Теплофикационные паротурбинные установки

Теплофикационными называются установки, в которых вырабатывается электрическая энергия и тепло в виде технологического пара или горячей воды для отопления, горячего водоснабжения.

Источником тепла может быть пар, отработавший в турбине, или производственный отбор пара, направляемый потребителю.

Различают три типа теплофикационных ПТУ:

· противодавленческие;

· с ухудшенным вакуумом;

· с регулируемым отбором пара.

В противодавленческих установках и установках с ухудшенным вакуумом источником тепла является пар, отработавший в турбине (рис.9.20, 9.21).

В противодавленческих установках давление пара на выходе из турбины (p₂) больше атмосферного (p₂ > 1 бар, t_s > 100 ⁰С); в установках с ухудшенным вакуумом p₂ <1 бар, t_s <100 ⁰С.

В теплофикационных установках, представленных на рис. 9.20, 9.21, давление пара на выходе из турбины p₂ = 0,5-1,5 бар, что соответствует температуре насыщения t_s = 81-111 ⁰С и позволяет получить горячую воду с температурой примерно на 10 ⁰С ниже.

Обозначения: ПК - паровой котел; П – пароперегреватель; Т - турбина,
КП – конденсатор – подогреватель; ТП – тепловой потребитель; ЭГ – электрогенератор; Н – насос. Цифры на схеме (рис. 9.20) соответствуют узловым точкам обратимого цикла (рис. 9.21)

Работа, получаемая в турбине, и теплота, отдаваемая потребителю, рассчитывается по формулам:

.

Мощность установки по выработке электроэнергии

и тепловая мощность

прямо пропорциональны расходу пара G, кг/с, т.е. жестко связаны между собой (если увеличить расход, то увеличиваются и N, и Q_ТП). На практике это неудобно, т.к. графики потребности в электроэнергии и теплоте почти никогда не совпадают.

От этого недостатка свободны теплофикационные установки с регулируемым производственным отбором пара.

Схема и цикл такой установки представлены на рис. 9.22, 9.23.

Обозначения: ПК - паровой котел; П - пароперегреватель; СВД, СНД - ступени высокого и низкого давлений турбины; ТП - тепловой потребитель;
К - конденсатор; ЭГ - электрогенератор; Н - насос; G, G_ТП - соответственно, полный расход пара и расход пара, направляемого тепловому потребителю. Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла (рис. 9.23)

Мощность установки по выработке электроэнергии

и тепловая мощность

независимы благодаря возможности регулирования расхода пара, отпускаемого потребителю (G_ТП).

При необходимости можно предусмотреть два или более регулируемых отбора с разными параметрами пара. Установки с производственным регулируемым отбором пара широко распространены на ТЭЦ.

Эффективность работы теплофикационных установок оценивается эксергетическим КПД

.

Эксергия тепловой мощности

,

где

.

Здесь h_K, s_K – параметры возвращаемого потребителем конденсата.

Сравнение по тепловой экономичности конденсационнных (вырабатывающих только электроэнергию) и теплофикационных паротурбинных установок позволяет сделать следующие выводы:

1. Эксергетический КПД теплофикационных паротурбинных установок выше эксергетического КПД конденсационных установок за счет уменьшения потерь эксергии в конденсаторе.

2. При раздельном производстве теплоты и электроэнергии (конденсационная ПТУ + котельная) расход топлива больше, чем при совместной их выработке на теплофикационной ПТУ, в среднем на 15-20%.