Размещено на http://www.allbest.ru/

Термодинамический метод расчета удельных расходов топлива на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ

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

Научный поиск метода расчёта удельных расходов топлива на электроэнергию и теплоту при их совместном производстве является актуальной задачей. Решение этой задачи требуется для перспективного планирования энергетической стратегии страны, для расчета себестоимости производства электроэнергии и теплоты на ТЭЦ, а также для проектирования новых перспективных когенерационных установок, позволяющих так же, как и ТЭЦ, получать наряду с теплотой электроэнергию и таким образом полнее использовать работоспособность (эксергию) рабочего тела.

В литературе имеются два противоположных направления объяснения физической сущности экономии топлива при теплофикации и множество методик расчета дифференцированных удельных расходов топлива, разработанных на их основе. Первое из этих направлений, опирающееся на первое начало термодинамики, объясняет положительный эффект от теплофикации отсутствием или снижением количества теплоты, передаваемой конденсатору [1, 2]. Второе направление, базирующееся на расчете эксергии, относит потери преимущественно к топке [3, 5, 6]. Оба научных подхода к определению коэффициентов эффективности работы ТЭЦ несовершенны. Поэтому разработаны преимущественно с привлечением эмпирических данных методики расчета удельных расходов топлива на электроэнергию и теплоту, отпускаемую ТЭЦ, однако они также не удовлетворяют потребности практики и требуют пересмотра.

Остановимся кратко на характеристике основных методик расчета удельных расходов топлива на ТЭЦ на производство электроэнергии и теплоты, имеющих научное и (или) практическое значение.

Балансовый или физический метод был официальным в энергетике СССР и до 1996 года в России. Расход топлива на производство теплоты, отпускаемой тепловому потребителю, определяется как [1]

топливо электроэнергия теплофикация расход

где - теплота, отпускаемая из отборов турбины, конденсатора, или острым паром для нужд теплового потребителя.

Расход топлива на производство электроэнергии

где Q_э - расход теплоты на производство электроэнергии, равный разности между теплотой, поданной в турбину Q₀, и суммарной теплотой, отпускаемой тепловым потребителям ?Q_тi.

Q_э = Q₀ - ?Q_тi.

Удельный расход топлива на единицу отпущенной электроэнергии в_э и теплоты в_тi определяется соответственно как

в_э = В_э/N_от и в_тi = В_тi/?Q_тi з_тi,

где з_тi - КПД, учитывающий потери теплоты при её передаче от одного теплоносителя к другому в сетевых подогревателях, бойлерах и т.д.

Несмотря на недостатки балансового метода (вся экономия топлива от теплофикации относится на электроэнергию, не учитывается потенциал пара, отбираемого для нужд тепловых потребителей, и т.д.), этот метод, базирующийся на первом начале термодинамики, может рассматриваться как предельный случай экономии топлива при производстве электроэнергии.

Попытки найти обобщённый критерий для различных форм энергии привела к использованию эксергии при расчете дифференцированных расходов топлива [3]. Эксергетический КПД ТЭЦ предлагается определить по зависимости

,

откуда находят общий расход условного топлива на выработку эксергии

.

Удельный расход топлива на выработку единицы эксергии -

в_е = В_е/(N_э +E_Q),

где Е_вых, Е_вх, Е_Q - соответственно эксергия на выходе и входе в турбоустановку и эксергия теплоты, N_э- электрическая мощность турбины.

Общий расход топлива на вырабатываемую электроэнергию и теплоту:

В_э = в_е N_э,

В_т = в_е E_Q.

Удельные расходы топлива на вырабатываемую электроэнергию и теплоту:

в_е^э = В_э/N_э = в_е;

в_е^т = В_т/Q _тi = в_е^. Е_Q/Q _тi.

С помощью эксергии можно рассчитать потери в отдельных элементах ПТУ, однако применение этого метода к топке не обосновано физически и логически. Приравнивание в этом методе эксергии рабочего тела в топке теплоте сгорания топлива и одновременно электроэнергии, вырабатываемой ТЭЦ, не доказано. Кроме того, при расчете тепловых потерь с уходящими газами и вследствие необратимости теплообмена между газами и водяным паром не учитывают зависимость эксергии от свойств рабочих тел и др. Без решения вопроса об эксергии топки и отпускаемой теплоты применение этого метода является преждевременным, поэтому он не нашел широкого применения на практике. В методе эксергии вся экономия топлива от теплофикации относится к производству теплоты.

