Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт энергетики и автоматики Академии наук

Республики Узбекистан, г. Ташкент

Полный-относительный КПД ТЭЦ

Д.т.н. И.Б. Цоколаев,

Предложена формула для расчета энергетической эффективности ТЭЦ, корректность которой обеспечивается адекватным учетом дополнительного энергетического эффекта при совместном производстве электрической и тепловой энергии.

Содержание данной статьи представляет собой по существу продолжение логических построений на базе начал термодинамики, в результате которых раскрыта термодинамическая природа экономии топлива на ТЭЦ, предложены формулы для ее расчета [1].

В [1] показано, что существенное отличие двухпродуктового термодинамического цикла или цикла совместного производства электроэнергии и теплоты, реализуемого на теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), от однопродуктовых, реализуемых на конденсационной электростанции (КЭС) и в котельной (К), заключается в двойном функционировании части анергии (бросовой части первичной энергии, подведенной в цикл). Данный феномен проявляется как следствие разнородности выводимых из цикла конечных видов энергетической продукции и обеспечивает экономию первичной энергии, которая эквивалентна значению дважды функционирующей части. То есть, экономия формируется как результат реализации данного цикла, является функцией его параметров и не связана с эффективностью других схем (циклов) энергопроизводства, реализуемых в энергосистеме. В [1] показано также, что дважды функционирующая часть анергии может быть представлена при необходимости как в виде экономии первичной энергии ?B, так и в виде дополнительной «чистой» энергии или эксергии ?E, т.е. энергии, которая может быть получена из сэкономленной первичной энергии ?B в этом же цикле (т.е. в цикле, традиционный эксергетический КПД которого представляет собой соотношение з =E/B, где E=Eэ+Eт - общее количество эксергии или «чистой» продукции, выведенное из цикла; Eэ - эксергия, выведенная из цикла в виде электроэнергии Этф или электрической мощности на тепловом потреблении Nтф; Eт - эксергия, которая направляется тепловому потребителю в составе отпускаемой теплоты Qот; B - общее количество первичной энергии, подведенное в цикл). Таким образом, результатом реализации двухпродуктового цикла является производство не только Eэ и Eт, но и эффект двойного функционирования части первичной энергии в виде ?B или ?E. То есть, строго говоря, при затратах топлива, равных B, общий полезный эффект или количество «чистой» энергетической продукции совместной схемы представляет собой сумму трех слагаемых:

Ес=Е3+Еф+ДЕ.

На основании изложенного правомерно утверждать, что для оценки эффективности двухпродуктового цикла (ТЭЦ) в виде КПД или удельного расхода первичной энергии корректны, соответственно, соотношения:

Иными словами, «+ ?E» в (1) означает приведение двухпродуктового цикла к однопродукто-вому в части термоэкономического (семантического) содержания. Лишь в данной интерпретации соотношение для КПД двухпродуктового цикла оказывается в полной мере (термодинамически, экономически, следовательно, и семантически) адекватным известному соотношению Карно для оценки эффективности цикла: в числителе - полное количество работы, эксергии или «чистой» энергии, полученное за счет подведенной энергии; в знаменателе - полное количество подведенной энергии [3]. п. п

легко рассчитывается по формуле, приведенной в [1]; расчет других величин представляется не требующим пояснений.

По формуле (1) рассчитаны значения зр для двухпродуктового теоретического цикла Ренкина (процесс расширения пара изоэнтропный [1]; регенеративный подогрев рабочего тела отсутствует; балансовый КПД котла равен единице; затраты энергии на собственные нужды установки пренебрежимо малы). Параметры цикла: С^^,д МПа, t1=540 ОC - начальное давление и температура пара, соответственно; tк=27 ОC (Pк=0,0035 МПа) - температура (давление) пара в конце процесса расширения (на «прямой среды» соответствует параметрам холодного источника); Pт - давление пара, отпускаемого потребителю из противодавления или регулируемого отбора турбины, изменяется в пределах Р1?Pт?Pк.

Если T1 и Tк полагать фиксированными величинами, а их соотношение обозначить через «б», то выражение (2) примет вид зрТЭЦ=1 -б.Tт, из которого следует, что эффективность двухпродуктового цикла снижается по мере увеличения абсолютной температуры теплоты, выводимой из цикла для теплового потребителя. Последнее адекватно отражает общее свойство эффективности термодинамического цикла, согласно которому эффективность есть возрастающая функция температуры подвода теплоты [3]; поэтому вывод из цикла рабочего тела с более высокой температурой снижает его эффективность. Тем самым подтверждается термодинамическая (теоретическая) обоснованность предложенного соотношения для КПД ТЭЦ. Очевидно, при изменении начальных и/или конечных параметров цикла зр будет изменяться также в направлениях, соответствующих общей теории циклов. В практических расчетах при непосредственном сопоставлении с эффективностью КЭС (с их традиционным КПД) и/или котельных (с эксергетическим КПД энергетических или водогрейных котлов).

