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.