Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ

Д.т.н. Е.Д. Зайцев, г. Электросталь, Столичная обл.

Научный поиск способа расчёта удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту при их совместном производстве является животрепещущей задачей. Решение этой задачки требуется для многообещающего планирования энергетической стратегии страны, для расчета себестоимости производства электроэнергии и теплоты на ТЭЦ, также для проектирования новых многообещающих когенерационных установок, позволяющих так же, как и ТЭЦ, получать вместе с теплотой электроэнергию и таким макаром полнее использовать работоспособность (эксергию) рабочего тела.

В литературе имеются два обратных направления разъяснения физической сути экономии горючего при теплофикации и огромное количество методик расчета дифференцированных удельных расходов горючего, разработанных на их базе. 1-ое из этих направлений, опирающееся на 1-ое начало термодинамики, разъясняет полезный эффект от теплофикации отсутствием либо понижением количества теплоты, передаваемой конденсатору [1, 2]. 2-ое направление, базирующееся на расчете эксергии, относит утраты в большей степени к топке [3, 5, 6]. Оба научных подхода к определению коэффициентов эффективности работы ТЭЦ неидеальны. Потому разработаны в большей степени с привлечением эмпирических данных методики расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ, но они также не удовлетворяют потребности практики и требуют пересмотра.

Остановимся коротко на характеристике главных методик расчета удельных расходов горючего на ТЭЦ на создание электроэнергии и теплоты, имеющих научное и (либо) практическое значение.

Балансовый либо физический способ был официальным в энергетике СССР и до 1996 года в Рф. Расход горючего на создание теплоты, отпускаемой термическому потребителю, определяется как [1]

Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ

где Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ — теплота, отпускаемая из отборов турбины, конденсатора, либо острым паром для нужд термического потребителя.

Расход горючего на создание электроэнергии Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ

где Qэ – расход теплоты на создание электроэнергии, равный разности меж теплотой, поданной в турбину Q0, и суммарной теплотой, отпускаемой термическим потребителям ∑Qтi.

Qэ = Q0 — ∑Qтi.

Удельный расход горючего на единицу отпущенной электроэнергии вэ и теплоты втi определяется соответственно как

вэ = Вэ/Nот и втi = Втi/∑Qтi ηтi,

где ηтi – КПД, учитывающий утраты теплоты при её передаче от 1-го теплоносителя к другому в сетевых подогревателях, бойлерах и т.д.

Невзирая на недочеты балансового способа (вся экономия горючего от теплофикации относится на электроэнергию, не учитывается потенциал пара, отбираемого для нужд термических потребителей, и т.д.), этот способ, базирующийся на первом начале термодинамики, может рассматриваться как предельный случай экономии горючего при производстве электроэнергии.

Пробы отыскать обобщённый аспект для разных форм энергии привела к использованию эксергии при расчете дифференцированных расходов горючего [3]. Эксергетический КПД ТЭЦ предлагается найти по зависимости

Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ,

откуда находят общий расход условного горючего на выработку эксергии

Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ.

Удельный расход горючего на выработку единицы эксергии —

ве = Ве/(Nэ +EQ),

где Евых, Евх, ЕQ – соответственно эксергия на выходе и входе в турбоустановку и эксергия теплоты, Nэ- электронная мощность турбины.

Общий расход горючего на вырабатываемую электроэнергию и теплоту:

Вэ = ве Nэ,

Вт = ве EQ.

Удельные расходы горючего на вырабатываемую электроэнергию и теплоту:

веэ = Вэ/Nэ = ве;

вет = Вт/Q тi = ве. ЕQ/Q тi.

При помощи эксергии можно высчитать утраты в отдельных элементах ПТУ, но применение этого способа к топке не обусловлено на физическом уровне и логически. Приравнивание в этом способе эксергии рабочего тела в топке теплоте сгорания горючего и сразу электроэнергии, вырабатываемой ТЭЦ, не подтверждено. Не считая того, при расчете теплопотерь с уходящими газами и вследствие необратимости термообмена меж газами и водяным паром не учитывают зависимость эксергии от параметров рабочих тел и др. Без решения вопроса об эксергии топки и отпускаемой теплоты применение этого способа является ранним, потому он не отыскал широкого внедрения на практике. В способе эксергии вся экономия горючего от теплофикации относится к производству теплоты.

Способ пропорционального рассредотачивания экономии горючего, разработанный ОАО «Фирма ОРГРЭС», утвержден Минтопэнеро РФ в качестве официального при составлении отчетности по термический экономичности работы оборудования ТЭС [4]. Расход горючего на отпущенную электроэнергию теплофикационным блоком по этой методике определяется как

Вэ = Кэ.В.(Nот/(N-Nэ сн)).

В – расход горючего энергетическим котлом; N, Nот , Nэ сн – расходы электроэнергии выработанной, отпущенной и затраченной на собственные нужды для производства электроэнергии; Кэ – коэффициент, учитывающий рассредотачивание издержек горючего меж электроэнергией и теплотой, отпущенной термическому потребителю, при их раздельном производстве, определяемый по формуле

Кэ = (Qэ + Qт сн + ΔQэ)/ (Qэ + Qт сн + ΔQэ +∑Qтi).

