Теплоелектроцентралі і теплофікація

ТЕЦ є джерелом одночасно електро- і теплопостачання споживачів. На цій посаді вони замінюють собою два окремих енер-тичні установки: конденсаційну електростанцію і котельню уста-новку. Електроенергія і теплова енергія на ТЕЦ проводяться комбини-ванням методом, при якому теплота робочого тіла, що має високий потенціал, спочатку використовується в турбоустановці станції для виробництв-ва електроенергії, потім теплота відпрацьованого робочого тіла, що має низький потенціал, використовується для теплопостачання споживачів.

Централізоване теплопостачання на базі комбінованого вироб-ництва електричної і теплової енергії називається теплофікації. а турбогенератори установки, що використовуються для цих цілей, - теплофі-

При теплофікації реалізуються два принципи раціонального енерго-постачання: комбіноване виробництво тепла й електроенергії (це специфічна особливість тільки теплофікації); централізація тепло-постачання - подача теплоти від одного джерела теплоти численним споживачам.

Завдяки об'єднанню процесу вироблення електроенергії з напів-ням теплоти для централізованого теплопостачання в єдиному техно-логічному циклі при теплофікації поліпшується використання палива на ТЕЦ і здешевлюється будівництво теплових мереж. Ці переваги характерні для ТЕЦ як джерела теплопостачання в порівнянні з круп-ними районними котельнями. Крім того, ТЕЦ притаманні також всі пре-майна, характерні для великих котелень.

На ТЕЦ використовуються теплофікаційні установки двох видів: турбіни з протитиском (рис. 5.5) і турбіни з конденсацією і відборами пара.

Мал. 5.5. ТЕЦ, обладнана турбіною з протитиском: а - теплова схема; б -робочий процес; ТП-теплової споживач; qо -qп теплова енергія, перетворюється-щенная в турбіні в механічну енергію; qп - теплова енергія, відпущена потре-вачів в ідеальному циклі; qп - додаткова теплова енергія, відпущена по-споживачів в дійсному циклі. Інші позначення, як на рис. 5.3

У протитисковими установці пар після здійснення роботи в турбіні направляється до теплового споживача, де він віддає свою теп-лоту і повертається на станцію у вигляді конденсату.

Можливість використання відпрацьованої пари забезпечується під-триманням на виході з турбіни тиску вище атмосферного (звідси і назва турбін), на рівні, необхідному режимом споживання теплової енергії.

У турбіні з протитиском для здійснення роботи використовується теплопаденіе, рівне

де Іпр - ентальпія пара в противодавлении, кДж / кг; iо - ентальпія ост-якого пара на вході в турбіну, кДж / кг; а для теплопостачання - теплота

де iо.к - ентальпія зворотного конденсату, що повертається від споживча п-ля, кДж / кг. При цьому витрата теплоти на виробництво електроенергії ра-вен тепловому ефекту роботи пари в турбіні.

Залежність виробництва електроенергії від теплового навантаження, а також неможливість роботи турбіни з протитиском на вихлоп вві-ду крайней неекономічності такого режиму обмежує їх установку на ТЕЦ. Турбіни із протитиском можна використовувати тільки при наяв-

ності великих споживачів з постійним протягом року витратою тепло-ти, наприклад, підприємств хімічної, нафтохімічної та нафтопере-робної промисловості.

Турбіни з конденсацією і відборами пара (рис. 5.6) позбавлені вказано-го недоліку. Вони універсальні і дозволяють широко змінювати теплове навантаження при постійній електричної потужності і, навпаки, розвивати електричну потужність при постійній теплової навантаженні.

Мал. 5.6. Теплова схема ТЕЦ, обладнаної турбоустановки з відбором пари і конденсацією: 1 - паровий котел; 2 - турбіна; 3 - електрогенератор; 4 - основний трубний пучок конденсатора; 5 - вбудований теплофікаційний пучок конденсато-ра; 6 - конденсатор; 7а і 7б - нижній і верхній мережеві підігрівачі відпо-венно; 8 - піковий водогрійний котел; 9 - бустерні насоси; 10 - мережеві насоси; 11 - деаератор підживлювальної води; 12 - підживлювальні насоси; 13 - регулятор тиску-ня; 14 - грязевик; 15 - зворотний теплопровідності; 16 - подає теплопроводу; 17 - конденсаційний насос; 18 - підігрівачі низького тиску; 19 - деаератор живильник-ної води; 20 - редукційно-охолоджувальна установка; 21 - підігрівачі високого тиску; 22 - живильні насоси; 23 - деаератор додаткової живильної води; 24 - хімводоочищення; 25 - насоси хімводоочищення; 26 - додатковий живильний насос

У цій схемі зберігається конденсатор з високим вакуумом; пар отпус-кається споживачеві з проміжних ступенів турбіни. Кількість пара і його параметри регулюються в залежності від величини і характеру теп-лових навантажень. Тому відбори пари називаються регульованими або теп-лофікаціоннимі, на відміну від відборів, які використовуються для регенеративного

підігріву живильної води. При відсутності зовнішнього споживання тепло-ти пар, проходячи всі ступені турбіни, надходить в конденсатор.

