Термодинамические основы производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ, КЭС и в районных (стр. 2 из 4)

На рис.1 дана схема ТЭЦ с одним отопительным регулируемым отбором пара (промышленный отбор не совмещается с отопительным из–за больших давлений в нем (до 1,5 МПа) и в данной методике не рассматривается). В отопительном отборе давление не превышает 0,25 МПа.

Перегретый пар, вырабатываемый в котле 1 с перегревателем, поступает в турбину 2, состоящую из двух цилиндров: цилиндра высокого давления (ЦВД – эквивалент ЧВД) и цилиндра низкого давления (ЦНД – эквивалент ЧНД). Между ЦВД и ЦНД имеется патрубок для регулируемого отбора пара. Всё количество пара D_Bпосле прохождения через ЦВД разделяется на два потока. Один поток (его будем обозначать D_отб) через патрубок регулируемого отбора поступает в устройство 8, которое условно изображает внешний тепловой потребитель (теплофикационный пароводяной поверхностный подогреватель), и в регенеративный подогреватель 7. Другой поток, его будем обозначать D_K, следует в ЦНД и затем в конденсатор 3.

Таким образом,

D_B = D_отб + D_K.

Если количество пара, идущее к внешнему потребителю, равно D_T, а в систему регенерации поступает D_P, то

D_отб = D_T + D_P.

Подставляя второе уравнение в первое, получим:

D_B = D_T + D_P + D_K –

данное уравнение отражает материальный баланс установки.

Пар в количестве D_K поступает в ЦНД и выходит из него с параметрами P₆ и i₆, а затем следует в конденсатор 3. Из последнего выходит конденсат в количестве D_K с энтальпией i^’₆ и конденсатным насосом 4 направляется в питательный бак (деаэратор) 5, из которого насосом 6 попадает в регенеративный подогреватель 7, куда поступает и пар из отбора с энтальпией i₄ (действительное состояние пара в отборе). Количество пара D_P должно быть таким, чтобы весь конденсат был нагрет до t_отб – температуры насыщения при давлении отбора P_отб. Пар из отбора при этом конденсируется, и общее количество конденсата, покидающего регенеративный подогреватель при энтальпии i^’_4, составляет D_K+ D_P. Пар, поступивший к тепловому потребителю, вследствие отдачи тепла конденсируется, и конденсат с энтальпией i^’₄ при выходе из теплого потребителя с конденсатом такой же энтальпии, поступающим из регенеративного подогревателя. Суммарное количество конденсата составляет D_K+ D_P + D_Tи согласно формуле равно D_B. Это количество конденсата, равное количеству пара D_B, которое возвратилось в котел.

На схеме так же рассматривается водяная система теплоснабжения. Сетевая вода теплофикационного пароводяного подогревателя (теплопотребитель 8) с максимальной температурой порядка 120 ˚C (в зависимости от температурного графика) по тепловой сети поступает

к абонентам 8^’ и расходуется на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. При необходимости получения более высокой температуры вода догревается в пиковом водогрейном котле 11. Обратная сетевая вода (система теплоснабжения обычно выполняется двухтрубная), имеющая в различные периоды температуру 40-70 ˚C, подогревается дополнительно в теплофикационном пункте 13 конденсатора, что обеспечивает наиболее полное использование тепла отработавшего пара низкого давления. Для этого требуется повышение давление пара в конденсаторе. Наибольшее давление в конденсаторе устанавливаются, главным образом, в зимний период, когда турбина развивает полную электрическую мощность на базе теплофикационного отбора пара. В связи с этим подогрев сетевой воды в теплофикационном пучке выгоднее производить в холодное время года, а в остальное время – использовать теплофикационный пучок для подогрева холодной воды. Если теплофикационный пучок постоянно используется для подогрева сетевой воды, давление в конденсаторе должно выдерживаться от 0,012 до 0,045 МПа. Циркуляция воды в сетях и подогревателях обеспечивается сетевым 10 и вспомогательным 14 насосами. Утечка воды в тепловых сетях восполняется системой подпитки 12.

Схема ТЭЦ с одним отопительным регулируемым отбором пара:

Рис.1

1- котел

2- турбина

3- конденсатор

4- конденсатный насос

5- деаэратор

6- насос

7- регенеративный подогреватель

8- внешний тепловой потребитель

8'- абоненты

9- насос

10- сетевой насос

11- пиковый водогрейный котел

12- система подпитки

13- теплофикационный пучок конденсатора

14- вспомогательный насос

2.3.Термодинамический расчёт комбинированной схемы производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ.

Исходные данные:

N_H=12,59МВт; P₁ = 8,93МПа; t₁=425˚C; η_k=η_пг=0,88; η_oi′ / η_oi″ = 0,9/0,92;

P_отб = 800 кПа; P_k= P₂ =4,75 кПа; D_отб^H=9,5 кг/с; η _М = 0,88; η эл = 0,92.

