Суть этого метода повышения КПД теплосиловой установки состоит в следующем. Турбина, как правило, имеет несколько ступеней расширения пара. Это позволяет водяной пар после первой ступени расширения снова направить в свой пароперегреватель, расположенный в газоходах котельного агрегата. Ничто не мешает сделать тоже самое с паром после второй ступени расширения и т.д. На практике делают не больше трех промежуточных перегревов, так как установка сильно усложняется, увеличивается число и длина паропроводов, запорной и регулирующей арматуры. Все это уменьшает надежность паросиловой установки.
На рис. 6.8 представлена иллюстрация метода повторного перегрева водяного пара для увеличения термического коэффициента полезного действия паросиловой установки.
Рис. 6.8. Иллюстрация метода повышения ηt путем двойного
перегрева водяного пара. Процесс 5 – 1 – первый перегрев перед первой ступенью турбины, процесс 6 - 1΄ - второй перегрев перед второй ступенью турбины.
Замечание. Термодинамика рекомендует уменьшать давление р2 в конденсаторе с целью уменьшения температуры Т2 (см. (6.7)). Это предложение трудно реализуемо, т.к. охлаждение пара осуществляется посредством проточной воды с температурой в окружающей среде. Это значит, что летом при температуре воды на охлаждение t = 250С давление конденсации (кипения) равно р2 = 0,03166 бара (см. таблицы насыщенного водяного пара по температурам). Зимой при t = 0,010C давление конденсации равно р2 = 0,006108 бар. И сделать ниже этой величины невозможно (вода становится льдом).
Конечно, можно поставить холодильную машину для проведения процесса конденсации с целью уменьшения Т2, но прирост работы за цикл wц не перекрывает затрат работы в холодильной установке.
Окончательно, как следует из опыта и практики повышения ηt паросиловых установок указанными методами, сделать термический коэффициент полезного действия больше 40% - 42% не удается.
Теплофикация.
Суть метода теплофикации заключается в том, чтобы потери теплоты в цикле Ренкина (в конденсаторе) сделать «пользой». Организация процесса теплофикации заключается в следующем (см. рис. 6.9).
Рис.6.9. Иллюстрация к объяснению процесса теплофикации.
Водяной пар с состоянием т. 1 направляется в паровую турбину, но процесс расширения проводится не до конца, а до давления ртеплофик. Далее, пар после турбины направляется по паропроводу в тепловые пункты жилых районов. В этих пунктах установлен теплообменник, который нагревает питьевую воду из водопроводной сети за счет процесса конденсации пара из паропровода. Часть горячей воды идет на отопление жилых и производственных зданий, другая часть – на бытовые нужды. Конденсат возвращается обратно в паросиловую установку на вход питательного насоса.
Идея этого метода состоит в том, что «пользой» для паросиловой установки теперь является не только работа турбины, но и теплота перегретого пара, направляемая в жилые районы. И жители города, промышленные предприятия платят поставщикам тепловой энергии.
Теплофикация получила самое широкое распространение в России, так как Россия все-таки северная страна с суровым климатом.
Двойные циклы.
Глядя на рис. 6.5, очень хочется в заштрихованной области цикла Карно расположить еще один цикл с каким-то другим рабочим телом так, чтобы процесс 4 – 5 – 1 паросилового цикла играл роль стока теплоты для первого цикла. Это и есть идея двойного цикла: максимально приблизиться к циклу Карно. Сначала попробовали использовать ртуть в качестве рабочего тела, но пришлось отказаться из-за опасных свойств этого вещества.
В настоящее время идет активная разработка паро-газового цикла. Суть его состоит в следующем. В специальной топке при высоком давлении сжигается жидкое или газообразное топливо. Дымовые газы направляются в газовую турбину, на валу которой устанавливается центробежный компрессор для сжатия воздуха, подаваемого в топку, и электрогенератор для получения электроэнергии. Все еще очень горячие дымовые газы после газовой турбины далее становятся источником теплоты для паросиловой установки, работающей на воде.
Коэффициент полезного действия такой установки в действующем пилотном варианте достигает 80%, а это уже большая победа. Увеличение коэффициента полезного действия достигается за счет двух обстоятельств. Во-первых, цикл паро-газовой установки приближен к циклу Карно. Во-вторых, увеличена температура источника теплоты Т1.
Реализация такого цикла облегчается тем, что в России существует промышленный опыт создания турбо-винтовых двигателей для авиации.
Энергосбережение.
Люди довольно давно поняли расточительность теплосиловых установок и осознали необходимость рачительного использования каждого полученного кДж энергии.
Оказывается, энергосбережение возможно на государственном уровне, хотя апологеты рыночной экономики (читай: капитализма) утверждают, что рынок сам решит все проблемы и энергетические тоже. Прелагаем примеры энергосбережения на государственном уровне.
Известно, что лампочка накаливания имеет КПД, равный 4%. Это значит, что лампочка в 100 Ватт будет давать только 4 Ватта световой энергии в видимой части спектра излучения, а остальные 96 Ватт уйдут на нагревание атмосферы. Физики разработали люминисцентные лампы с КПД 30%. Правительство США обложило большим налогом производителей ламп накаливания и дало субсидии и налоговые льготы для тех, кто может и хочет производить люминисцентные лампы. В результате лампы накаливания исчезли у населения.
Спустя еще 10 лет физики разработали другие лампы с КПД 80%. Правительство США проделывает ту же процедуру. Теперь исчезли люминисцентные лампы.
Все эти государственные меры позволили не строить в США 17 новых мощных ТЭЦ. Экономический и экологический эффект огромен.
Далее, химики синтезировали новое вещество, оказавшееся замечательным хладоагентом для холодильной техники, правда, пришлось изменить технологическую схему холодильников. Правительство снова щелкает кнутом налогов и раздает пряники субсидий и льгот. Вся страна за год сменила свои бытовые холодильники, обеспечивающие высокую эффективность. Это «холодильное» мероприятие правительства позволило не строить еще 7 мощных ТЭЦ.
Налицо разумное управление экономикой: если уж электроэнергия производится так не эффективно, то надо заставить население высокоэффективно ее использовать. А либерализацию экономики можно оставить для штатных лоббистов в думе.