Тут Qт сн – расход теплоты на собственные нужды турбоагрегата; ΔQэ – дополнительный расход теплоты на создание электроэнергии за счет отборов с учётом энергетической ценности пара:

ΔQэ = ∑Qтi(1-ξi),

где ξi – коэффициент ценности потоков пара, который определяется как

ξi = [(hi – hk)/(ho –hk)].[1+k(ho – hi)/(ho –hk)],

ho, hi, hk – энтальпии острого пара, пара в месте отбора и в конденсаторе.

При наличии промперегрева учитывают прирост энтальпии в промежном пароперегревателе hпп.

Эмпирический коэффициент k, учитывающий регенеративный обогрев питательной воды, имеет значения 0,25; 0,30; 0,40; 0,42 для турбин, имеющих давление свежайшего пара соответственно 35, 90, 130, 240 кгс/см2, т.е. агрессивно закреплен для каждого вида турбин и при отклонении режимов работы турбин его нужно пересчитывать.

Расход горючего на создание теплоты — Втэ = В — Вэ, удельный расход горючего на отпущенную электроэнергию и теплоту определяют как

вэ = Вэ/Nот; втэ = Втэ/ ∑Qтi ηтi.

Чтоб найти расходы горючего по каждому виду регулируемого отбора, сначала определяется средний удельный расход горючего на отпущенную теплоту в раздельном производстве

втэ р = втэ. Кот р(к).

Тут Кот р(к) — коэффициент, характеризующий отношение полного расхода горючего при раздельном производстве к расходу горючего при комбинированном

Кот р(к)= (Qэ + Qт сн + ΔQэ +∑Qтi)/ (Qэ + Qт сн + ∑Qтi).

После чего рассчитывают понижение удельного расхода горючего на отпущенную теплоту за счёт теплофикации

Δвтэ = втэ р – втэ.

Потом определяют средний коэффициент ценности пара, идущего на теплофикацию

ξср = ∑(Qтi . ξi)/ ∑Qтi.

Тогда для каждого регулируемого отбора теплоты уменьшение удельного расхода горючего по сопоставлению с раздельным созданием равно

Δвтэ i = Δвтэ . (1- ξi)/(1- ξср),

а действительное значение удельного расхода горючего для каждого потока теплоты будет

втэ i = Δвтэ р — Δвтэ i.

Недочеты этого способа заключаются в наличии эмпирических коэффициентов, затрудняющих анализ и прогнозирование работы ТЭЦ, термические потенциалы отпускаемой потребителю теплоты учитываются отчасти, отсутствует эквивалентное сравнение электронной энергии и теплоты.

Способ расчета удельных характеристик по недовыработанной электроэнергии заключается в определении недовыработки в итоге отвода пара на теплоснабжение либо другие цели через отборы либо противодавление турбоагрегатов. В этом способе учитывается неэквивалентность товаров ТЭЦ — электроэнергии и теплоты, методом приведения их к единой форме энергии – электронной [5].

Для воплощения этого способа на типовой диаграмме режимов либо нормативной энергетической свойства турбоагрегата ПТ находят электронную выработку Nпт. Потом закрывают регулируемые отборы пара и турбоагрегат переводят в конденсационный режим при сохранении неизменным расхода горючего на котле и расхода пара в голове турбины и по той же диаграмме режимов определяют выработку электроэнергии -Nк. Разность (Nк–Nпт) – это выработка электроэнергии потоками пара, отбираемого на технологические нужды и отопление, если эти потоки пара заместо потребителя будут ориентированы в проточную часть турбоагрегата. Дальше при том же расходе пара в голову турбины закрывают технологический отбор, оставляя как в начальном режиме отбор на отопление, и получают по диаграмме режимов электронную выработку для данного режима — Nп. При устранении отбора на отопление, при сохранении постоянным отбора на технологические нужды по той же диаграмме режимов имеем – Nт. Тогда разность (Nк — Nп) – выработка электроэнергии, которая могла бы быть совершена паром отопительных отборов, а (Nк — Nт) – выработка электроэнергии паром технологического отбора.

Издержки горючего на отпущенную электроэнергию:

Вэ = В(Nпт – Nпт сн)/Nк.

Издержки горючего на отпущенную турбиной теплоту:

Втэ = В — Вэ.

Издержки горючего на теплоту технологического и отопительного отборов определяются из соотношения:

Втэ п /Втэ то = (Nк- Nт)/ (Nк- Nп),

при условии, что Втэ п + Втэ то =Втэ.

Удельные расходы горючего рассчитываются обыденным образом.

Сложность внедрения данного метода состоит в необходимости введения эмпирических поправок при отклонении режима работы турбины от характеристик, при которых рассчитывалась диаграмма режимов, что понижает точность этого способа и просит дополнительной работы.

К данному способу примыкает балансовый конденсационный способ расчета расхода горючего на электроэнергию и теплоту [6], в каком сводят теплоту, отпущенную потребителям, к электронной энергии и не учитывают температурный потенциал этой теплоты.

