CC BY
303
УДК 621.315.019
ОЦЕНКА УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ТОПЛИВА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
А. Л. СТАРЖИНСКИЙ
Белорусский национальный технический университет, г. Минск
В настоящее время на некоторых предприятиях Республики Беларусь имеются собственные электростанции, обеспечивающие тепловой энергией технологический процесс или установленные в последние годы в целях экономии энергоресурсов, и представляют собой паротурбинные установки с противодавленческими турбинами мощностью от 0,5 до 3,5 МВт. Они работают в качестве редуктора для снижения избыточного давления пара, например с 1,3 МПа и температуре I =191 °С,
вырабатываемого котельной предприятия, до требуемых параметров, необходимых для ведения технологического процесса. Применение противодавленческой турбины вместо обычно применяемых редукционно-охладительных установок (РОУ) позволяет полезно использовать (срабатываемый на рабочих лопатках) потенциал парового потока для получения электроэнергии [1, с. 6]. В схеме с установкой противодавленческой турбины обычное РОУ сохраняется как резервное на период плановых или аварийных остановов турбины. Удельные затраты топлива при использовании противодавленческой турбины несколько выше по сравнению с РОУ, т. к. производство электроэнергии связано с дополнительной потерей энергии в турбине (потери пара через концевые уплотнения, механические потери), редукторе, генераторе (механические и электрические потери).
Рассмотрим одно предприятие пищевой промышленности, требующее по технологии производства пар давлением 0,3-0,38 МПа и температурой 130-140 °С. На данном предприятии предпринята попытка снизить недоиспользование потенциальной энергии пара, полученной от сжигания топлива в котельной, за счет того, что пар вместо РОУ, направляется на паротурбинную установку для производства электроэнергии. Для этого в пристройке к производственному цеху установлена параллельно РОУ противодавленческая турбина мощностью 1,5 МВт, вал которой сочленен через редуктор с электрическим генератором такой же самой мощности (рис. 1). Технические параметры турбоагрегата представлены в табл. 1, а энергетические характеристики на рис. 2. Эксплуатационные условия работы данного турбоагрегата отличаются от номинальных, поэтому экспериментально полученные характеристики отличаются от паспортной.
Оценим значения удельного расхода топлива на выработку электрической энергии для данного турбоагрегата. При отсутствии электрогенерирующего комплекса котельная вырабатывает тепловую энергию Q с расходом топлива Б, который определяется исходя из значения количества тепла, отпускаемого потребителю, потерь в котле, потерь в питающем паропроводе и РОУ. На тепловых электростанциях энергосистемы отпуск пара через РОУ применяется в дополнение к отбору из турбины при большом потреблении пара, не обеспечиваемой последней, или при выходе из строя турбины с отбором пара. Отпуск пара через РОУ не экономичен и допустим только в исключительных случаях [2, с. 82].
На технологический процесс
Рис. 1. Схема паропроводов промышленного предприятия:
Д1 - отпуск пара с котельной; Д2, Д3 - расход пара на турбину и на РОУ
Таблица 1
Технические параметры турбоагрегата с противодавленческой турбиной
Тип турбоагрегата Номинальная мощность Рн, МВт Номинальны е параметры свежего пара Номинальны е параметры пара за турбиной Номинальный расход пара, кг/ч Эффективный КПД турбины, % КПД редуктора, % КПД генератора, %
Ро, МПа и о ,о Р2, МПа и о
О со и Н 1/~) 1,5 1,3 191 0,3 133 34500 65,7 98,6 96,1
Qэ, кВт
Рис. 2. Энергетические характеристики турбоагрегата номинальной мощностью 1,5 МВт: Qэ - расход тепла на выработку электроэнергии, N - мощность, выдаваемая генератором -д— уменьшение нагрузки, о увеличение нагрузки,— паспортная
Для котельных промышленных предприятий схема пароснабжения от РОУ потребителей технологического процесса получила наибольшее распространение.
Эффективность замены процесса снижения параметров в РОУ заключается в срабатывании адекватного потенциала в противодавленческой турбине, являющейся по существу вращающейся РОУ [1, с. 6].
