2.4.1
Теплоэлектроцентрали
Теплоэлектроцентрали отпускают тепло двум основным потребителям:
Ø промышленным – в виде пара и горячей воды;
Ø коммунальным – в виде горячей воды для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения.
В связи с этим различают ТЭЦ: промышленные, отопительные, промышленно-отопительные. Следует отметить, что промышленными ТЭЦ также называются теплоэлектроцентрали, входящие в состав промышленных предприятий (например, ТЭЦ-ПВС ОАО «Испат-Капмет»).
На теплоэлектроцентрали для целей теплофикации используется пар, частично отработавший в турбине. Тепловые схемы ТЭЦ в зависимости от типа установленных теплофикационных турбин различны.
В качестве основных агрегатов на ТЭЦ устанавливаются следующие турбины:
а) с
противодавлением (турбины типа «Р»),
б) с конденсацией и регулируемым отбором пара (турбины типа «Т» и «ПТ»).
В турбинах типа «Р» физическое тепло отработавшего пара, который имеет давление выше атмосферного и температуру более 110°С, полностью используется для нужд теплофикации, поэтому указанная турбина называется «чисто теплофикационной» (рисунок 2.16).
ТЭЦ с турбинами типа «Р» работает по тепловому графику, так количество вырабатываемой электроэнергии зависит от количества пара, пропускаемого через турбину в соответствии с тепловыми нагрузками (режимом работы) теплового потребителя. Так как суточные графики тепловой и электрической нагрузки района, в которой установлена ТЭЦ, не совпадает по времени, то турбины типа «Р» должны работать параллельно с чисто конденсационными турбинами типа «К» (работающими по графику электрической нагрузки) или с «Т» или «ПТ».
1 – энергетический парогенератор, 2 – редукционно-охладительная
установка (РОУ), 3 – паровая турбина, 4 – электрогенератор, 5 – потребитель
тепла,
6 – питательный бак, 7 насос обратного конденсата, 8
– питательный насос
Рисунок 2.16 – Тепловая схема ТЭЦ с
турбинами типа «Р»
В тепловую схему ТЭЦ включена редукционно-охладительная установка РОУ, которая предназначена для снабжения теплом теплового потребителя при остановке турбины «Р» (например, на ремонт) или для покрытия пиковых нагрузок (расход пара на турбину меньше требуемого потребителем).
В турбинах типа «Т» или «ПТ»
часть пара отбирается из турбины и отдается для теплофикации, а оставшаяся
часть пара пропускается через конденсатор (рисунок 2.17). Эти турбины иногда
называются смешанного конденсационно-теплофикационного типа.
ТЭЦ с турбинами типа «Т» или «ПТ» являются основным видом
теплоэлектроцентралей, так как указанные турбины могут работать в широком
диапазоне тепловых и электрических нагрузок: при переменной тепловой нагрузке
потребителя и фиксированной электрической нагрузке и, наоборот. Тепловая
нагрузка потребителя обеспечивается паром, отбираемым из промежуточных ступеней
турбины. Так как тепловая нагрузка потребителя может меняться, то количество
отбираемого пара может также изменяться, и поэтому теплофикационные отборы пара
называются регулируемыми.
1 – парогенератор, 2 – РОУ,
3 – турбина, 4 – электрогенератор,
5 – тепловой потребитель, 6
– питательный бак, 7 – насос обратного конденсата,
8 и 9 – питательный и конденсатный насосы, 10 - конденсатор
Рисунок 2.17 – Тепловая схема ТЭЦ с турбиной типа
«Т»
Если потребителю отпускается тепло в виде пара, то потребитель может возвращать на ТЭЦ конденсат отработавшего пара с помощью насоса обратного конденсата (7). Доля возвращаемого конденсата колеблется от 0 до 1. Если конденсат не загрязнен различными примесями, то возвращается в тепловую схему, в противном случае конденсат проходит очистку или сбрасывается в канализацию.
ТЭЦ
отпускает внешнему потребителю тепло в виде:
·
пара
непосредственно из отбора или вторичного пара, полученного в специальном
испарителе, называемом паропреобразователем;
·
горячей
воды, нагретой в теплообменниках, называемых сетевыми подогревателями или
бойлерами.
В
сетевых подогревателях используются прямые трубки, что облегчает очистку их
внутренних поверхностей (сетевая вода по сравнению с питательной водой более
загрязнена различными примесями). Кожухотрубчатые теплообменники с двумя
трубными досками (а) и с плавающей головкой (б) представлены на рисунке 1.38 в
разделе 1.2.1.1.