Наносим на i-S диаграмму водяного пара точку 1 на пересечении изобары P₁ и i₁. Определяем остальные параметры пара по диаграмме. Они имеют следующие значения:

i₁=3190кДж/кг, V₁=0,034м³/кг, S₁=6,42 кДж/кг·К

С целью проверки правильности найденных параметров определим их с помощью таблиц перегретого пара. Воспользуемся уравнением прямой, проходящей через 2 точки:

Для температуры 425˚С i_P=8 =3202,5 кДж/кг, i_P=9 =3184 кДж/кг.

(P-8)/(9-8)=(i-3202,5)/(3184-3202,5)

i₁=3185,3 кДж/кг

Для температуры 425˚С V_P=8 =0,03629 м³/кг, V_P=9 =0,031775 м³/кг.

(P-3)(8-3)=(V-0,03629)/(0,031775 - 0,03629)

V₁=0,03209 м³/кг.

Для температуры 425˚С S_P=8 =6,455 кДж/кг·К, S_P=9 =6,3805 кДж/кг·К.

(P-3)(8-3)=(S-6, 455)/(6,3805 - 6,455)

S₁=6,3857 кДж/кг·К.

На пересечении энтропии S₁ и давлении P_k= P₂ =4,75 кПа на i-S диаграмме строим точку 2. В точки 2 пар влажный насыщенный. Определим его параметры по диаграмме:

i₂ =1940 кДж/кг, x₂ =0,74, V₂ = 23 м³/кг, t₂ =30˚С.

Проверим правильность определения параметров. Из таблиц сухого насыщенного пара для давления P_k= P₂ =4,75 кПа вспомогательные величины имеют следующие значения:

t_н =31,9315˚С, V′ =0,001005 м³/кг, V″ =29,66 м³/кг, i ′ =133,915 кДж/кг,

r =2425 кДж/кг, S′ =0,4634 кДж/кг·К.

Используя формулы: S= S′ + (r·x)/ t_н,

6,3857= 0,4634 + (2425/305,0815)x,

x=0,745;

i= i ′+rx,

i= 133,915 + 2425 ·0,745=1940,54кДж/кг;

V= V″x +(1-x) V′,

V=29,66 ·0,745+ 0,745·0,001005=22,353 м³/кг.

На пересечении энтропии S₁ и изобары P_отб = 800 кПа строится точка 3. Точка 3 лежит в области влажного насыщенного пара. Определим её параметры по диаграмме:

i₃ = 2648 кДж/кг, x₃ = 0,94, V₃ =0,23 м³/кг, t₃ =170˚С.

Проверим правильность определения параметров. Из таблиц сухого насыщенного пара при давлении P_отб = 800 кПа вспомогательные величины имеют значения:

t_н =170,42˚С, V′ =0.0011149 м³/кг, V″ =0,2403 м³/кг, i ′ =720,9 кДж/кг,

r =2048, S′ =2,046 кДж/кг·К.

Используя формулы: S= S′ + (r·x)/ t_н,

6,3857= 2,046 + (2048/443,57)x

x=0,9399;

i= i ′+rx,

i= 720,9 + 2048·0,9399=2646,02 кДж/кг;

V= V″x +(1-x) V′,

V= 0,2403 ·0,9399+ 0,0601·0.0011149 =0,226 м³/кг.

Посчитаем энтальпию пара в точке 4:

i₄ = i₁ – (i₁ – i₃)η′_oi = 3185,3 – (3185,3 – 2646,02)·0,9= 2699,95 кДж/кг.

Точка 4 строится на пересечении линии i₄ =2699,95 кДж/кг и изобары P_отб = 800 кПа. Пар в точке 4 влажный насыщенный. Определим параметры по диаграмме:

x₄=0,96, V₄=0,23 м³/кг, S₄=6,5 кДж/кг·К, t₄=170˚С.

Проверим правильность результатов. Из таблиц сухого насыщенного пара при давлении P_отб = 800 кПа вспомогательные величины имеют значения:

t_н =170,42˚С, V′ =0.0011149 м³/кг, V″ =0,2403 м³/кг, i ′ =720,9 кДж/кг,

r =2048, S′ =2,046 кДж/кг·К.

i= i ′+rx,

x = (i - i′ )/r,

x = (2699,95 - 720,9)/ 2048=0,966;

V= V″x + (1-x) V′,

V=0,2403 ·0,966 + 0,034·0.0011149 = 0,2322м³/кг;

S= S′ + (r·x)/ t_н,

S = 2,046 + 2048·0,966/443,57= 6,506 кДж/кг·К.

Точка 5 находится на пересечении изоэнтропы S₄ и изобары P_k= P₂ =4,75 кПа. В точке 5 влажный насыщенный пар. Определим его параметры по диаграмме:

i₅ =1980 кДж/кг, x₅ = 0,76, V₅ = 22 м³/кг, t₅ = 30 ˚С.

При проверке достоверности определения параметров точки 5 пользуемся справочными данными точки 2, так как они лежат на одной изобаре.