ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ПРЕДПРИЯТИЙ ЛЕСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

КОМБИНИРОВАННАЯ ВЫРАБОТКА ТЕПЛОТЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Нормальное функционирование производства и коммунального хозяйства требует потребления теплоты и электрической энергии. Возможны два принципа производства теплоты и электрической энергии — раздельный и комбинированный.

При раздельном производстве потребители теплоты, получая электроэнергию от конденсационных тепловых электростанций (КЭС), гидроэлектростанций (ГЭС) или атомных электростанций (АЭС), а при малых мощностях потребления и от дизельных электростанций (ДЭС), вынуждены для удовлетворения теплового потребления строить и эксплуатировать собственные производственные, отопительные или производственно-отопительные котельные (см. гл. 23). Там же, где на небольших расстояниях друг от друга сосредоточены крупные потребители теплоты и электрической энергии, например на целлюлозно-бумажных предприятиях, более выгодно сосредоточить выработку теплоты и электрической энергии в одной установке, которая называется теплоэлектроцентралью — ТЭЦ. Известны два типа ТЭЦ — с турбинами противодавления и с турбинами с регулируемыми отборами пара.

Принципиальная схема ТЭЦ с турбинами противодавления (рис. 24.1, а) включает в себя паровой котел ПК, пар из которого поступает в паровые турбины Т1 и 72. В турбинах пар адиабатно расширяется и производит работу, используемую для привода электрогенераторов ЭГ. Расширение пара в одной из турбин Т1 происходит до давления рпр ~ 1,0 МПа, а затем отработанный пар направляется технологическим потребителям теплоты. Пар во второй турбине 72 расширяется до более низкого давления рог = 0,25—0,12 МПа и используется для нагрева воды в тепловой сети, обеспечивающей отопление зданий, горячее водоснабжение и вентиляцию. Конденсаторы на такой ТЭЦ отсутствуют. Пар конденсируется в технологических установках промышленных предприятий, в теплообменниках для подогрева сетевой воды, горячей воды и в калориферах и возвра-

Схема комбинированного производства теплоты и электрической энергии с турбинами противодавления (а) и с регулируемыми отборами (б)

Рис. 24.1. Схема комбинированного производства теплоты и электрической энергии с турбинами противодавления (а) и с регулируемыми отборами (б)

щается на ТЭЦ, где собирается в конденсатном баке КБ. Из конденсатного бака конденсат питательным насосом возвращается в паровой котел.

Сравним затраты теплоты при раздельной (на КЭС и в производственно-отопительной котельной) и комбинированной (на ТЭЦ с турбинами противодавления) выработке теплоты и электрической энергии при одинаковой электрической мощности N, одинаковом потреблении теплоты на технологические нужды ?>тех и отопление QOT и одинаковом внутреннем КПД турбин г|,. Механический, электрический КПД и КПД паровых котлов, а также КПД тепловых потребителей примем равными единице для обоих случаев.

При раздельной выработке затраты теплоты

При комбинированной выработке

Очевидна экономия теплоты:

Относительная экономия

где — тепловая мощность внешних потребителей —

технологических и отопления; Эт = N/QBn удельная выработка электрической энергии на тепловом потреблении.

Величина Эт показывает, какая электрическая мощность вырабатывается как бы без затрат топлива на каждый Вт тепловой мощности, отдаваемой внешним потребителям.

Существенным недостатком ТЭЦ с турбинами противодавления является жесткая связь между электрической мощностью и отпускаемой теплотой, описываемая системой уравнений:

Обозначения в формулах (24.1—24.5):

(/„ - /к) — разность энтальпии пара и конденсата в каждой из турбин, кДж/кг;

Q тепловая мощность, кВт;

N электрическая мощность, кВт;

D — расход пара, кг/с;

Г), — внутренний КПД цикла.

Индексы:

разд — при раздельном производстве;

КЭС — относится к конденсационной электростанции;

кот — относится к котельной;

тех — относится к технологическому потреблению;

от — относится к отоплению и вентиляции;

ТЭЦ — относится к комбинированной выработке на ТЭЦ.

Если Q0T и 0тех заданы, то в соответствии с (24.5б) однозначно определяются DOT и Z)Tex и по уравнению (24.5а) — электрическая мощность N. Отпуск теплоты на технологическое потребление Qrex — величина обычно более или менее постоянная, но отпуск теплоты на отопление Q0T существенно меняется в течение года и в большинстве городов в летнее время вообще прекращается, а остается только горячее водоснабжение. Изменение расхода пара приводит к соответственному сокращению выработки электрической энергии.

Указанного недостатка лишена ТЭЦ с турбинами с регулируемыми отборами пара (рис. 24.1, б). На такой ТЭЦ пар из парового котла ПК поступает в часть высокого давления турбины ЧВД, где адиабатно расширяется до давлениярир ~ 1,0 МПа; за ЧВД поток пара делится на две части, одна из которых направляется технологическим (производственным) потребителям, а другая поступает в часть среднего давления турбины ЧСД, где происходит дальнейшее расширение пара до давлениярт = 0,25—0,12 МПа. За ЧСД происходит вновь разделение потока пара. Часть его направляется в теплообменники для нагрева сетевой воды, используемой потребителями теплоты на отопление, а остаток поступает в часть низкого давления турбины ЧНД, где происходит окончательное расширение пара до давления в конденсаторе. Конденсат из конденсатора турбины и от внешних потребителей питательным насосом ПН возвращается в паровой котел. Работа, совершаемая паром при расширении в ЧВД, ЧСД и ЧНД, используется для привода электрогенератора ЭГ роторы ЧВД, ЧСД, ЧНД и ЭГ жестко соединены. Отборы пара за ЧВД и ЧСД регулируемы, т.е. соотношение между расходами отбираемого пара и пара, отправляемого на дальнейшее расширение в проточную часть турбины, может изменяться в широких пределах, вплоть до полного отсутствия одного или обоих отборов. Единственным ограничением является обязательный пропуск пара через ЧНД в конденсатор в количестве не менее 3—5% от номинального расхода пара через ЧВД.

Использование на ТЭЦ турбин с регулируемыми отборами пара разрывает жесткую связь между выработкой электроэнергии и отпуском теплоты. Так, в летний период при QOT = 0 больше пара поступает в ЧНД и вырабатывается большая электрическая мощность. При этом паровой котел и остальное оборудование ТЭЦ работают в номинальном режиме, а не простаивают, что увеличивает экономическую эффективность станции.

Удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении для каждого из отборов турбины составит

где /] — энтальпия пара перед турбиной; /отб — энтальпия пара в отборе; /к — энтальпия конденсата, возвращающегося от потребителя тепловой энергии.

Все предприятия лесной промышленности, требующие большого потребления тепловой и электрической мощности, предпочли бы иметь в своем составе собственные промышленные ТЭЦ с турбинами с регулируемыми отборами пара. Реально такие ТЭЦ имеются практически на всех целлюлозно-бумажных предприятиях. Число же собственных ТЭЦ на других крупных предприятиях — фанерных, плитных, деревообрабатывающих — не превышает двух десятков.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >