ELEKTROWNIE I ELEKTROCIEPŁOWNIE

PROJEKT NR 1

Należy obliczyć całkowitą sprawność energetyczną brutto, netto oraz jednostkowe zużycie pary

odniesione do mocy elektrycznej brutto w elektrociepłowni przemysłowej, w której turbozespół

przeciwprężny oddaje moc cieplną Q

p

w parze o ciśnieniu p

p

. Należy przyjąć parametry pary

dolotowej p

0

i t

0

, sprawność wewnętrzną turbiny η

i

, i sprawność elektromechaniczną zespołu η

em

.

Należy założyć, że sprawność kotłowni wraz z rurociągami parowymi wynosi η

kr

, a względne

zużycie mocy elektrycznej na potrzeby własne ε. Należy również określić sprawności cząstkowe

wytwarzania mocy elektrycznej i cieplnej w tej elektrociepłowni oraz jednostkowe zużycie ciepła

przypadające na oba rodzaje mocy, zakładając kolejno dwie przeciwstawne metody podziału tego

zużycia: fizyczną i termodynamiczną. W przypadku metody termodynamicznej, założyć ciśnienie w

skraplaczu na poziomie p

k

=5[kPa].

Rys.1. Schemat układu cieplnego elektrociepłowni przeciwprężnej.

Rys. 2. Obieg przeciwprężny w układzie i, s.

ps

p

i

ps

pth

ps

pth

i

i

i

i

i

i

∆

∆

=

∆

≡

∆

⇒

≡

η

Całkowita sprawność energetyczna elektrociepłowni:

- brutto

,

p

p

EC

b

kr

T

P

Q

Q

η

η

+

=

&

&

- netto

(

)

1

,

p

p

EC

n

kr

T

P

Q

Q

ε

η

η

− +

=

&

&

gdzie:

p

P - moc elektryczna na zaciskach generatora,

p

Q&

- moc cieplna oddawana przez turbozespół,

kr

η

- sprawność kotłowni z rurociągami parowymi,

T

Q& - całkowita moc cieplna doprowadzona do turbozespołu,

ε

- względne zużycie mocy elektrycznej na potrzeby własne.

a) całkowita moc cieplna doprowadzona do turbozespołu:

(

)

0

T

p

q

Q

D

i

i

=

−

&

&

gdzie:

p

D

& - strumień masy pary odpowiadający oddawanej mocy cieplnej

0

i - entalpia pary dolotowej przy p

0

q

i

- entalpia wody (skroplin) przy p

p

Strumień masy pary, odpowiadający oddawanej mocy cieplnej:

(

)

p

p

p

p

q

p

p

q

Q

Q

D

i

i

D

i

i

=

−

→

=

−

&

&

&

&

gdzie:

p

i

- entalpia pary na wylocie z turbiny przy p

p

b) moc elektryczna brutto na zaciskach generatora:

(

)

0

p

p

p

em

P

D i

i

η

=

−

&

gdzie:

em

η

- sprawność elektromechaniczna turbozespołu

Jednostkowe zużycie pary przez turbozespół odniesione do mocy elektrycznej generatora, wyrażone

w [kg/kWh] (patrz poprzedni wzór):

em

p

p

p

p

i

P

D

d

η

∆

=

⋅

=

3600

10

6

,

3

6

&

Sprawności cząstkowe

Sprawności cząstkowe – odpowiadają przetwarzaniu energii paliwa odpowiednio na oba rodzaje

energii oddawanej: elektryczną i cieplną.

Istnieje wiele metod tego podziału, które wynikają z różnych kryteriów techniczno-ekonomicznych.

Dwie, skrajne metody podziału:

a)

metoda fizyczna,

b)

metoda termodynamiczna.

Ad. a) metoda fizyczna – podziału dokonuje się proporcjonalnie do spadków entalpii związanych

odpowiednio z mocą elektryczną P

p

i oddawaną mocą cieplną Q

p

, a więc na wytwarzanie mocy

elektrycznej przypada:

(

)

,

o

p

Te

T

p

o

p

o

q

i

i

Q

Q

D

i

i

i

i

−

=

=

−

−

&

&

&

a na wytwarzanie mocy cieplnej:

(

)

.

p

q

Tc

T

p

p

q

o

q

i

i

Q

Q

D

i

i

i

i

−

=

=

−

−

&

&

&

Sprawność obiegu przeciwprężnego odniesiona do mocy elektrycznej:

(

)

1,

p

o

p

EC

op

Te

D

i

i

Q

η

−

=

=

&

&

a sprawność cząstkowa całej elektrociepłowni przeciwprężnej związana z wytwarzaniem mocy

elektrycznej netto wynosi:

(

)

(

)

1

1

.

EC

EC

ne

kr

op

em

kr

em

η

η η η

ε

η η

ε

=

− =

−

Sprawność cząstkowa elektrociepłowni związana z wytwarzaniem mocy cieplnej oddawanej z

wylotu turbiny można zapisać odpowiednio w postaci

.

EC

nc

kr

η

η

=

Ad. b) metoda termodynamiczna – zakłada się, że spadek entalpii w turbinie, związany z

oddawaną mocą elektryczną, odnosi się do spadku entalpii możliwego do uzyskania w

równoważnym układzie kondensacyjnym, a więc na wytwarzanie mocy elektrycznej przypada:

(

)

,

o

p

o

p

Te

T

p

o

q

o

k

o

k

i

i

i

i

Q

Q

D

i

i

i

i

i

i

−

−

=

=

−

−

−

&

&

&

a na wytwarzanie mocy cieplnej odpowiednio:

(

)

.

p

k

p

k

Tc

T

p

o

q

o

k

o

k

i

i

i

i

Q

Q

D

i

i

i

i

i

i

−

−

=

=

−

−

−

&

&

&

Wobec tego sprawność obiegu przeciwprężnego odniesioną do mocy elektrycznej można zapisać w

następującej postaci:

(

)

.

p

o

p

EC

EC

o

k

op

ok

Te

o

q

D

i

i

i

i

Q

i

i

η

η

−

−

=

=

=

−

&

&

Sprawność cząstkowa całej elektrociepłowni związana z wytwarzaniem mocy elektrycznej netto jest

w tym przypadku określona wzorem:

(

)

(

)

1

1

.

EC

EC

EC

ne

kr

op

em

kr

ok

em

η

η η η

ε

η η η

ε

=

−

=

−

Sprawność obiegu odniesiona do wytwarzanej mocy cieplnej:

(

)

.

p

p

q

p

q

EC

o

k

op

Tc

o

q

p

k

D

i

i

i

i i

i

Q

i

i i

i

η

−

−

−

=

=

−

−

&

&

Sprawność cząstkowa całej elektrociepłowni związana z wytworzeniem mocy cieplnej określona jest

wzorem:

.

p

q

EC

EC

o

k

nc

kr

op

kr

o

q

p

k

i

i i

i

i

i i

i

η

η η

η

−

−

=

=

−

−

Na podstawie sprawności cząstkowych, określonych wyżej podanymi metodami, można obliczyć

jednostkowe zużycie ciepła w elektrociepłowni przeciwprężnej wyrażone w [kJ/kWh] albo w [kJ/kJ]

i odniesione odpowiednio:

- do mocy elektrycznej netto

3600

kJ

,

kWh

EC

ne

EC

ne

q

η





=









- do mocy cieplnej

1

kJ

.

kJ

EC

nc

EC

nc

q

η





=







