, отдаваемой холодному источнику (пл. 2'3'ab2^,)_i.

Использование горячих газов в качестве источника высокой температуры в прямом теплофикационном цикле раствора дает не только нужное тепло для нагревательных целей, но и механическую энергию для двигателя. Таким путем необратимые потери обычных систем отопления могут быть сокращены. Процессы рабочего тела в цикле должны обеспечивать минимальные необратимые потери. В определенных условиях это достигается выбором соответствующей концентрации раствора или применением многоступенчатых циклов. Многоступенчатые циклы приближают рабочие процессы и источника, в результате чего сокращаются необратимые потери.

При выборе источника теплоты следует помнить, что увеличение выработки электроэнергии по теплофикационному циклу приводит к снижению удельного расхода топлива на вырабатываемую электрическую энергию.

Чем ниже давление отбираемого пара, тем больше экономия топлива от дополнительно вырабатываемой по теплофикационному циклу электроэнергии и, следовательно, тем больше снижается себестоимость энергии. По принятому в настоящее время физическому методу распределения топлива между двумя видами энергии на ТЭЦ вся экономия топлива от комбинированного производства этих видов энергии получает отражение в уменьшении удельных расходов топлива и соответственно, себестоимости электрической энергии.

Параметры теплоносителя, выходящего из установки, делают возможным его применение в основном в теплофикационном цикле с коэффициентом использования около 3000 - 4000 ч в год с кратковременным зимним максимумом. Выдача шлаков металлургическими печами производится равномерно в течение года, поэтому установки такого типа не получили распространения в цветной металлургии.

Цикл паротурбинной теплофикационной установки — установки для комбинированной выработки электроэнергии и теплоты — представлен на рис. 4[4].

Рис.4. Цикл паротурбинной теплофикационной установки

Температура пара после турбины (точка 2) в теплофикационном цикле около 100 °С и выше), а роль конденсатора выполняет сетевой подогреватель. Естественно, что из-за увеличения конечного давления от р₀до р₂ работа цикла уменьшится на величину заштрихованной фигуры 200'2'2.

Взамен этого потребителю будет отпущено количество теплоты, равное площади прямоугольника 2'2bа2'. Соотношение между этими площадями можно представить как (Т₂ - T₀)(s_b - s_a) / T₂(s_b - s_a) = (T₂ - T₀) IТ₂.

Если принять Г₀ = 300 К, Т₂ = 400 К, то (Т₂ - Т_о)/Т₀ == 1/4, т.е. за счет 1 кДж электроэнергии потребителю отпускается 4 кДж теплоты. В этом основное преимущество теплофикационных циклов.

В рассмотренной теплофикационной установке весь пар после турбины направляется в сетевой подогреватель, как это показано на рис. 4., но возможна схема, в которой только часть пара из отбора турбины поступает к сетевым подогревателям, а остальной поток пара проходит через всю турбину и конденсатор.

Как видно, в идеальном случае ( при отсутствии потерь в окружающую среду) в таком теплофикационном цикле тепло, подведенное к рабочему телу от горячего источника, используется целиком; однако это не противоречит второму закону термодинамики, так как только часть этого тепла преобразуется в механическую энергию, как это и устанавливается вторым законом термодинамики.

Как видно из рис.5[5]. преимуществом данной схемы является возможность эффективного круглогодичного использования отработавшего пара, а также круглогодичная работа турбины по теплофикационному циклу.

На ТЭЦ, имеющих низкий удельный вес конденсационной мощности ( до 20 %) и высокую долю выработки электроэнергии по теплофикационному циклу, удельные расходы условного топлива на 1 квт ч, отпущенный с шин, составляют 220 - 240 г / квт ч и ниже.

Рис.5. Схема комплексного использования тепла отработавшего пара летом и зимой: 1 — пароочиститель; 2 — производственный агрегат; 3 — парогенератор; 4 — теплофикационная турбина; 5 — потребитель электроэнергии; 6 — потребители тепла; 7 — потребитель холода; 8 — конденсатор; 9 — теплообменник; 10 — холодильная установка; 11 — бак питательной воды; 12 — питательный насос

В энергосистемах, имеющих в своем составе электростанции разных типов - гидроэлектростанции, теплоэлектроцентрали и конденсационные электростанции, распределение нагрузок производится с учетом значительных сезонных колебаний производства электроэнергии на гидроэлектростанциях и выработки электроэнергии по теплофикационному циклу на ТЭЦ исходя из их технической и экономической характеристики.