В способе расчета, учитывающем термическую ценность отборного пара, его теплота приводится к термическому потенциалу пара на выходе из котла [5]. Это делается при помощи коэффициентов ценности пара, введенных ОАО «Фирма ОРГРЭС». Расход горючего на отпущенную электроэнергию определяют по зависимости

Вэ = Кэ.В.(Nот/N-Nэ сн),

где коэффициент пропорциональности Кэ рассчитывают по формуле

Кэ = (Qo – Qт сн — ∑Qтi ξi)/ (Qо – Qт сн),

либо аналогичной формуле, более комфортной для составления отчетности электрических станций, предложенной ОАО «Фирма ОРГРЭС»,

Кэ = (Qэ + Qт сн + ΔQэ)/ (Qэ + Qт сн + ∑Qтi).

Расход горючего на отпуск теплоты обусловят как

Вт = В – Вэ.

Удельный расход на отпущенную теплоту из отборов турбины находят по зависимости

вт = Вт/ Qт,

где Qтэ = ∑Qтiηтi,

а удельные расходы горючего — раздельно по каждому отбору как

втi = вт р . ξi,

тут вт р – удельный расход горючего на отпущенную теплоту по раздельному циклу, который определяется по формуле

вт р = Вт р/Qт;

Вm р — издержки горючего на создание отпущенной теплоты по раздельному циклу

Вт р = Q т/ Qнр ηка.

Основная некорректность этого способа связана с определением коэффициента ценности теплоты отборного пара.

Таким макаром, на практике не употребляют единую меру свойства вырабатываемых ТЭЦ товаров – электроэнергии и отпускаемой потребителям теплоты, что не дает возможность точно найти дифференцированные расходы на их горючего.

Цель работы – разработка термодинамического способа расчета, позволяющего получить на базе одного эквивалента дифференцированные удельные расходы горючего на создание электроэнергии и теплоты с учетом её потенциала.

В предлагаемом нами способе реальный цикл ТЭЦ трансформируют в один либо несколько обратимых циклов Карно, в каких теплота отводится в конденсаторе, регулируемых и нерегулируемых отборах. Баланс теплоты для каждого цикла Карно делят на соответственное ему изменение энтропии и получают уравнения вида (ТNiсрМτi)К=(Т1iср Мτi)К — (Т 2iсрМτi)К , в каких учтена температура подвода и отвода теплоты соответственного отбора, расход пара и величина пропорциональная теплоте, затраченной на получение работы в этом цикле. Тут Т1iср и Т 2iср — средняя температура подвода и отвода теплоты в цикле Карно, Мτi – расход пара; произведение (Т1срМτ0)К – пропорционально термический мощности, подведённой от верхнего источника; произведение (ТТсрМτ0)К – пропорционально термический мощности, переданной нижнему источнику; произведение (ТNсрМτ0)К – пропорционально мощности цикла.

Уменьшение температуры пара нижнего источника, а означает повышение толики теплоты, пошедшее на работу (электроэнергию) в реальном цикле, по сопоставлению с обратимым циклом Карно учитывают делением Q2 на изменение удельной энтропии в реальном цикле. В итоге имеют для i цикла начальное уравнение, в каком учтены внутренние утраты (ТNiсрМτi)д=(Т1iср Мτi) — (Т 2iсрМτi)д, на базе которого определяют расходы (удельные расходы) горючего на электроэнергию, подведённую и отведённую теплоту в i цикле, общей мерой которых, как и в цикле Карно, является соответственная величина ТМ.

Суммирование последних уравнений для рассматриваемого цикла ТЭЦ с учётом того, что теплота, подведенная в личных циклах, построенных на конденсаторе и нерегулируемых отборах, расходуется на создание электроэнергии, даёт уравнение для определения дифференцированных удельных расходов горючего для ТЭЦ (ТNiсрМτiNср)цд=(Т1ср Мτ0) — ∑ (Т 2iсрМτi)д. Последнее уравнение не содержит эмпирических коэффициентов, а способ расчёта удельных расходов горючего на ТЭЦ является не намного труднее балансового способа. Рассредотачивание экономии горючего, получаемой на ТЭЦ, меж электроэнергией и отпускаемой теплотой вытекает из аналитического решения намеченной цели.

В предлагаемом нами способе распределяется горючее, пошедшее на получение теплоты вводимой в турбоагрегат, меж топливом, идущим в согласовании с количеством теплоты и ее термодинамическими параметрами на создание работы (электроэнергии) и отпуск теплоты термическим потребителям.

Разглядим возможность предлагаемого нами способа для определения дифференцированных на создание электроэнергии и теплоты удельных расходов горючего на ТЭЦ.

Сначала определим дифференцированные удельные расходы горючего простейшей ПТУ с противодавлением (Рис.1) и сравним приобретенные результаты с расчетами [6], выполненными по разным методикам.

По известным характеристикам рабочего тела простейшей ПТУ с противодавлением в соответствующих точках, приведенных в таблице 1, по таблицам [7] и узнаваемых внутренних относительных КПД турбины и насоса найдем нужные для расчета данные:

Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ

а)

Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ

б)

Рис. 1. Схема (а) и цикл в T-s диаграмме (б) простейшей ТЭЦ с противодавлением

Таблица 1. Характеристики рабочего тела простейшей ПТУ с противодавлением.

