Лекция 4. Режимы работы ТЭЦ и факторы, определяющие эффективность отпуска тепла от теплофикационных турбин

Содержание лекционного занятия

1 Структура тепловых нагрузок и режимы работы ТЭЦ в неотопительный период.

2 Факторы, определяющие эффективность ступенчатого подогрева сетевой воды.

3 Утилизация тепла отработавшего пара в конденсаторах турбин.

4 Маневренные характеристики ТЭЦ.

 

1 - В структуре тепловых нагрузок необходимо выделять нагруз­ку технологическую — более постоянную во времени — и комму­нально-бытовую. При наличии в данном районе только комму­нально-бытовой нагрузки строятся чисто отопительные ТЭЦ с турбинами типа Т. При наличии всех видов нагрузки строятся промышленно-отопительные ТЭЦ с установкой турбин не только типа Т, но и типа ПТ и Р.

Режимы работы чисто отопительных ТЭЦ и ТЭЦ со смешан­ной нагрузкой существенно отличаются, в основном в связи с меньшей неравномерностью тепловых нагрузок в течение года и меньшим снижением их в неотопительный период для промышленно-отопительных ТЭЦ. Для чисто отопительных ТЭЦ в летний период остается только нагрузка горячего водоснабжения, и до­ля этой нагрузки в значительной мере определяет среднегодо­вую экономичность ТЭЦ.

Важнейшими режимными показателями отпуска тепла от ТЭЦ являются расчетный часовой коэффициент теплофикации , а также число часов использования расчетного отпуска тепла от турбоагрегатов h _Tи максимума тепловой нагрузки ТЭЦ h _ТЭЦ. Для чисто отопительных ТЭЦ эти величины определяются из следующих выражений:

 

(4.1)

 

где ,   — соответственно расчетный (часовой) и годовой отпуск тепла из отопительных отборов турбин; ,  — рас­четный и годовой отпуск тепла от ТЭЦ.

 

Величина этих показателей для ТЭЦ со смешанной нагрузкой зависит от доли расчетной технологической нагрузки в суммар­ной расчетной нагрузке ТЭЦ:

(4.2)

где  —расчетная (часовая) нагрузка производственных отборов турбин;   — коэффициент теплофикации для технологической нагрузки.

 

Для ТЭЦ со смешанной нагрузкой:

 

(4.3)

 

Так как , то .

Число часов использования расчетного отпуска тепла из от­боров турбин для промышленно-отопительных ТЭЦ:

 

(4.4)

 

где —годовой отпуск тепла из производственных отборов турбин; — число часов использования в году расчетной на­грузки производственных отборов пара.

Число часов использования максимума тепловой нагрузки промышленно-отопительной ТЭЦ:

 

(4.5)

 

 

где  — число часов использования максимума технологичес­кой нагрузки ТЭЦ; — годовая величина технологической нагрузки. Коэффициент определяет степень использования в году тепловой мощности теплофикационных турбин, а значит, долю выработки электроэнергии на базе теплового потребления и тепловую экономичность ТЭЦ. Величина его зависит от доли и графика технологической нагрузки, климатологических факторов, доли нагрузки горячего водоснабжения в суммарной величине коммунально-бытовой нагрузки, расчетных значений  и  и других факторов.

Различные климатические районы страны характеризуются различной длительностью отопительного периода, и в соответ­ствии с этим изменяется вели­чина h _Т.

Однако, кроме указанных условий объективного характера, на степень загрузки ТЭЦ по теплу оказывают влияние и другие факторы, которые могут вызвать неоправданное уменьшение доли теплофикационной выработки электроэнергии и снизить эффек­тивность ТЭЦ как из-за недогрузки оборудования, так и увели­чения доли неэкономичной конденсационной выработки. К та­ким факторам относятся: неправильное прогнозирование темпов роста тепловых нагрузок и завышение расчетной тепловой мощ­ности ТЭЦ; неправильное распределение нагрузок в энергоси­стеме с увеличением конденсационной выработки на ТЭЦ. Осо­бенно значительно эти факторы могут сказываться в первые го­ды эксплуатации ТЭЦ. Для уменьшения отрицательного влияния неправильного прогнозирования темпов роста тепловых нагру­зок ТЭЦ должны строиться под уже подготовленную тепловую нагрузку с предварительной установкой пиковых водогрейных котлов и паровых котлов низкого давления для покрытия пиков технологической нагрузки. В целом, несмотря на большее в сред­нем число часов использования установленной мощности на ТЭЦ, чем на КЭС, по указанным причинам в ряде случаев доля тепло­фикационной выработки на ТЭЦ оказывается неоправданно низкой.