При транспорте теплоты от дальних ТЭЦ, расположенных на большом расстоянии от районов теплоснабжения, часто экономически оправдывается существенное повышение расчетного перепада температур сетевой воды в транзитной тепловой сети[6].

Это позволяет значительно сократить расчетный расход сетевой воды в транзитной магистрали, что приводит к снижению диаметров транзитных магистралей, а следовательно, и к уменьшению начальных затрат на их сооружение, а также к снижению расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя по транзитной тепловой сети.

Правда, при этом снижается удельная комбинированная выработка электрической энергии на дальних ТЭЦ вследствие использования для подогрева сетевой воды пара из отборов более высокого давления, а следовательно, повышения средней температуры отвода теплоты из теплофикационного цикла.

Задача заключается в выборе оптимального перепада температур сетевой воды в транзитной магистрали, при котором суммарный эффект от снижения затрат на сооружение тепловых сетей и на транспорт теплоты с учетом потерь от снижения комбинированной выработки электрической энергии получается максимальным.

Для этой цели проводится технико-экономическое сравнение нескольких значений расчетных перепадов температур в транзитной магистрали и выбирается оптимальное решение.

Правда, при этом снижается удельная комбинированная выработка электрической энергии на дальних ТЭЦ вследствие использования для подогрева сетевой воды пара из отборов более высокого давления, а следовательно, повышения средней температуры отвода теплоты из теплофикационного цикла.

При сравнении фактических удельных расходов топлива с техническими нормами удельных расходов топлива по конденсационному циклу на этой ТЭЦ может оказаться экономия топлива, в то время как неиспользование отборов (работа по конденсационному, а не теплофикационному циклу) 1вызывают значительный перерасход топлива.

Следовательно, работа ТЭЦ по сравнению с техническими нормами применительно к фактическому режиму работы получит положительную оценку, чем скрывается недопустимое положение с использованием теплофикационных отборов.

При существующей методике определения технико-экономических показателей промышленные котельные и ТЭЦ не заинтересованы в увеличении возврата конденсата, так как небольшая экономия от снижения тепловых потерь при продувке с избытком перекрывается перерасходом условно-постоянных затрат и недовыработкой электроэнергии по теплофикационному циклу.

Расположение газомазутных пиковых котельных в районах тепло-потребления позволило рассматривать их совместную работу с АТЭЦ по последовательной схеме соединения, которая обладает двумя основными преимуществами по сравнению с параллельной схемой: во-первых, возможностью отпуска теплоты от АТЭЦ с более низкими параметрами отбираемого пара, что приводит к увеличению выработки электроэнергии по теплофикационному циклу; во-вторых, возможностью работы АТЭЦ, тепловых сетей и пиковых котельных по условному температурному графику, понятие которого основано на принципе качественного регулирования отпуска теплоты. Количество теплоты от теплоисточника регулируется путем изменения температуры сетевой воды при постоянном ее расходе.

Различают четыре основных направления использования побочных (вторичных) энергоресурсов: топливное - непосредственное использование горючих ПЭР в качестве топлива; тепловое - использование потребителями теплоты, получаемой непосредственно в качестве ПЭР или вырабатываемый за счет ПЭР в утилизационных установках, к этому направлению относится также выработка холода за счет ПЭР в абсорбционных холодильных установках; силовое - использование потребителями механической или электрической энергии, вырабатываемой в утилизационных установках (станциях) за счет побочных энергоресурсов; комбинированное - использование потребителями теплоты и электрической ( или механической) энергии, одновременно вырабатываемых за счет ПЭР в утилизационных установках ( утилизационных ТЭЦ) по теплофикационному циклу.

Комбинированный процесс выработки электрической и тепловой энергии, осуществляемый на ТЭЦ, отличается более высокой степенью использования теплоты топлива.

Если энергоснабжение промпредприятия осуществляется по комбинированной схеме от ТЭЦ, то работа теплоутилизационной установки снижает величину отпуска теплоты от теплофикационных турбин. Это в свою очередь сокращает количество электроэнергии, вырабатываемой по теплофикационному циклу. Недовыработка электроэнергии на заводской ТЭЦ должна быть восполнена электроэнергией, вырабатываемой по конденсационному циклу с высокими удельными расходами теплоты, что вызывает перерасход топлива.