Характеристики

рабочего тела Номера точек на Т,s – диаграмме (см. Рис.1) 1’ 1 2 2Д 3 4 4Д р, Мпа 12,0 11,0 1,5 1,5 1,5 12,0 12,0 Т, К 823,15 813,15 515,08 551,18 373,15 373,88 374,18 t, oC 550 540 241,93 278,03 100 100,73 101,03 h, кДж/кг 3481,7 3466,4 2904,6 2988,9 420,1 431,2 432,4 s,кДж/(кгК) 6,6553 6,6738 6,6738 6,8320 1,3059 1,3059 1,3092

Секундный расход пара Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ

Общий часовой расход пара Мτ0 = 3600. D =810000 кг/час = 810 т/час.

Общий расход горючего

Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ

Средняя температура подвода теплоты к рабочему телу в цикле ПТУ и конгруэнтном ему обратимом цикле Карно

Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ

Средняя температура отвода теплоты в цикле Карно

Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ

После деления уравнения термического баланса турбоустановки Qэ =Q0- Qт на однообразное изменение удельной энтропии верхнего и нижнего источника теплоты конгруэнтного цикла Карно, соответственного рассматриваемому циклу ПТУ, Qэ/(s2- s4д) = Q0/(s2- s4д) – Qт/(s2- s4д) (1)

получим

(Т1ср Мτ0)К =(ТNсрМτNср)К + (ТТсрМτ0)К. (2)

Можно также высчитать Т1ср Мτ0 и ТТсрМτ0 как произведение узнаваемых средних температур подведённой и отведенной теплоты на неизменный расход рабочего тела. Тут (Т1срМτ0)К, (ТNсрМτNср)К, (ТТсрМτ0)К– соответственно произведение средней температуры и массового расхода теплоносителя на входе в турбину (для верхнего источника), при расширении пара в турбине и на входе в теплообменник (нижний источник теплоты цикла Карно) в К. т/час.

Подставляя известные численные значения (Т1ср)К, (ТТср)К, Мτ0, получим:

(Т1ср Мτ0)К =565,6.810= 458136 (К.т/час);

(ТТсрМτ0)К = 460,8 . 810 = 373248 (К.т/час).

Тогда из уравнения (2) имеем

(ТNсрМτNср)К=(Т1ср Мτ0)К — (ТТсрМτ0)К =458136 – 373248=84888 (К.т/час).

Для учёта уменьшения температуры пара нижнего источника и роста толики теплоты, пошедшей на работу (электроэнергию) в реальном цикле, по сопоставлению с обратимом циклом Карно разделим (ТТсрМτ0)К на коэффициент К, учитывающим изменение удельной энтропии в реальном цикле

К= (s2д – s3)/( s2 –s4д) = (6,8320- 1,3059)/ (6,6738 – 1,3092) = 1,03.

[ТТсрМτ0]д =(ТТсрМτ0)К/К = 373248/1,03= 362376,7 (К.т/час).

[ТNсрМτNср]д = Т1ср Мτ0 — [ТТсрМτ0]д= 458136 – 362376,7 = 95287,5 (К.т/час).

Определим удельный расход горючего на единицу Т1ср Мτ0

в = В/ Т1срМτ0 = 91144/458136=0,199(кг усл. топл./час)/ (К.т/час).

Расход горючего на выработку электроэнергии равен

Вэ = в. (ТNсрМτNср)д = 0,199. 95287,5 =18962 (кг усл. т/час).

Расход горючего на выработку теплоты равен

ВТ = в. (ТТсрМτ0)д =0,199.362376,7 =72113 (кг усл. т/час).

Удельный расход горючего на выработку электроэнергии равен

вэ = Вэ/ Nэ.3,6. 106 = 18962/360.106 =52,67 кг/ ГДж =189 г/кВт.час.

Удельный расход горючего на выработку теплоты равен

вт = Вт/Nт.3,6. 106 = 72113/2080,8 =34.7 кг/ГДж =0,124 кг/кВт.час.

Сопоставление приобретенных энергетических характеристик простейшей ПТУ с противодавлением с данными работы [6] представлено в таблице 2.

Таблица 2. Энерго характеристики простейшей ПТУ, рассчитанные разными способами.

Способ Nэ,МВт Nт,МВт вэ,кг/(кВт.час) вт.,кг/ГДж Балансовый

физический 100 578 0,144 37,22 Балансовый

конденсационный 100 578 0,376 26,39 Эксергетический 100 578 0,289 29,98 Термодинамический 100 578 0.189 34,7

Схожий подход можно использовать для определения расхода горючего на создание электроэнергии и отпуск теплоты хоть какой теплофикационной турбоустановкой.

В качестве примера работоспособности термодинамического способа проведем расчет издержек горючего на создание электроэнергии и теплоты для блока с турбиной ПТ 136/165 – 130 (Рис. 2) и сравним приобретенные результаты с известными литературными данными [5], приобретенными, другими более всераспространенными методиками. Начальные данные для расчета приведены в таблице 3.

Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ

Рис. 2. Расчетная термическая схема блока с турбиной ПТ 136/165-130

Таблица 3. Начальные данные для расчета.

Рабочее

тело Мτ,

т/час Р,

кгс/кг h,

кДЖ/кг hsв,

кДж/кг hв,

кдж/кг t, 0C s,

кДж/кг х Пар Острый

пар 512 130 3484 — — — — — П-отбора 200 15 3015 — — 300 6,89 — Т-отбора

верхнего

57,7 1,2 2613 435 — 104 7,12 0,97 Т-отбора

нижнего 96,2 0,69 2546 373 89 7,16 0,95 Конденсатор 50 0,064 2387 155 37 0,93 Конденсат

пара П-отбора 200 — — — 419 100 1,30 — Т-отбора

верхнего 57,7 435 104 1,36 — Т-отбора

нижнего 96,2 373 89 1,18 — Питательная

вода 512 — — — 959 229 — — Сетевая вода 1618 ровная

после ПВК 1618 — — — 544 130 — — ровная

после ПСГ-2 1618 427 102 — — ровная

после ПСГ-1 1618 — — — 350 83,5 — — Оборотная 1618 — — — 222 53 — —

Термическая нагрузка регулируемых отборов Qто=335 ГДж/час, в том числе верхнего Qтв =125,7 ГДж/час, нижнего Qтн =209,3 ГДж/час. Выработано электроэнергии N = 80 МВт.час, отпущено электроэнергии Nот= 77 МВт.час.

Расход условного горючего энергетическим котлом. КПД этого котла принят равным 0,92

Расчет термический схемы по энергетической характеристике ТХ – 34-70-004-83 [5]:

Отпущенная теплота наружному потребителю от П-отбора

Qп от =Qп =Мτп(hп –hв) =200. 103 (3015- 419) = 519,2.106 кДж/час.

Термическая нагрузка технологического и отопительного отборов

Qт = Qп + Qто = 519,2 + 335,0 = 854,2 ГДж/час.

Теплота, сообщенная сетевой воде

Qсв от = Qто от + Qпвк от =Мпв (hпс –hос)=1618.103(544-222)=521.106 кДж/час,

в том числе от ПВК

Qпвк от =Мсв(hпс-hвс) = 1618.103(544-427)= 189,3. 106 кДж/час;

в том числе от Т-отборов

Qто от = Qот св – Qпвк от =521,0. 106 — 189,3. 106 =331,7. 106 кДж/час;

из их от верхнего Т-отбора

Qтв от = Мпв (hвс – hнс) =1618. 103 (427 – 350) =124,6. 106 кДж/час;

из их от нижнего Т — отбора

Qтн от = Мпв (hнс – hос) =1618. 103 (350 – 222) = 207,1. 106 кДж/час.

Теплота, отпущенная термическому потребителю за счёт отборов пара из турбины

Qтэ от=Qп от+Qто от=Qп от+Qтв от+Qтн от=519,2+124,6+207,1 = 850,9 ГДж/час.

Всего теплоты, отпущенной термическому потребителю,

Qот= Qтэ от+Qпвк от= Qп от+Qтв от+Qтн от+Qпвк от=519,2+124,6+207,1+189,3 =

=1040,2 ГДж/час

Выработка теплоты брутто энергетическим котлом

Qка = Мпв (hка – hпв) = 512,0 . 103 (3484 -959) = 1292,8. 106 кДж/час.

Расход условного горючего энергетическим котлом, КПД которого принят равным 0,92,

В= Qка/Qнр ηка = 1292,8. 106 /29310 . 0,92 =47943,3 кг усл. топл./час.

Расход теплоты в голову турбины

Q0 = Qка ηтп = 1292,8 . 106 . 0,99 =1279,9 . 106 кДж/час.

Расход условного горючего ПВК, для него КПД принят равным энергетическому котлу

Впвк = Qпвк от/ Qнр η пвк = 189,3 . 106 /29310 . 0,92 =7020,1 кг усл. топл./час.

Найдём среднюю температуру подвода теплоты в рассматриваемом цикле

Т0ср =(h1 – hпв )/(s1 – sпв) = (3484 – 987,4)/(6,6245-2,58)= 617,3 К.

Тогда произведение средней температуры подвода теплоты и расхода пара на входе в турбину будет равно Т0ср. Мτ0 = 617,3. 512 = 316048 Кт/час

Это произведение средней температуры подвода теплоты и расхода пара на входе в турбину можно найти как

Т0срМτ0 = Q0/(s1–sпв).103 =1279,9. 106/4,0445 .103= 316454 (Кт/час),

где s1 , sпв – соответственно энтропия пара на входе в турбину и питательной воды.

Невязка определения Т0ср. Мτ0 составляет 0,1 %.

Разобьём рассматриваемый цикл, у которого примем постоянную температуру подвода теплоты равную Т0ср на несколько обратимых циклов Карно, связанных с выработкой электроэнергии на регулируемых и нерегулируемых отборах, также с паром, поступающим в конденсатор.

