2.2. Теплоэлектроцентрали (тэц). Ядерные энергетические установки

Теплофикационный цикл. Согласно второго закона термодинамики для осуществления цикла тепловых двигателей неизбежна отдача теплоты холодному источнику (окружающая среда Т ≈ 300 К), а температура горячего источника ограничена ( К). Поэтому самые эффективные тепловые двигатели отдают бесполезно в окружающую среду около половины полученной теплоты.

Цикл паротурбинной установки (ПТУ), в котором теоретически можно использовать всю подведенную от горячего источника теплоту для получения работы и теплоты, называют теплофикационным. Комбинированная выработка электроэнергии и теплоты на тепловых электростанциях (ТЭЦ) называется теплофикацией.

Электростанции, работающие по циклу Ренкина, называют конденсационными (КЭС), а по теплофикационному – теплоэлекроцентралями (ТЭЦ).

В установках с теплофикационным циклом (рис. 2.5,а) давление пара на выходе из турбины 1, механически связанной с электрическим генератором 6, определяется тепловым потребителем. После турбины пар направляется к тепловому потребителю 2, где отдает теплоту q_тп и конденсируется. Конденсат насосом 3 направляется в котел 4, где нагревается, превращается в насыщенный пар, который перегревается в пароперегревателе 5 и поступает в турбину 1.

На рис. 2.5,б приведены два цикла: 1-2-3-4-5-1 – конденсационный и 1-6-7-4-5-1 – теплофикационный. Начальные параметры в обоих циклах одинаковы. В первом цикле конечное давление пара р₂, удельная работа l пропорциональна площади 1-2-3-4-5-1, а количество теплоты q₂, отданной холодному источнику, пропорционально площади 2-10-8-3-2. В теплофикационном цикле конечное давление , удельная работа l' пропорциональна площади 1-6-7-4-5-1, а количество теплоты, отдаваемой потребителю, - площади 6-10-9-7-6.

а)

б)

Рис. 2.5. Схема (а) и цикл (б) паротурбинной установки,

работающей по теплофикационному циклу

Из рис. 2.5,б видно, что . Таким образом, в теплофикаци­онном цикле удельная полезная работа турбины уменьшилась по срав­нению с конденсационным циклом на величину, соответствующую пло­щади 6-2-3-7-6. При этом количество теплоты, отдаваемое холодному источнику, возросло ( ). Учитывая, что р'₂ > р₂, теплота q'₂ может быть использована на удовлетворение технологических нужд промыш­ленности, отопление и другие цели.

В связи с использованием теплоты отработавшего пара величина КПД цикла Ренкина (2.2) теряет свой смысл и перестает быть КПД, так как полезной яв­ляется и та теплота, которая отдается холодному источнику. Поэтому эффективность теплофикационного цикла, в отличие от КПД конден­сационного цикла, оценивают коэффициентом использования теплоты , представляющим собой отношение общего количества получаемой ра­боты и теплоты q'₂ к подведенной теплоте q₁:

. (2.10)

На современных теплофикационных установках коэффициент использования теплоты достигает 60...70 %.