В отличие от эксергетического КПД (зТЭЦ) КПД зрТЭЦ может быть назван полным-относительным, т.к. данным КПД учитывается полный эффект совместной схемы относительно альтернативных схем. Одновременное использование обоих КПД позволяет получить количественный ответ на любой вопрос относительно эффективности преобразования энергии в альтернативных схемах.

Таким образом, максимальное для данной ТЭЦ численное значение КПД (~0,69) далеко от единицы; вместе с тем, максимальное численное различие КПД двух- и однопродуктовыхсхем энергопроизводства составляет 0,69-0,44=0,25 или 25%.

Полагая общеизвестным соотношение для расчета так называемого «коэффициента использования топлива», заметим, что его численное значение остается неизменным и равным единице при любых параметрах схемы энергопроизводства, в том числе, отпускаемой потребителю теплоты. То есть, данный показатель не соответствует своему назначению, отраженному в названии, и, следовательно, непригоден в практике анализа эффективности. турбина энергетический эффективность термодинамический

Дополнительные расчеты показывают, что для циклов (установок, в том числе, действующих) с иными параметрами численные значения КПД или удельных затрат, естественно, оказываются иными, однако общая, представленная выше, картина сравнительной эффективности производства «чистой» энергетической продукции остается неизменной: КПД ТЭЦ далек от единицы, но ее реальная эффективность существенно выше эффективности однопродуктовых схем.

В двухпродуктовом цикле величины Nтф, Qот (Eт) жестко коррелированы, т.е. при известной одной из них другая оказывается также известной. С учетом данного обстоятельства на базе зависимости з™ или bрТЭЦ=f(Pт) могут быть легко получены энергетические характеристики турбин с противодавлением (или с регулируемыми отборами пара) для каждого дискретного значения параметров (давления) пара, отпускаемого потребителю. Данные характеристики могут быть представлены в любом, удобном для анализа, виде: В=f(Е=Nтф+Eт); В=f(Nтф+Qот); B=f(Nтф), B=f(Qот);B=f(Eт)идр.

Очевидно, расположение характеристик турбины (установки), для различных значений Pт, в соответствующем поле координат окажется веерообразным: чем выше Pт, тем ниже т^ц и выше удельные (bрТЭЦ) затраты первичной энергии, следовательно, тем выше и круче энергетическая характеристика. Показатели подобных зависимостей (удельные затраты, КПД, относительные приросты затрат - как функции нагрузки) характеризуют конкретный (при фиксированном значении Pт) режим работы установки и сопоставимы без дополнительных условий с одноименными показателями других теплоэнергетических установок энергосистемы. Данное свойство характеристик определяет целесообразность их практического использования при решении проектных и оперативных вопросов, направленных на экономию топлива при производстве и распределении энергии.

Выводы

Предложена формула для расчета КПД ТЭЦ, в которой адекватно отражается термодинамический (и экономический) смысл основополагающего соотношения Карно для оценки эффективности цикла. Данный результат получен как следствие корректной оценки и учета дополнительного энергетического эффекта при совмещении процессов производства разнородных видов энергии.

Энергетические характеристики двухпродуктовых установок, рассчитанные на базе предложенного подхода к решению проблемы, сопоставимы непосредственно с одноименными характеристиками однопродуктовых установок. Практическое использование данных характеристик обеспечивает повышение качества работ в области анализа и нормирования технико-экономических показателей, сокращение объема расчетов, а главное - корректность и однозначность выводов при решении вопросов, связанных с минимизацией затрат топлива в теплоэнергетике.

Литература

1. Цоколаев И.Б. Экономия топлива на ТЭЦ или эффект совместности//Новости теплоснабжения. 2008. № 6. С. 24-28.

2. Цоколаев И.Б., Галянт И.И., Межерицкий С.М. Рациональный метод распределения расхода топлива на ТЭЦ //Теплоэнергетика. 1991. № 7.

3. Вукалович М.П., Новиков И.И. Термодинамика. М.: Машиностроение, 1972.

Размещено на Allbest.ru