Определим удельный расход горючего на один Кт/час, общий для подвода теплоты в рассматриваемом и личных циклах Карно

в = В/ Т0срМτ0 = 47943,3 /316048 = 0,1517 (кг усл. топл./час)/(Кт/час).

а) Цикл Карно на базе П-отбора

Qп под = Мτп Tпсрпод (s1–sпк). (3)

Тут Qп под – подведённая термическая мощность, Tпсрпод – средняя температура подвода теплоты в этом личном цикле Карно, равная средней температуре подвода в рассматриваемом цикле Т0ср;

Qп отв = Tпср отв.Mτп (s1 –sпк), (4)

где Qп отв — отведенная термическая мощность;

QNп = Qп под — Qп от , (5)

где QNп – мощность турбины, получаемая на производственном отборе.

Подставим (3) и (4) в (5) и разделим (5) на (s1–sпк), получим

TNсрп. Mτпср =Т0ср Mτп — Tпсрот.Mτп, (6)

где Tпср под.Mτп= Т0ср. Mτп = 617,3 . 200 = 123460 (Кт/час).

(Tпср отв.Mτп)=Qп отв/(s1–sпк).103=519,2.106/(6,6245–1,3).103=97,5.103(Кт/час).

Учтём действительную температуру пара П-отбора, зачем разделим Qп отв на действительное изменение его энтропии (sпн –sпк ), получим

(Tпсротв.Mτп)д=Qпотв/(sпн–sпк).103=

=519,2.106/(6,89–,3).103=92,88.103(Кт/час), (7)

где sпн,, sпк – энтропии производственного пара на входе и выходе.

(ТNсрп Mτпср)д = Tпср под.Mτпср — (Tпсротв.Mτпср)д = 123,46. 103 — 92,88. .103 = 30,58. 103 (Кт/час). (8)

ВпТ = в. (Tпсрот.Mτпср)д = 0,1517. 92,88. 103 = 14090 (кг усл. топл./час).

в пт = ВпТ/ Qп отв = 14090/519,2 = 27,13 (кг усл.топл./ГДж).

б) Цикл Карно на верхнем термическом отборе

Qтв под= Т0ср (s1–sтвк)Мτтв – подведенная термическая мощность;

Qтв отв = Tтвср отв.Mτтв (s1 –sтвк) – отведенная термическая мощность;

QNтв = Qтв под — Qтв отв – мощность турбины, получаемая на верхнем термическом отборе.

Tтвср под.Mτтв= 617,3. 57,7 = 35,37 103 (Кт/час);

Выполнив преобразования подобные для личного цикла Карно на П-отборе, получим:

(Tтвср отв.Mτтв)д=Qтв отв/(sтвн–sтвк).103=125,7.106/(7,12-1,36).103=21,8.103 (Кт/час);

(ТNсртв.Mτтв)д=Tтвср под.Mτтв –(Tтвср отв.Mτт в)д= 35,37. 103 -21,8.103=13,57. 103 (Кт/час). (9)

Втв т= в. (Tтвсрот.Mτтв)д = 0,1517. 21,8. 103= 3307 (кг усл. т/час).

в тв т = Втв т / Qт в =3307/125,7. 106 =26,3 (кг усл.топл./ГДж).

в) Цикл Карно на нижнем отборе

Qтн под= Т0ср Мτтн (s1–sтнк) – подведенная термическая мощность;

Qтн отв = Tтнср отв.Mτтн (s1 –sтнк) – отведенная термическая мощность;

QNтн = Qтн под — Qтн отв – мощность турбины, получаемая на нижнем термическом отборе.

Tтнср п од.Mτтн= 617,3. 96,2 =59,38.103 (Кт/час);

Выполнив преобразования подобные для цикла Карно, построенного на производственном отборе, получим:

(Tтнср отв.Mτтн)д=Qтн отв /(sтнн– sтнк ).103=209,3.106/(7,16-1,18).103=

35,0.103 (Кт/час);

(ТNсртн Mτсртн)д = Tтнср под.Mτтн–(Tтнср отв.Mτтнср)д =59,38.103 – 35,0.103 =24,38.103 (Кт/час). (10)

Втн т= в.(Tт нср отв.Mτт нср)д =0,1517. 35,0. 103= 5309,5 (кг усл. т/час).

в тн т = Втн т / Q от н =5309/209,3. 109 =25,36 кг усл.топл./ГДж.

г) Личные циклы Карно на теплоте, отводимой в конденсаторе и регенеративные теплообменники.

Разумеется, что теплоту, подводимую в этих личных циклах Карно, нужно стопроцентно отнести на создание электроэнергии. Тогда

∑ТNсрi рег. Mτ рег+ТNср кон Mτкон =∑Tср iрег. под.Mτ рег. под+Tср кон. под.Mτ кон. под = Т0ср ∑Мτiрег = Т0срМрег (11)

Расход горючего пошедшего на электроэнергию для рассматриваемого цикла

Вэ= В – ВпТ — Втв т — Втн т=47943 – 14090 — 3307- 5309,5 = 25236,5 кг/час.

Удельный расход горючего на единицу отпущенной ТЭЦ электроэнергии:

вэ = Вэ/Э=25236,5/77.103=327,7 г/кВт.час.