 

2 - Ступенчатый подогрев сетевой воды за счет тепла пара не­скольких отборов существенно увеличивает выработку электро­энергии на базе теплового потребления, так как позволяет ис­пользовать пар более низкого давления на первых по ходу воды подогревателях.

На выпускаемых в настоящее время теплофикационных тур­бинах осуществлен двухступенчатый нагрев сетевой воды (встро­енный в конденсатор теплофикационный пучок в качестве треть­ей ступени не рассматри­вается). Переход на подогрев воды более чем в двух ступе­нях в существующих систе­мах теплоснабжения с темпе­ратурным графиком 150/70 °С экономически не оправды­вается в связи с небольшим дополнительным эффектом (например, третья ступень увеличивает выработку элек­троэнергии примерно на 3%) при значительном усложне­нии и удорожании турбоустановки. Многоступенчатый на­грев воды может найти при­менение в перспективных высокотемпературных систе­мах теплоснабжения.

Эффект от ступенчатого подогрева сетевой воды за­висит от режима работы се­тевой установки. При этом максимальная эффективность достигается при одинаковом на­греве воды по ступеням.

СП1, СП2 — сетевые подогреватели первой и второй ступеней нагрева воды; РП — регене­ративный подогреватель; 1 — проточная чисть турбины; 2, 3 — верхний и нижний отопитель­ные отборы: 4— конденсатный насос; пункти­ром обозначен основной конденсат.

 

Рисунок 1 -   Схема двухступенчатого подо­грева сетевой воды

 

 

Однако достигнуть в течение всего отопительного периода одинакового подогрева воды по ступеням практически невоз­можно. Это объясняется тем, что при выполнении отопительных отборов из одного потока при переменных режимах существен­но изменяется сопротивление промежуточного отсека (ступеней между отопительными отборами) и подогрев воды отклоняется от оптимального.

Приблизить режимы действительного подогрева сетевой воды к оптимальным, можно за счет правильного выбора мест (расчет­ных параметров) отопительных отборов.

 

3 - Современные теплофикационные турбины позволяют при не­которых режимах полностью исключить потери тепла с охлаж­дающей водой, так что их тепловая экономичность становится такой же, как и для турбин с противодавлением. Для этой цели часть поверхности конденсатора выделяется в специальный теп­лофикационный пучок, в трубки которого может подаваться во­да как циркуляционная, так и из тепловой сети или добавочная вода. Поверхность встроенного пучка составляет примерно 15 % общей поверхности конденсатора. Он компонуется в средней ча­сти конденсатора между двумя основными боковыми пучками охлаждения.

Теплофикационные пучки рассчитаны на утилизацию тепла минимально-вентиляционного расхода пара в конденсатор, а также тепла пара, поступающего на теплообменники по линии ре­циркуляции (сальниковые подогреватели, охладители пара эжек­торов), которое с конденсатом из линии рециркуляции и с дре­нажом из данных теплообменников сбрасывается в конденсатор и при номинальных расходах пара на турбину может быть соиз­меримым по величине с теплом минимально-вентиляционного расхода пара.

Таким образом, теплофикационные пучки используются для подогрева сетевой или добавочной воды при работе турбин по тепловому графику, т. е. при заданной величине регулируемых отборов и минимальном расходе пара в конденсатор. При этом по сравнению с работой конденсатора на циркуляционной воде достигается экономия тепла в цикле ТЭЦ в размере:

 

(4.6)

 

где  — величина минимально-вентиляционного расхода пара в конденсатор; — тепло, сбрасываемое в конденсатор с дре­нажом и с линии рециркуляции; ,  — энтальпия отработавшего пара и его конденсата при работе турбины с нормальным ваку­умом (с подачей в конденсатор охлаждающей воды).

При значительных расходах пара в конденсатор турбины ра­ботают с нормальным вакуумом при подаче через теплофикаци­онный пучок и основную поверхность конденсатора циркуляци­онной воды. Использование в этих случаях теплофикационного пучка для подогрева сетевой воды экономически не оправдыва­ется в связи с ухудшением вакуума и значительным потреблени­ем мощности в ступенях ЧНД, так что удельная выработка элек­троэнергии на базе теплового потребления для потока пара, по­ступающего в конденсатор, становится меньше, чем для нижнего отопительного отбора. Исключение может представить случай подогрева в конденсаторе больших потоков холодной подпиточной воды в системе открытого теплоснабжения. Кроме того, на промышленно-отопительных ТЭЦ со значительным расходом до­бавочной воды для восполнения потерь в цикле возможна рабо­та турбин с нормальным вакуумом при параллельной подаче цир­куляционной воды через основную поверхность конденсатора и сырой воды для химводоочистки через теплофикационный пучок, что обеспечивает частичную утилизацию тепла отработавшего пара.