Необратимые потери в РОУ при дросселировании пара определяются по выражению [3, с. 460]:
П = Dп[(hп - ^)] - Гае(«п - О], (1)
где Кп - энтальпия пара перед дросселированием, кДж/кг; Кн - энтальпия пара при давлении, необходимом потребителю, кДж/кг; ^ - энтропия пара перед
дросселированием, кДж/К; ^- энтропия пара при давлении, необходимом потребителю, кДж/К; Dп - количество дросселируемого пара, кг/ч; Го.с - температура окружающей среды, принимаемой обычно равной 293 К.
Исходя из номинальных параметров первичного пара (р0 = 1,3 МПа; 10 = 191°С) и параметров вторичного пара (р2 = 0,3 МПа; 12 = 133 °С), расхода пара, Dп = 34500 кг/ч, потери в РОУ, определенные по выражению (1), будут равны:
П = 34500 • [(812,04 - 559,211) - 293 (2,2453 - 1,6662)] = 34500 • 83,154 =
= 2868813 кДж/ч = 796,89 кВт.
Теплопадение в турбине (табл.1) составят [4, с. 8]:
Пт = Dп(hп - Кн), (2)
где Кп - Кн - перепад энтальпий пара в турбине, кДж/кг; Dп - расход пара на выхлопе из турбины, кг/ч.
Исходя из паспортных данных турбоагрегата (табл. 1), по формуле (2) определим теплопадение в турбине
Пт = 34500 (812,04 - 559,211) = 8722600,5кДж/ч = 2423 кВт.
Часовые потери топлива в котельной в случае дросселирования пара в РОУ составят:
АБ =---------------, (3)
РОУ ^ • Лкот • Лизол
где Qу - теплота сгорания условного топлива (равная 29300 кДж/кг); лкот - КПД
котельной исследуемого предприятия [5, с. 6] равен 0,892; Лизол- КПД изоляции
паропроводов исследуемого предприятия [5, с. 17] равен 0,9604;
2868813-1
АБ =-------------------------= 114,291 кг у. т.
РОУ 29300 • 0,892 • 0,9604
Часовые потери топлива при работе турбоагрегата составят:
АБТД = --------П---------------------------------------------, (4)
^ • Лкот • Лизол
8722600,5 • 1
АБТ, =-------------------------= 347,51 кг у. т.
29300 • 0,892 • 0,9604
Потери топлива при работе турбоагрегата в сравнении с использованием РОУ увеличатся на значение:
5В = ЛВТД — ЛВРОУ , (5)
5В = 347,51 — 114,291 = 233,22 кг у. т.
Повышение потерь топлива при работе турбоагрегата над потерями при работе РОУ обеспечивает выработку электроэнергии мощностью 1,5 МВт, тогда удельный расход топлива на производство электроэнергии будет:
,э 5В
Ь»=жт • <6)
где N - номинальная электрическая мощность турбоагрегата, кВт,
233 22
ЬуЭл =---- — = 0,1555 кг у. т./кВт • ч.
уд 1500 • 1
В случае неучета потерь тепла в РОУ, удельный расход топлива на производство электроэнергии будет равен:
Ьэ =ЛВтд, (7)
уд Nэ • Г
347 51
Ьэ =--------— = 0,2317 кг у. т./кВт • ч.
уд 1500 -1
Особенность исследуемой паротурбинной установки состоит в том, что при давлении пара на выходе из турбины, равном 0,38 МПа, необходимом для технологических целей предприятия, мощность, развиваемая турбиной, ниже номинальной и равна 1,2—1,3 МВт (рис. 2) [5, с. 5]. Экспериментальные характеристики возможных режимов турбоагрегата номинальной мощностью 1,5 МВт полученные нами при приемосдаточных испытаниях представлены в табл. 2.
По экспериментальным кривым при N3=1,2 МВт, Qэ = 1795 кВт (характеристика 1, рис. 2) при N5 = 1,32 МВт, Qэ = 1684 кВт (характеристика 2, рис. 2).