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

В_э = К_э^.В^.(N_от/(N-N_{э сн})).

В - расход топлива энергетическим котлом; N, N_от, N_{э сн} - расходы электроэнергии выработанной, отпущенной и затраченной на собственные нужды для производства электроэнергии; К_э - коэффициент, учитывающий распределение затрат топлива между электроэнергией и теплотой, отпущенной тепловому потребителю, при их раздельном производстве, определяемый по формуле

К_э = (Q_э + Q_{т сн} + ДQ_э)/ (Q_э + Q_{т сн} + ДQ_э +?Q_тi).

Здесь Q_{т сн} - расход теплоты на собственные нужды турбоагрегата; ДQ_э - дополнительный расход теплоты на производство электроэнергии за счет отборов с учётом энергетической ценности пара:

ДQ_э = ?Q_тi(1-о_i),

где о_i - коэффициент ценности потоков пара, который определяется как

о_i = [(h_i - h_k)/(h_o -h_k)]^.[1+k(h_o - h_i)/(h_o -h_k)],

h_o, h_i, h_k - энтальпии острого пара, пара в месте отбора и в конденсаторе.

При наличии промперегрева учитывают прирост энтальпии в промежуточном пароперегревателе h_пп.

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

Расход топлива на производство теплоты - В_тэ = В - В_э, удельный расход топлива на отпущенную электроэнергию и теплоту определяют как

в_э = В_э/N_от; в_тэ = В_тэ/ ?Q_тi з_тi.

Чтобы определить расходы топлива по каждому виду регулируемого отбора, вначале определяется средний удельный расход топлива на отпущенную теплоту в раздельном производстве

в_{тэ р} = в_тэ^. К_{от р(к)}.

Здесь К_{от р(к)} - коэффициент, характеризующий отношение полного расхода топлива при раздельном производстве к расходу топлива при комбинированном

К_{от р(к)}= (Q_э + Q_{т сн} + ДQ_э +?Q_тi)/ (Q_э + Q_{т сн} + ?Q_тi).

После этого рассчитывают снижение удельного расхода топлива на отпущенную теплоту за счёт теплофикации

Дв_тэ = в_{тэ р} - в_тэ.

Затем определяют средний коэффициент ценности пара, идущего на теплофикацию

о_ср = ?(Q_тi ^. о_i)/ ?Q_тi.

Тогда для каждого регулируемого отбора теплоты уменьшение удельного расхода топлива по сравнению с раздельным производством равно

Дв_{тэ i} = Дв_тэ ^. (1- о_i)/(1- о_ср),

а действительное значение удельного расхода топлива для каждого потока теплоты будет

в_{тэ i} = Дв_{тэ р} - Дв_{тэ i}.

Недостатки этого метода заключаются в наличии эмпирических коэффициентов, затрудняющих анализ и прогнозирование работы ТЭЦ, тепловые потенциалы отпускаемой потребителю теплоты учитываются частично, отсутствует эквивалентное сопоставление электрической энергии и теплоты.

Метод расчета удельных показателей по недовыработанной электроэнергии заключается в определении недовыработки в результате отвода пара на теплоснабжение или другие цели через отборы или противодавление турбоагрегатов. В этом методе учитывается неэквивалентность продуктов ТЭЦ - электроэнергии и теплоты, путем приведения их к единой форме энергии - электрической [5].

Для осуществления этого метода на типовой диаграмме режимов или нормативной энергетической характеристики турбоагрегата ПТ находят электрическую выработку N_пт. Затем закрывают регулируемые отборы пара и турбоагрегат переводят в конденсационный режим при сохранении постоянным расхода топлива на котле и расхода пара в голове турбины и по той же диаграмме режимов определяют выработку электроэнергии -N_к. Разность (N_к-N_пт) - это выработка электроэнергии потоками пара, отбираемого на технологические нужды и отопление, если эти потоки пара вместо потребителя будут направлены в проточную часть турбоагрегата. Далее при том же расходе пара в голову турбины закрывают технологический отбор, оставляя как в исходном режиме отбор на отопление, и получают по диаграмме режимов электрическую выработку для данного режима - N_п. При устранении отбора на отопление, при сохранении неизменным отбора на технологические нужды по той же диаграмме режимов имеем - N_т. Тогда разность (N_к - N_п) - выработка электроэнергии, которая могла бы быть совершена паром отопительных отборов, а (N_к - N_т) - выработка электроэнергии паром технологического отбора.