Регенеративний підігрів живильної води полягає в нагріванні конденсату, що йде на харчування парогенераторів, паром, що відбираються з проміжних ступенів турбіни. Мета регенеративного підігріву за-лягає у зменшенні втрат теплової енергії в конденсаторі шляхом відведення частини відпрацьованої пари в регенеративні підігрівачі, минаючи конденсатор турбіни. При цьому скорочується той витрата палива в парогене-нераторе, який потрібен був би для нагріву живильної води при від-присутність регенерації. Зменшення виробітку електроенергії в цьому циклі через відведення частини теплоти в відбір заповнюється збільшенням рас-ходу пара через турбіну.

Ефективність регенеративного циклу залежить від температури пита-тельной води і числа відборів. На сучасних ТЕС застосовують від 5 до 8 регенеративних відборів в залежності від початкових параметрів пари і потужності турбогенераторних установок.

Розглянемо схему теплопостачання від ТЕЦ (рис. 5.6). З парового котла 1 перегрітий пар з тиском 13 МПа і температурою 565 ° С посту-Пает в турбіну 2, де відбувається розширення пара і перетворення його енергії в кінетичну енергію на лопатках турбіни, потім в механічного-ську - на її валу. Вал турбіни і ротора електрогенератора 3 з'єднані співвісно з допомогою муфти і обертаються синхронно (з однаковою скоро-стю). При обертанні ротора-електромагніту утворюється магнітне поле, а в обмотках статора, що перетинаються цим магнітним полем, виробляється електроенергія. При здійсненні роботи пар розширюється, його тиск зменшується до 0,003-0,004 МПа. Після турбіни пар з цим тиском надходить в конденсатор 6 і там конденсується, перетворюючись в воду (конденсат), віддаючи охолоджуючої води приховану теплоту фазового пре-обертання. Конденсатні насосом 17 конденсат подається через підігріву-тель низького тиску (ПНД) 18 в деаератор 19. Сюди ж надходить доба-вочной живильна вода під дією насоса 26 після хімводоочистки 24 для заповнення витоків пари та конденсату. Деаератор служить для уда-лення газів (О2. СО2), що викликають корозію. Для підвищення ККД ТЕЦ живильна вода, крім ПНД, підігрівається ще в подогревателях висо-кого тиску (ПВД) 21 і поживними насосами 22 перекачується в па-ровой котел, і цикл знову повторюється.

Воду, що використовується для охолодження відпрацьованого в турбіні пара, після конденсатора подають на градирні. Градирні є по-круглі вежі, в яких зверху розбризкується тепла вода, а від низу до верху рухається повітря. Після градирень вода циркуляційним насосом знову по-дається в конденсатор. Таким чином утворюється контур, по якому цир-кулір охолоджуюча вода, тому її називають циркуляційної.

В конденсатор надходить з турбіни не весь пар, частина його з тиску дл третьому 0,06-0,25 МПа відбирається з проміжних ступенів турбіни і ис-користується для цілей централізованого теплопостачання. У розглянутій схемі здійснюється чотириступеневий підігрів по-ди, що надходить на потреби теплопостачання: спочатку вона подається бустер-ними насосами в першу щабель - вбудований в конденсатор трубний ті-плофікаціонний пучок 5, потім, пройшовши грязевик 14, - в другий щабель

- підігрівач мережевої води нижній сходинці 7а і в третю сходинку - підігрівач мережевої води верхнього ступеня 7б. Таким чином можна нагріти воду до температури 100-120 ° С. У мережевих подогревателях 7а і 7б мережева вода нагрівається парою з теплофікаційних відборів турбіни. У холодні дні року, коли потрібно більше теплоти, ніж можуть дати теплофікаційні турбіни, мережева вода догрівається до 150 ° С в четвертій сходинці - піковому водогрійному котлі 8, встановленому на ТЕЦ. Як пікових водо-Грейн котлів на ТЕЦ використовують сталеві водогрійні котли типу ПТВМ і КВГМ. У теплову мережу вода подається мережевими насосами 10. Підживлення води в теплову мережу проводиться деаерірованной водою з де-аератора 11 подпиточной насосами 12 через регулятор підживлення 13 на всмоктування бустерних насосів 9.

Турбіна з конденсацією і відборами пара може працювати як чисто конденсационная - з повним пропуском пара в конденсатор (конденсатор-ційний режим) і як теплофікації - з мінімальним пропуском пара в конденсатор (теплофікаційний режим), що дозволяє розвивати повну електричну потужність незалежно від величини теплової на -грузкі споживачів. Загальний витрата пари в турбіні з конденсацією і від-борами розділяється умовно на два потоки: теплофікаційний, що йде в відбір, і конденсаційний, що йде в конденсатор.