Термодинамический способ расчета дифференцированных издержек горючего может быть применён конкретно к циклу рассчитываемой ТЭЦ.

Суммирование уравнений для личных циклов Карно (8), (9), (10) и (11), в каких учтены внутренние утраты, даёт:

(ТNсрп Mτпср )д+ (ТNсрт в Mτсрт в)д + (ТNсрт н Mτсрт н )д+ (∑ТNср iрег. Mτ i рег )д+

(ТNср кон Mτкон )д = Tпср под.Mτп + Tтвср под.Mτт в +Tтнср под.Mτт н + ∑Tiрег српол .Mτ iрег +Tср кон. под.Mτ кон. – (Tпср отв.Mτп)д –Tтвср от в.M τт в –Tтнср отв.M τт н,

где (TNср.MτNср)Цд =(ТNсрп Mτпср)д + (ТNсрт в Mτсрт в)д + (ТNсрт н Mτсрт н)д +

(∑ТNср iрег. Mτ i рег )д + (ТNср кон Mτкон)д;

Tпср под.Mτп + Tтвср под.Mτтв+Tтнср под.Mτт н + ∑Tiрег српол .Mτi рег +Tср кон. под.Mτ кон. =Т0ср(Mτп + Mτт в + Mτт нр+ ∑Mτi рег. + Mτ кон )= Т0ср.Мτ0,

где Tпср под = Tтвср под= Tтнср под= ∑Tсрi рег. под = Tср кон. под =Т0ср;

Mτпср + Mτт в+ Mτт н + ∑Mτi рег. + Mτ кон = Мτ0.

(TNср.MτNср)Цд=Т0срМτ0–(Tпсротв.Mτп)д–(Tтвсротв.Mτтв)д–(Tтнсротв.Mτтн)д, (12)

Расчет дифференцированных расходов горючего на ТЭЦ с применением конечной зависимости (12) термодинамического способа становится очень обычным:

Как и ранее определяем

Т0срМτ0 = Q0/(s1–sпв).103 =1279,9. 106/4,0445 .103= 316454 (Кт/час),

в = В/ Т0срМτ0 = 47943,3 /316048 = 0,1517 (кг усл. топл./час)/(Кт/час),

(Tпс р отв.Mτп)д=Qп отв/(sпн–sпк).103=519,2.106/(6,89–1,3).103 = 92,88.103

( Кт/час).

(Tтвсротв.Mτтв)д=Qтв отв/(sтвн–sтвк).103=125,7.106/(7,12-1,36).103=21,8.103 (Кт/час),

(Tтнср отв.Mτтн)д=Qтн отв/(sтнн– sтнк).103=209,3.106/(7,16-1,18).103=35,0.103 (Кт/час).

Подстановка приобретенных значений в (12) дает

(TNср.MτNср)цд = 316048 – 92880 – 21800 — 35000 = 166368 (Кт/час).

Расход горючего на создание электроэнергии —

Вэ = в.(TNср.MτNср)цд = 0,1517. 166368 =25327 (кг усл. топл./час).

Расход горючего на создание технологической теплоты —

Вп = в . (Tпср отв.Mτп )д= 0,1517. 92880 =14090 (кг усл. топл./час).

Расход горючего на создание теплоты верхнего Т-отбора —

Втв =в. (Tтвср отв.Mτтв)д = 0,1517. 21880 = 3319,2 (кг усл. топл./час).

Расход горючего на создание теплоты нижнего Т-отбора —

Втн = в .(Tтнср отв.Mτтн )д= 0,1517 . 35000 =5309,5 (кг усл. топл./час).

Удельный расход условного горючего на отпущенную электроэнергию —

вэ = Вэ/Эот. 103 = 25327/77. 103 = 0,3289 (кг усл. топл./кВт. час).

Удельный расход условного горючего на создание единицы тепла П- отбора —

вп = Вп/Qп отв = 14090/519,2 =27,1 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного горючего на создание единицы тепла верхнего Т-отбора —

втв = Втв/ Qтв отв = 3319,2/125,7 =26,4 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного горючего на создание единицы тепла нижнего Т-отбора —

втн = Втн/ Qтн отв = 5309,5/209,3 =25,37 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного горючего на создание единицы тепла Т-отбора —

вто = (Втв + Втн)/Qто = (3319,2 +5309,5)/335 = 25,76 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного горючего на единицу теплоты на создание П- и Т- отборов —

вто+ п =(Втв+ Втн+Вп)/(Qто+Qп) =(3319,2 +5309,5 +14090)/(335+519,2) = 26,6 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного горючего на единицу теплоты, переданной наружному потребителю от П-отбора,-

вп =вп / ηпп =27,1/0,99=27,4 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного горючего на единицу теплоты, переданной наружному потребителю от Т-отбора,-

вто = (втв + втн)/2 ηто п = (26,4 +25,37)/2.0,99 = 26,3 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного горючего на единицу теплоты, переданной наружному потребителю от П- и Т-отборов,-

вто+п =( вто+п )/ηто п=26,6.0,99 = 26,9 (кг усл. топл./ГДж).