Затраты топлива на отпущенную электроэнергию:

В_э = В(N_пт - N_{пт сн})/N_к.

Затраты топлива на отпущенную турбиной теплоту:

В_тэ = В - В_э.

Затраты топлива на теплоту технологического и отопительного отборов определяются из соотношения:

В_{тэ п} /В_{тэ то} = (N_к- N_т)/ (N_к- N_п),

при условии, что В_{тэ п} + В_{тэ то} =В_тэ.

Удельные расходы топлива рассчитываются обычным образом.

Сложность применения данного способа состоит в необходимости введения эмпирических поправок при отклонении режима работы турбины от параметров, при которых рассчитывалась диаграмма режимов, что снижает точность этого метода и требует дополнительной работы.

К данному методу примыкает балансовый конденсационный метод расчета расхода топлива на электроэнергию и теплоту [6], в котором сводят теплоту, отпущенную потребителям, к электрической энергии и не учитывают температурный потенциал этой теплоты.

В методе расчета, учитывающем тепловую ценность отборного пара, его теплота приводится к тепловому потенциалу пара на выходе из котла [5]. Это делается с помощью коэффициентов ценности пара, введенных ОАО «Фирма ОРГРЭС». Расход топлива на отпущенную электроэнергию определяют по зависимости

В_э = К_э^.В^.(N_от/N-N_{э сн}),

где коэффициент пропорциональности К_э рассчитывают по формуле

К_э = (Q_o - Q_{т сн} - ?Q_тi о_i)/ (Q_о - Q_{т сн}),

или аналогичной формуле, более удобной для составления отчетности электростанций, предложенной ОАО «Фирма ОРГРЭС»,

К_э = (Q_э + Q_{т сн} + ДQ_э)/ (Q_э + Q_{т сн} + ?Q_тi).

Расход топлива на отпуск теплоты определят как

В_т = В - В_э.

Удельный расход на отпущенную теплоту из отборов турбины находят по зависимости

в_т = В_т/ Q_т,

где Q_тэ = ?Q_тiз_тi,

а удельные расходы топлива - отдельно по каждому отбору как

в_тi = в_{т р} ^. о_i,

здесь в_{т р} - удельный расход топлива на отпущенную теплоту по раздельному циклу, который определяется по формуле

в_{т р} = В_{т р}/Q_т;

В_{m р} - затраты топлива на производство отпущенной теплоты по раздельному циклу

В_{т р} = Q _т/ Q_н^р з_ка.

Основная неточность этого метода связана с определением коэффициента ценности теплоты отборного пара.

Таким образом, на практике не используют единую меру качества вырабатываемых ТЭЦ продуктов - электроэнергии и отпускаемой потребителям теплоты, что не дает возможность точно определить дифференцированные расходы на них топлива.

Цель работы - разработка термодинамического метода расчета, позволяющего получить на основе единого эквивалента дифференцированные удельные расходы топлива на производство электроэнергии и теплоты с учетом её потенциала.

В предлагаемом нами методе реальный цикл ТЭЦ трансформируют в один или несколько обратимых циклов Карно, в которых теплота отводится в конденсаторе, регулируемых и нерегулируемых отборах. Баланс теплоты для каждого цикла Карно делят на соответствующее ему изменение энтропии и получают уравнения вида (Т_NiсрМ_фi)_К=(Т_1iср М_фi)_К - (Т _2iсрМ_фi)_К, в которых учтена температура подвода и отвода теплоты соответствующего отбора, расход пара и величина пропорциональная теплоте, затраченной на получение работы в этом цикле. Здесь Т_1iср и Т _2iср - средняя температура подвода и отвода теплоты в цикле Карно, М_фi - расход пара; произведение (Т_1срМ_ф0)_К - пропорционально тепловой мощности, подведённой от верхнего источника; произведение (Т_ТсрМ_ф0)_К - пропорционально тепловой мощности, переданной нижнему источнику; произведение (Т_NсрМ_ф0)_К - пропорционально мощности цикла.