Использование теплофикационных пучков для подогрева се­тевой воды с переводом турбин в чисто теплофикационный режим работы связано с ухудшением вакуума и снижением экономично­сти и мощности ЧИД, Поэтому эффективность этого мероприятия зависит от величины минимально-вентиляционного расхода пара, температуры и количества воды, подаваемой в пучок, и различна для разных температур наружного воздуха. Более эффективно использование теплофикационных пучков в зимний период. В этом случае при полной загрузке отопительных отборов включение теплофикационных пучков при­водит к уменьшению расхода топлива на пиковые котлы и являет­ся абсолютно выгодным.

Однако, в переходный период использование теплофикационных пучков снижает нагруз­ку отопительных отборов, что при наличии потребления мощности в ступенях ЧНД приводит к уменьшению суммарной выработки электроэнергии на базе теплового потребления. Поэтому в пере­ходный период использование теплофикационных пучков менее эффективно, а при некоторых условиях может даже оказаться неоправданным.

 

4 - Маневренные возможности ТЭЦ могут быть использованы как для снижения электрической мощности в часы провала графика электрических нагрузок, так и для форсировки мощности с целью прохождения максимума нагрузок. За счет этого улучшаются ре­жимы работы других типов электростанций. Снижение мощности ТЭЦ в период минимума электрических нагрузок уменьшает необходимую разгрузку блочных КЭС, форсировка ТЭЦ позволяет ограничить ввод пиковых агрегатов низкой экономичности.

Общий диапазон маневренности теплофикационных турбоустановок с регулируемыми отборами пара типа Т и ПТ определяется возможностью снижения их тепловой нагрузки. При данной теп­ловой нагрузке отборов мощность турбин может изменяться от минимальной на базе теплового потребления до максимальной, которая достигается при максимальном расходе пара через ЧВД, и соответствующем увеличении его через ЧНД.

Необходимо различать естест­венную и принудительную манев­ренность ТЭЦ. Естественная маневренность ТЭЦ определяется неравномерностью суточных и се­зонных графиков тепловых нагру­зок и снижением мощности турбин на базе теплового потребления в часы провалов тепловых нагрузок. Нагрузки коммунально-бытового сектора снижаются в ночные часы за счет уменьшения нагрузки го­рячего водоснабжения и не изме­няются в выходные дни. Нагрузки в горячей воде для двухсменных промышленных предприятий сни­жаются как ночью, так и в выход­ные дни.

Использование естественной маневренности ТЭЦ для прохождения провалов и максимумов нагрузок ОЭС абсолютно выгодно и не требует технико-экономического обоснования.

Повышения маневренности ТЭЦ выше естественной можно достигнуть за счет специального снижения тепловой нагрузки. Возможности такого снижения нагрузок определяют диапазон принудительной маневренности ТЭЦ.

Принудительное снижение тепловой нагрузки турбин без пере­дачи ее на другие источники возможно только для отопительных отборов за счет использования аккумулирующей способности зданий и возмещения недоотпуска тепла в другое время. Од­нако такой способ повышения маневренности ТЭЦ усложняет режимы работы тепловых сетей и требует дополнительных иссле­дований. Он представляется допустимым, прежде всего, в аварий­ных ситуациях в энергосистеме для быстрой форсировки мощно­сти ТЭЦ.

 

Вопросы для самоконтроля

 

1 Какова структура тепловых нагрузок и режимы работы ТЭЦ в неотопительный период?

2 Перечислите основные факторы, определяющие эффективность ступенчатого подогрева сетевой воды;

3 Как происходит утилизация тепла отработавшего пара в конденсаторах турбин, перечислите основные преимущества и недостатки;

4 Что относится к маневренным характеристики ТЭЦ?

 

Рекомендуемые источники

1 Качан А.Д. Режимы работы и эксплуатации тепловых электрических станций: [Учеб. Пособие для спец. «Тепловые электрич. станции»]. – Мн.: Высш. школа, 1978. – 288 с., ил.

2 Кантор С. А., Орлов К. Я. Усовершенствование схем регулирования энергетических установок при помощи вторичного импульса по нагрузке,— «Энергомашиностроение», 1958.

3 Электронная энциклопедия энергетики.