Расход условного горючего на теплоту, отпущенную наружному потребителю, включая ПВК,-

Вт = Вп + Втв + Втн + Впвк = 14090 + 3319,2 + 5309,5+ 7020,1 = =29738,8 (кг усл. топл./час).

Удельный расход условного горючего на теплоту, отпущенную наружному потребителю, включая ПВК,-

вт = Вт/Qот = 29738,8/1041,1 = 28,6 (кг усл. топл./ГДж).

Оценим экономию расхода условного горючего на создание теплоты и электроэнергии на ТЭЦ по сопоставлению с их раздельным созданием. Удельный расход горючего в котельных на создание количества теплоты Qi, равного соответственному отбору теплоты на ТЭЦ определяемый по зависимости Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ,где расход горючего Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ, составляет 37 кг у.т./ГДж. Тогда экономия горючего соответственно для производственного отбора, верхнего и нижнего термического отбора равна 9,9; 10,6 и 11,6 кг у.т./ГДж. Удельный расход условного горючего на создание кВт. час электроэнергии на конденсационной станции рассчитываемый по формуле Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ, где

Термодинамический способ расчета удельных расходов горючего на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ=0,36 – действенный КПД для конденсационных станций, равен 0,342 кг усл. топл./кВт. час. Тогда экономия горючего при производстве электроэнергии на ТЭЦ составит 13 г усл. топл./кВт. час

Таблица 4. Сопоставление расчета характеристик эффективности ТЭЦ по разным методикам.

Показатель и его обозначение

1 2 3 4 5 6 Удельный расход условного горючего на отпущенный кВт.час, г у. т/кВт.час

вэ

207,0

309,0

329,8

345,0

423,0

329 Удельный расход условного горючего на

создание единицы теплоты П-отбора, кг у. т./ГДж

вл

37,5

31,6

32,2

29,7

24,2

27,1 Удельный расход условного горючего на

создание единицы теплоты Т-отбора, кг у. т./ГДж

вто

37,5

17,9

17,8

8,3

25,76 Удельный расход условного горючего на

единицу теплоты, переданной наружному

потребителю от П-отбора, кг у. т./ГДж

втэ п

37,5

31,6

33,7

29,7

24,5

27,4 Удельный расход условного горючего на

единицу теплоты, переданной наружному

потребителю от Т-отбора, кг у. т./ГДж

втэ то

37,8

23,4

15,0

18,0

8,3

26,3 Удельный расход условного горючего на

создание единицы теплоты П- и Т- отбора, кг у. т./ГДж

вл то

37,5

28,5

26,6

25,0

18,0

26,6 Удельный расход условного горючего на

единицу теплоты, переданной наружному

потребителю от П-и Т-отборов,

кг у. т./ГДж

втэ

37,6

28,6

26,4

25,1

18,0

26,9 Удельный расход условного горючего на

единицу теплоты, переданной наружному

потребителюот П-и Т-отборов, включая ПВК, кг у. т./ГДж

вт

37,5

30,0

28,4

27,3

21,5

28,6

Примечание: В таблице обозначено: 1- балансовый способ; 2 – способ ОАО «Фирма ОРГРЭС», 3 – эксергетический способ; 4 – способ расчета по недоотпущенной электроэнергии; 5 – способ расчета, позволяющий учесть термическую ценность отборного пара; 6 – термодинамический способ.

Из приведённых материалов видно, что экономия горючего, связанная с эффектом теплофикации в термодинамическом способе, относится как к производству электроэнергии, так и теплоты, в согласовании с качеством (температурой) затраченной теплоты. Рассредотачивание меж электроэнергией и теплом, получаемой на ТЭЦ экономии горючего, осуществляется конкретно из решения задачки и не просит введения эмпирических коэффициентов.

Выводы

Предложен обычный и действенный термодинамический способ расчета удельного расхода горючего на выработку электроэнергии и теплоты, отпускаемой потребителю с учетом её температурного потенциала, при их комбинированном производстве.

Литература

1. Рыжкин В.Я. Термические электронные станции. М.: Энергия, 1976.

2. Соколов Е.Я. О методах рассредотачивания расходов горючего на ТЭЦ.//Теплоэнергетика. 1992. №9, С. 55-59.

3. Бродянский В.М. Обобщённые характеристики в энергетике// Теплоэнергетика. 1989, №2, С.63-66.

4. Методические указания по составлению отчета электростанции и акционерного общества энергетики и электрофикации о термический экономичности оборудования. РД 34.08.552-95. СПО ОРГРЭС М.:1995

5. Киселев Г.П. Варианты расчета удельных характеристик эффективности работы ТЭЦ. Методическое пособие. МЭИ. М.: 2003.

6. Филатов Н.Я., Соколов Е.Ю. Термодинамический анализ коэффициентов эффективности паротурбинных установок при раздельном и комбинированном производстве теплоты и электроэнергии// Вестник МЭИ. 2006, № 5, С.141-147

7. Александров А.А. Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических параметров воды и водяного пара.- М.: Издательство МЭИ, 2003.-164 с.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

recuperatio.ru