Уменьшение температуры пара нижнего источника, а значит увеличение доли теплоты, пошедшее на работу (электроэнергию) в действительном цикле, по сравнению с обратимым циклом Карно учитывают делением Q₂ на изменение удельной энтропии в действительном цикле. В результате имеют для i цикла исходное уравнение, в котором учтены внутренние потери (Т_NiсрМ_фi)_д=(Т_1iср М_фi) - (Т _2iсрМ_фi)_д, на основе которого определяют расходы (удельные расходы) топлива на электроэнергию, подведённую и отведённую теплоту в i цикле, общей мерой которых, как и в цикле Карно, является соответствующая величина ТМ.

Суммирование последних уравнений для рассматриваемого цикла ТЭЦ с учётом того, что теплота, подведенная в частных циклах, построенных на конденсаторе и нерегулируемых отборах, расходуется на производство электроэнергии, даёт уравнение для определения дифференцированных удельных расходов топлива для ТЭЦ (Т_NiсрМ_фiNср)_цд=(Т_1ср М_ф0) - ? (Т _2iсрМ_фi)_д. Последнее уравнение не содержит эмпирических коэффициентов, а метод расчёта удельных расходов топлива на ТЭЦ является не намного сложнее балансового метода. Распределение экономии топлива, получаемой на ТЭЦ, между электроэнергией и отпускаемой теплотой вытекает из аналитического решения поставленной задачи.

В предлагаемом нами методе распределяется топливо, пошедшее на получение теплоты вводимой в турбоагрегат, между топливом, идущим в соответствии с количеством теплоты и ее термодинамическими параметрами на производство работы (электроэнергии) и отпуск теплоты тепловым потребителям.

Рассмотрим возможность предлагаемого нами метода для определения дифференцированных на производство электроэнергии и теплоты удельных расходов топлива на ТЭЦ.

Вначале определим дифференцированные удельные расходы топлива простейшей ПТУ с противодавлением (Рис.1) и сравним полученные результаты с расчетами [6], выполненными по различным методикам.

По известным параметрам рабочего тела простейшей ПТУ с противодавлением в характерных точках, приведенных в таблице 1, по таблицам [7] и известных внутренних относительных КПД турбины и насоса найдем необходимые для расчета данные:

а)б)

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

Таблица 1

Параметры рабочего тела простейшей ПТУ с противодавлением

Параметры 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

Общий часовой расход пара М_ф0 = 3600^. D =810000 кг/час = 810 т/час.

Общий расход топлива

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

Средняя температура отвода теплоты в цикле Карно

После деления уравнения теплового баланса турбоустановки Q_э =Q₀- Q_т на одинаковое изменение удельной энтропии верхнего и нижнего источника теплоты конгруэнтного цикла Карно, соответствующего рассматриваемому циклу ПТУ,

Q_э/(s₂- s_4д) = Q₀/(s₂- s_4д) - Q_т/(s₂- s_4д) (1)

Получим

(Т_1ср М_ф0)_К =(Т_NсрМ_фNср)_К + (Т_ТсрМ_ф0)_К. (2)

Можно также рассчитать Т_1ср М_ф0 и Т_ТсрМ_ф0 как произведение известных средних температур подведённой и отведенной теплоты на постоянный расход рабочего тела. Здесь (Т_1срМ_ф0)_К, (Т_NсрМ_фNср)_К, (Т_ТсрМ_ф0)_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 (Т_1ср)_К, (Т_Тср)_К, М_ф0, получим:

(Т_1ср М_ф0)_К =565,6^.810= 458136 (К^.т/час);

(Т_ТсрМ_ф0)_К = 460,8 ^. 810 = 373248 (К^.т/час).

Тогда из уравнения (2) имеем

(Т_NсрМ_фNср)_К=(Т_1ср М_ф0)_К - (Т_ТсрМ_ф0)_К =458136 - 373248=84888 (К^.т/час).

Для учёта уменьшения температуры пара нижнего источника и увеличения доли теплоты, пошедшей на работу (электроэнергию) в действительном цикле, по сравнению с обратимом циклом Карно разделим (Т_ТсрМ_ф0)_К на коэффициент К, учитывающим изменение удельной энтропии в действительном цикле

К= (s_2д - s₃)/( s₂ -s_4д) = (6,8320- 1,3059)/ (6,6738 - 1,3092) = 1,03.

