5.2. Характеристика рабочего процесса тэс

Осуществление непрерывного процесса превращения теплоты в работу с использованием ограниченного объема рабочего тела возможно лишь при осуществлении круговых процессов (циклов) изменения его состояния. Согласно второму закону термодинамики

dQ = T dS (5.1)

или dS = dQ/T. (5.2)

Это значит, что сообщение (отъем) теплоты рабочему телу (dQ) вызывает соответствующее по знаку изменение энтропии (dS). Напомним, что энтропия как функция состояния рабочего тела, отражает степень рассеивания энергии в окружающей среде. В круговых процессах изменение состояния рабочего тела . Следовательно, для осуществления таких процессов необходимы как положительное, так и отрицательное изменение энтропии, то есть для осуществления круговых процессов необходим как подвод, так и отвод теплоты для возвращения рабочего тела в исходное состояние.

Количество теплоты, подведенной к рабочему телу, может быть выражено как

= = = , (5.3)

а количество отведенной теплоты

= = = , (5.4)

где Т - средняя температура процесса подвода или отвода теплоты.

Сущность рабочего процесса на ТЭС составляет последовательность энергетических превращений. Для каждой стадии этого процесса справедлив закон сохранения вещества и энергии, то есть соответствие между подведенной энергией, полезной составляющей и потерями энергии:

Q_подв = Q_отв = Q_пол + Q_пот, (5.5)

где Q_пол - количество теплоты, превращенной в работу в идеальном цикле.

Используя понятие о средних температурах и тепловом эквиваленте работы, можно представить уравнение (5.5) в следующем виде:

_подв S = A W + _отв S, (5.6)

или выражая работу в кВт-ч

_подв S =860 W + _отв S, (5.7)

или в относительных единицах

1 = + . (5.8)

Откуда термический коэффициент полезного действия

_т = = 1 - . (5.9)

Таким образом, термический КПД идеального кругового процесса будет зависеть от относительной величины ( _отв/ _подв) теоретически неизбежных при данной форме и параметрах цикла потерь теплоты в холодный источник.

В рабочем процессе ТЭС в качестве подведенной энергии рассматривается химическая энергия сожженного топлива (Q_подв = В Q ). Конечным продуктом этого процесса на КЭС является электроэнергия (Q_пол = 860W), а на ТЭЦ - электроэнергия и теплота, отпущенная из регулируемых отборов турбин потребителям (Q_пол = 860W + Q_т). Исходя из этого, можно тепловой баланс электростанции представить в следующем виде

• КЭС В Q = 860W +  Q_пол, (5.10)

• ТЭЦ В Q = (860W + Q_т) + Q_пот, (5.11)

где В и Q - расход и теплота сгорания топлива;

W - выработка электроэнергии;

Q_пот - сумма потерь теплоты в рабочем процессе ТЭС;

Q_т - отпуск теплоты внешним потребителям.

Состав потерь в рабочем процессе ТЭС является вполне определенным:

• теоретически неизбежные потери в холодный источник, величина которых определяется термическим КПД процесса, составляющим 40-60%,

• дополнительные потери в холодный источник вследствие отклонения реальных процессов от идеальных, величина которых определяется внутренним относительным КПД турбин, равным 82-87%,

• потери теплоты в котлоагрегатах, величина которых определяется КПД энергетических котлов равных 87-92%,

• механические и электрические потери, которые играют скромную роль в тепловом балансе, так как механический КПД турбин и электрический КПД генераторов составляют 97-99% каждый,

• потери рассеивания теплоты в окружающей среде характеризуются величиной КПД теплового потока равного 97-99%,

• потери, вследствие затрат электроэнергии и теплоты на собственные нужды ТЭС составляют 5-10%.

Наличие затрат энергии на собственные нужды ТЭС вызывает необходимость рассматривать две категории показателей тепловой экономичности станций:

• брутто, исчисляемые по выработке энергии,

• нетто, определяемые по отпущенной энергии.

В качестве основных показателей тепловой экономичности процесса могут служить коэффициент полезного действия:

КЭС  = 860W_выр/В Q , (5.12)

 = 860W_отп/В Q =  (1 - К_сн), (5.13)

ТЭЦ  = (860W_выр + Q_т)/В Q , (5.14)

 =  (1 + К_сн). (5.15)

При известной общей энергетической эффективности процесса энергопроизводства можно определить расход топлива на выработку или отпуск энергоносителей:

КЭС В = 860W_выр/7000 = 0,123W_выр/ , (5.16)

ТЭЦ В _(т) = Q_т/7000  _(т) = 142,8Q_т/ _(т), (5.17)

В _(э)=860W_выр/7000 _(э)=0,123W_выр/ _(э). (5.18)

При известных величинах отпуска или выработки электроэнергии и теплоты, а также расходов топлива на эти цели, появляется возможность определить удельные расходы топлива

• на выработку теплоты, кг у. т./Гкал:

b_т = = , (5.19)

• на выработку электроэнергии, кг у. т./кВтч:

b_э = = . (5.20)

Из этих соотношений следует, что если бы процесс энергопроизводства шел без потерь, то есть _э=100% и _т=100%, тогда минимально возможный расход топлива на выработку теплоты составил бы 143 кг у. т./Гкал, а на выработку электроэнергии 123 кг у. т./кВтч.