Следует
отметить, что сетевые подогреватели выполняются не только вертикального, но и
горизонтального типа. Последние обеспечивают более удобную компоновку
оборудования на ТЭЦ и сокращение длины подводящих трубопроводов отбора пара.
Сетевые
подогреватели в тепловую схему включаются в основном по двум вариантам:
·
ТЭЦ
с пиковым бойлером (рисунок 2.18);
·
ТЭЦ
с двухступенчатой схемой подогрева сетевой воды (рисунок 2.19).
В первом варианте
пиковая нагрузка потребителя покрывается за счет пикового подогревателя,
использующего свежий пар (не работавший в турбине). Необходимые параметры
греющего пара в пиковом подогревателе обеспечиваются паром отбора более
высокого давления или за счет установки редукционно-охладительной установки
(РОУ).
1 – парогенератор, 2
– РОУ, 3 – турбина, 4 – электрогенератор, 5 – конденсатор,
6 – питательный бак,
7 и 8 – питательный и конденсатный насосы,
9 – сетевой насос, 10
– основной бойлер, 11 – пиковый бойлер,
12 и 13 – прямая и
обратная магистраль (теплосеть)
Рисунок 2.18 – Схема ТЭЦ с
пиковым бойлером
ТЭЦ
с пиковыми бойлерами проектировались до 1958 г. Но и в настоящее время ТЭЦ с
пиковыми бойлерами или модификации этого варианта широко применяются в
энергетики (например, ТЭЦ-2 г.Алматы). К особенностям этого варианта относится
то, что основная тепловая нагрузка покрывается основным бойлером (ОБ). При
пиковой нагрузке дополнительно включается пиковый бойлер (ПБ). Вода из обратной
магистрали (ОМ) с помощью сетевого насоса (НС) подается в сетевую
подогревательную установку и затем поступает в прямую магистраль (ПМ).
Во
втором варианте (рисунок 2.19) вместо пикового бойлера используются пиковые
водогрейные котлы (ПВК).
Вариант позволяет в
широком диапазоне регулировать количество тепла, отпускаемое внешнему
потребителю. При малой тепловой нагрузке потребителя включается нижний сетевой
подогреватель (СПН). С увеличением тепловой нагрузки дополнительно включается
верхний сетевой подогреватель (СПВ). Если тепловой мощности СПН и СПВ
недостаточно для покрытия тепловой потребности потребителя, то включаются
пиковые водогрейные котлы (ПВК). При максимальной тепловой нагрузке включаются
все подогревательные элементы схемы, включая теплофикационный пучок
конденсатора (ТПК). Максимальная температура сетевой воды в прямой магистрали
достигает 150°C (в отдельных случаях до 180°С).
1 – парогенератор, 2
– пароперегреватель, 3 – турбина, 4 – электрогенератор,
5 – конденсатор, 6 –
питательный бак, 7 и 8 – питательный и конденсатный насосы,
9 – сетевой насос, 10
и 11 – нижний и верхний сетевые подогреватели,
12 – пиковый
водогрейный котел, 13 – теплофикационный пучок конденсатора,
14 и 15 – прямая и
обратная магистраль, 16 - конденсатоотводчики
Рисунок 2.19 – Схема ТЭЦ с
двухступенчатым подогревом сетевой воды
При
включении ТПК турбина начинает работать в режиме ухудшенного вакуума, так как
вместо циркуляционной воды с температурой 15-20°С используется сетевая вода из
обратной магистрали с температурой 60°С (давление в конденсаторе определяется
температурой конденсата). В режиме ухудшенного вакуума отсутствуют потери тепла
в холодный источник (циркуляционный контур отключен), что повышает коэффициент
использования топлива на ТЭЦ. Вместе с тем, следует отметить, что в режиме
ухудшенного вакуума несколько снижается электрический к.п.д. станции.
При совместной работе сетевых
подогревателей и пиковых водогрейных котлов важным показателем является
коэффициент теплофикации, равный отношению количества тепла, отпускаемого
потребителю через отборы пара 
, к полной тепловой нагрузке ТЭЦ 
:
. (2.38)
Коэффициент теплофикации оказывает влияние на общую экономичность теплофикации. Чем больше, тем больше комбинированная выработка электрической и тепловой энергии и тем больше экономия топлива. Однако при этом увеличиваются капитальные затраты на энергетические парогенераторы (увеличивается их тепловая нагрузка), по сравнению с более дешевыми пиковыми водогрейными котлами. Оптимальное значение коэффициента теплофикации равно 0,5.