[Т_ТсрМ_ф0]_д =(Т_ТсрМ_ф0)_К/К = 373248/1,03= 362376,7 (К^.т/час).

[Т_NсрМ_фNср]_д = Т_1ср М_ф0 - [Т_ТсрМ_ф0]_д= 458136 - 362376,7 = 95287,5 (К^.т/час).

Определим удельный расход топлива на единицу Т_1ср М_ф0

в = В/ Т_1срМ_ф0 = 91144/458136=0,199(кг усл. топл./час)/ (К^.т/час).

Расход топлива на выработку электроэнергии равен

В_э = в^. (Т_NсрМ_фNср)_д = 0,199^. 95287,5 =18962 (кг усл. т/час).

Расход топлива на выработку теплоты равен

В_Т = в^. (Т_ТсрМ_ф0)_д =0,199^.362376,7 =72113 (кг усл. т/час).

Удельный расход топлива на выработку электроэнергии равен

в_э = В_э/ N_э^.3,6^. 10⁶ = 18962/360^.10⁶ =52,67 кг/ ГДж =189 г/кВт^.час.

Удельный расход топлива на выработку теплоты равен

в_т = В_т/N_т^.3,6^. 10⁶ = 72113/2080,8 =34.7 кг/ГДж =0,124 кг/кВт^.час.

Сравнение полученных энергетических показателей простейшей ПТУ с противодавлением с данными работы [6] представлено в таблице 2.

Таблица 2

Энергетические показатели простейшей ПТУ, рассчитанные различными методами

Метод	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

Подобный подход можно использовать для определения расхода топлива на производство электроэнергии и отпуск теплоты любой теплофикационной турбоустановкой.

В качестве примера работоспособности термодинамического метода проведем расчет затрат топлива на производство электроэнергии и теплоты для блока с турбиной ПТ 136/165 - 130 (Рис. 2) и сравним полученные результаты с известными литературными данными [5], полученными, другими наиболее распространенными методиками. Исходные данные для расчета приведены в таблице 3.



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

Таблица 3

Исходные данные для расчета

Рабочее тело	Мф, 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
прямая после ПВК	1618	-	-	-	544	130	-	-
прямая после ПСГ-2	1618				427	102	-	-
прямая после ПСГ-1	1618	-	-	-	350	83,5	-	-
Обратная	1618	-	-	-	222	53	-	-

Тепловая нагрузка регулируемых отборов Q_то=335 ГДж/час, в том числе верхнего Q_тв =125,7 ГДж/час, нижнего Q_тн =209,3 ГДж/час. Выработано электроэнергии N = 80 МВт^.час, отпущено электроэнергии N_от= 77 МВт^.час.

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

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

Отпущенная теплота внешнему потребителю от П-отбора

Q_{п от} =Q_п =М_фп(h_п -h_в) =200^. 10³ (3015- 419) = 519,2^.10⁶ кДж/час.

Тепловая нагрузка технологического и отопительного отборов

Q_т = Q_п + Q_то = 519,2 + 335,0 = 854,2 ГДж/час.

Теплота, сообщенная сетевой воде

Q_{св от} = Q_{то от} + Q_{пвк от} =М_пв (h_пс -h_ос)=1618^.10³(544-222)=521^.10⁶ кДж/час,

в том числе от ПВК

Q_{пвк от} =М_св(h_пс-h_вс) = 1618^.10³(544-427)= 189,3^. 10⁶ кДж/час;

в том числе от Т-отборов

Q_{то от} = Q_{от св} - Q_{пвк от} =521,0^. 10⁶ - 189,3^. 10⁶ =331,7^. 10⁶ кДж/час;

из них от верхнего Т-отбора

Q_{тв от} = М_пв (h_вс - h_нс) =1618^. 10³ (427 - 350) =124,6^. 10⁶ кДж/час;

из них от нижнего Т - отбора

Q_{тн от} = М_пв (h_нс - h_ос) =1618^. 10³ (350 - 222) = 207,1^. 10⁶ кДж/час.

Теплота, отпущенная тепловому потребителю за счёт отборов пара из турбины

Q_{тэ от}=Q_{п от}+Q_{то от}=Q_{п от}+Q_{тв от}+Q_{тн от}=519,2+124,6+207,1 = 850,9 ГДж/час.