Таблица 2
Экспериментальные характеристики режима работы турбоагрегата номинальной мощностью 1,5 МВт
№ Р0 , МПа о О Кп, кДж/кг Р2, МПа 12,°С кДж/кг к - к, кДж/кг Dп, кг/ч N3, кВт
Уменьшение нагрузки от 1200 кВт до 0
1 1,23 191,9 816,012 0,404 145 610,687 205,325 31470 1200
2 1,243 192,4 818,246 0,41 144 606,394 211,852 27200 951
3 1,274 193,4 822,720 0,371 142 597,783 224,937 22820 825
4 1,274 193,6 823,613 0,377 142 597,787 225,826 20870 735
5 1,256 193,1 821,374 0,376 142 597,786 223,587 19110 570
6 1,231 192 816,458 0,379 142 597,788 218,670 17940 450
7 1,21 191,5 814,221 0,383 142 597,791 216,430 16260 315
8 1,187 190,2 808,425 0,379 142 597,788 210,636 13870 240
9 1,206 190,9 811,548 0,383 142 597,791 213,757 11820 81
10 1,218 191,4 813,779 0,383 142 597,791 215,989 10840 45
11 1,214 191,2 812,887 0,371 135 567,804 245,083 5000 0
Увеличение нагрузки генератора от 0 кВт до 1320 кВт
11 1,214 191,2 812,887 0,371 135 567,804 245,083 5000 0
12 1,149 192,6 819,096 0,388 143 602,086 217,011 11020 60
13 1,143 192,6 819,094 0,377 143 602,079 217,015 12180 105
14 1,137 192,1 816,862 0,385 143 602,084 214,778 14000 240
15 1,124 191,8 815,519 0,375 143 602,077 213,442 15860 375
16 1,111 191,5 814,177 0,377 143 602,079 212,098 16940 450
17 1,099 190,9 811,500 0,377 143 602,079 209,421 18310 585
18 1,087 190,2 808,379 0,376 142 597,786 210,593 19800 660
19 1,075 189,9 807,039 0,376 142 597,786 209,253 22300 825
20 1,062 189,4 804,810 0,376 142 597,786 207,024 24530 975
21 1,056 189,1 803,474 0,376 142 597,786 205,688 25780 1065
22 1,037 188,6 801,244 0,376 142 597,786 203,458 28300 1245
23 1,044 188,6 801,247 0,381 142 597,789 203,458 29790 1320
Тогда по выражению (4)
1795 -3600-1 псплл АВТД12 =----------------------= 257,44 кг у. т;
29300 - 0,892 - 0,9604
1684 - 3600 -1 АВТД132 =---------------------= 241,52 кг у. т.
таі,з2 29300 - 0,892 - 0,9604
Исходя из полученных энергетических характеристик (рис. 2), определим удельный расход топлива на производство электроэнергии по выражению (7), т. е. без учета потерь в РОУ:
257 44
N = 1,2 МВт (характеристика 1, рис. 2) Ьуд = 1200 1 = 0,2145 кг у. т./кВт • ч.
241 52
N = 1,32 МВт (характеристика 2, рис. 2) Ьуд = 1320 1 = 0,1829 кг у. т./кВт • ч.
Вывод
Расход топлива на производство электроэнергии на паротурбинной установке малой мощности, установленной на промышленном предприятии вместо РОУ, ниже соответствующего показателя на электростанциях энергосистемы примерно в 1,38-2,04 раза, что говорит об экономичности и эффективности применения ее в качестве производителя электроэнергии.
Литература
1. Кореннов, Б. Е. Замена РОУ противодавленческой турбины - эффективное энергосберегающее мероприятие для котельных и ТЭС /Б.Е. Кореннов // Промышленная энергетика. - 1997. - № 12. - С. 6-8.
2. Елизаров, Д. П. Теплоэнергетические установки электростанций : учеб. для вузов / Д. П. Елизаров. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Энергоиздат, 1982. - 264 с.
3. Теплотехнический справочник / под ред. В. Н. Юренева, П. Д. Лебедева.- Москва : Энергия, 1975. - Т. 1. - 744 с.
4. Лебедев, В. М. Технико-экономическая эффективность ТЭЦ малой мощности / В. М. Лебедев, Ю. Д. Усманов // Промышленная энергетика. - 2000. - №1. -С. 6-8.
5. Разработка методики определения удельных норм расхода тепловой энергии на производство электроэнергии на паротурбинной установке ОДО «Мозырьсоль» : отчет о НИР / Бел. нац. техн. ун-т; науч. рук. темы Короткевич М. Д. - Минск, 2004. - 20 с. -ХД 1615/04.
Получено 02.02.2006 г.