Всего теплоты, отпущенной тепловому потребителю,

Q_от= Q_{тэ от}+Q_{пвк от}= Q_{п от}+Q_{тв от}+Q_{тн от}+Q_{пвк от}=519,2+124,6+207,1+189,3 =

=1040,2 ГДж/час

Выработка теплоты брутто энергетическим котлом

Q_ка = М_пв (h_ка - h_пв) = 512,0 ^. 10³ (3484 -959) = 1292,8^. 10⁶ кДж/час.

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

В= Q_ка/Q_н^р з_ка = 1292,8^. 10⁶ /29310 ^. 0,92 =47943,3 кг усл. топл./час.

Расход теплоты в голову турбины

Q₀ = Q_ка з_тп = 1292,8 ^. 10^{6 .} 0,99 =1279,9 ^. 10⁶ кДж/час.

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

В_пвк = Q_{пвк от}/ Q_н^р з _пвк = 189,3 ^. 10⁶ /29310 ^. 0,92 =7020,1 кг усл. топл./час.

Найдём среднюю температуру подвода теплоты в рассматриваемом цикле

Т_0ср =(h₁ - h_пв )/(s₁ - s_пв) = (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 Т_0ср^. М_ф0 = 617,3^. 512 = 316048 Кт/час

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

Т_0срМ_ф0 = Q₀/(s₁-s_пв)^.10³ =1279,9^. 10⁶/4,0445 ^.10³= 316454 (Кт/час),

где s_1, s_пв - соответственно энтропия пара на входе в турбину и питательной воды.

Невязка определения Т_0ср^. М_ф0 составляет 0,1 %.

Разобьём рассматриваемый цикл, у которого примем постоянную температуру подвода теплоты равную Т_0ср на несколько обратимых циклов Карно, связанных с выработкой электроэнергии на регулируемых и нерегулируемых отборах, а также с паром, поступающим в конденсатор.

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

в = В/ Т_0срМ_ф0 = 47943,3 /316048 = 0,1517 (кг усл. топл./час)/(Кт/час).

а) Цикл Карно на основе П-отбора

Q_{п под} = М_фп T_псрпод (s₁-s_пк). (3)

Здесь Q_{п под} - подведённая тепловая мощность, T_псрпод - средняя температура подвода теплоты в этом частном цикле Карно, равная средней температуре подвода в рассматриваемом цикле Т_0ср;

Q_{п отв} = T_{пср отв}^.M_фп (s₁ -s_пк), (4)

где Q_{п отв} - отведенная тепловая мощность;

Q_Nп = Q_{п под} - Q_{п от,} (5)

где Q_Nп - мощность турбины, получаемая на производственном отборе.

Подставим (3) и (4) в (5) и разделим (5) на (s₁-s_пк), получим

T_Nсрп^. M_фпср =Т_0ср M_фп - T_псрот^.M_фп, (6)

где T_{пср под}^.M_фп= Т_0ср^. M_фп = 617,3 ^. 200 = 123460 (Кт/час).

(T_{пср отв}^.M_фп)=Q_{п отв}/(s₁-s_пк)^.10³=519,2^.10⁶/(6,6245-1,3)^.10³=97,5^.10³(Кт/час).

Учтём действительную температуру пара П-отбора, для чего разделим Q_{п отв} на действительное изменение его энтропии (s_пн -s_пк ), получим

(T_псротв^.M_фп)_д=Q_потв/(s_пн-s_пк)^.10³=

=519,2^.10⁶/(6,89-,3)^.10³=92,88^.10³(Кт/час), (7)

где s_пн,, s_пк - энтропии производственного пара на входе и выходе.

(Т_Nсрп M_фпср)_д = T_{пср под}^.M_фпср - (T_псротв^.M_фпср)_д = 123,46^. 10³ - 92,88^{. .}10³ = 30,58^. 10³ (Кт/час). (8)

В_пТ = в^. (T_псрот^.M_фпср)_д = 0,1517^. 92,88^. 10³ = 14090 (кг усл. топл./час).

в _пт = В_пТ/ Q_{п отв} = 14090/519,2 = 27,13 (кг усл.топл./ГДж).

б) Цикл Карно на верхнем тепловом отборе

Q_{тв под}= Т_0ср (s₁-s_твк)М_фтв - подведенная тепловая мощность;

Q_{тв отв} = T_{твср отв}^.M_фтв (s₁ -s_твк) - отведенная тепловая мощность;

Q_Nтв = Q_{тв под} - Q_{тв отв} - мощность турбины, получаемая на верхнем тепловом отборе.

T_{твср под}^.M_фтв= 617,3^. 57,7 = 35,37 10³ (Кт/час);

Выполнив преобразования аналогичные для частного цикла Карно на П-отборе, получим:

(T_{твср отв}^.M_фтв)_д=Q_{тв отв}/(s_твн-s_твк)^.10³=125,7^.10⁶/(7,12-1,36)^.10³=21,8^.10³ (Кт/час);

(Т_Nсртв.M_фтв)_д=T_{твср под}^.M_фтв -(T_{твср отв}^.M_{фт в})_д= 35,37^. 10³ -21,8^.10³=13,57^. 10³ (Кт/час). (9)

В_{тв т}= в^. (T_твсрот^.M_фтв)_д = 0,1517^. 21,8^. 10³= 3307 (кг усл. т/час).

в _{тв т} = В_{тв т} / Q_{т в} =3307/125,7^. 10⁶ =26,3 (кг усл.топл./ГДж).

в) Цикл Карно на нижнем отборе

Q_{тн под}= Т_0ср М_фтн (s₁-s_тнк) - подведенная тепловая мощность;

Q_{тн отв} = T_{тнср отв}^.M_фтн (s₁ -s_тнк) - отведенная тепловая мощность;

Q_Nтн = Q_{тн под} - Q_{тн отв} - мощность турбины, получаемая на нижнем тепловом отборе.

T_{тнср п од}^.M_фтн= 617,3^. 96,2 =59,38^.10³ (Кт/час);

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

(T_{тнср отв}^.M_фтн)_д=Q_{тн отв} /(s_тнн- s_тнк )^.10³=209,3^.10⁶/(7,16-1,18)^.10³=

35,0^.10³ (Кт/час);

(Т_Nсртн M_фсртн)_д = T_{тнср под}^.M_фтн-(T_{тнср отв}^.M_фтнср)_д =59,38^.10³ - 35,0^.10³ =24,38^.10³ (Кт/час). (10)

В_{тн т}= в^.(T_{т нср отв}^.M_{фт нср})_д =0,1517^. 35,0^. 10³= 5309,5 (кг усл. т/час).

в _{тн т} = В_{тн т} / Q _{от н} =5309/209,3^. 10⁹ =25,36 кг усл.топл./ГДж.

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

Очевидно, что теплоту, подводимую в этих частных циклах Карно, необходимо полностью отнести на производство электроэнергии. Тогда

?Т_{Nсрi рег.} M_{ф рег}+Т_{Nср кон} M_фкон =?T_{ср iрег. под}^.M_{ф рег. под}+T_{ср кон. под}^.M_{ф кон. под} = Т_0ср ?М_фiрег = Т_0срМ_рег (11)

Расход топлива пошедшего на электроэнергию для рассматриваемого цикла

В_э= В - В_пТ - В_{тв т} - В_{тн т}=47943 - 14090 - 3307- 5309,5 = 25236,5 кг/час.

Удельный расход топлива на единицу отпущенной ТЭЦ электроэнергии:

в_э = В_э/Э=25236,5/77^.10³=327,7 г/кВт^.час.

Термодинамический метод расчета дифференцированных затрат топлива может быть применён непосредственно к циклу рассчитываемой ТЭЦ.

Суммирование уравнений для частных циклов Карно (8), (9), (10) и (11), в которых учтены внутренние потери, даёт:

(Т_Nсрп M_фпср )_д+ (Т_{Nсрт в} M_{фсрт в})_д + (Т_{Nсрт н} M_{фсрт н} )_д+ (?Т_{Nср iрег.} M_{ф i рег} )_д+

(Т_{Nср кон} M_фкон )_д = T_{пср под}^.M_фп + T_{твср под}^.M_{фт в} +T_{тнср под}^.M_{фт н} + ?T_{iрег српол} ^.M_{ф iрег} +T_{ср кон. под}^.M_{ф кон.} - (T_{пср отв}^.M_фп)_д -T_{твср от в}^.M _{фт в} -T_{тнср отв}^.M _{фт н},

...