Сумарна витрата пара і відповідно теплоти на тепло-тифікаційний турбіну завжди більше, ніж на конденсаційну турбіну тієї ж потужності.

Однак в турбіні з конденсацією і відборами зменшується пропуск пари в конденсатор через частину низького тиску турбіни. При цьому чим більше роботи відбувається паром на верхніх щаблях турбіни, тим менше його надходить в конденсатор. Зменшення пропуску пара в кон-денсатор призводить до скорочення втрат теплоти в конденсаторі з охоло-дає водою. Тому робота турбіни в теплофікаційному режимі зменшує витрату палива і підвищує електричний коефіцієнт поліз-ного дії турбоустановки.

Таким чином, енергетична ефективність теплофікації тим вище, чим вище на ТЕЦ частка комбінованого виробництва електроене-гии, тобто чим триваліше робота агрегатів ТЕЦ в теплофікаційних-ном режимі з максимально можливою завантаженням відборів турбіни. У ча-стності, коли вся електроенергія виробляється комбінованим ме-тодом, має місце максимальна економія палива.

Крім того, енергетична ефективність тим вище, чим вище на-чільного параметри пара на станції і нижче тиск у відборах. Таким об-разом, величина питомої комбінованого виробництва є важ-дальшої характеристикою досконалості енергетичного процесу на ТЕЦ. Підвищенню ефективності ТЕЦ сприяє також застосування на стан-ції регенеративного підігріву зворотного конденсату, хімічно очищений-ної води, яка заповнює втрати конденсату, що повертається від по-споживачів. Таке використання теплоти відборів на ТЕЦ називається внутрішнім теплоспоживанням, на базі якого здійснюється додат-ково комбіноване виробництво електроенергії, що становить 10-20% комбінованого виробництва її на зовнішньому тепловому споживанні.

Зниження витрати палива на виробництво електричної енергії є головним економічним ефектом теплофікації. Крім того, її переваги полягають також в значному збільшенні масштабів централізації теплопостачання споживачів, що відкриваються можливо-стях технічного і економічного вдосконалення цих систем, в комплексної раціональної організації енергопостачання міст і районів.

ККД ТЕЦ, що виробляє два види енергії - теплову і електричну, становить 70-80%, а КЕС, що виробляє тільки електричну енергію і втрачає в конденсаторі

50% теплоти, - 30-40%.

Основним енергетичним обладнанням паротурбінних ТЕС яв-ляють парові турбоагрегати і парогенератори. Склад основного обо-77

ладнання ТЕС залежить від різноманітних чинників, але головним чином від типу електростанції і її сумарної потужності.

Для різних типів парових турбін прийняті наступні буквені позначення:

- конденсаційні (тип К), що виконуються з конденсатором і без ре-гуліруемих відборів пара, наприклад, К-300-240 (номінальна електричні-ська потужність 300 МВт, тиск пара перед турбіною 24 МПа);

- теплофікаційні (тип Т), що виконуються з конденсатором і регу-ліруемимі відборами для покриття житлово-комунальних навантажень, наприклад, Т-100-130 (номінальна електрична потужність 100 МВт, давши-ня пара перед турбіною 13 МПа);

- промислово-теплофікаційні (тип ПТ), що виконуються з кондом-саторі і регульованими відборами пара для покриття технологічної та житлово-комунальних теплових навантажень, наприклад, ПТ-50-130 / 7 (но-номінальних електрична потужність 50 МВт, тиск пара перед турбо -ної 13 МПа, тиск промислового добірного пара 0,7 МПа);

- протитисковими (тип Р), що не мають конденсатора; весь відпрацьовано-бота пар після турбіни направляється тепловим споживачам, на-приклад, Р-50-130 / 5 (номінальна електрична потужність 50 МВт, тиску-ня пара перед турбіною 13 МПа, протитиск 0,5 МПа).

Склад турбоагрегатів ТЕЦ залежить від виду теплових навантажень. На ТЕЦ, призначених для теплопостачання міст без промислових підприємств, застосовують турбіни типу Т з тиском регульованих відбирання-рів в межах 50-250 кПа. Промислові ТЕЦ зазвичай обладнуються турбінами типу ПТ з тиском виробничих відборів вище 0,3 МПа. Теплофікаційні відбори цих турбін використовуються для покриття опалювально-побутових потреб виробничих об'єктів і будівель в насе-лених пунктах. Часто турбоагрегати ПТ встановлюються в поєднанні з турбінами типу Р, використовуваними для покриття базової (постійної) частини теплових навантажень. ТЕЦ загального призначення можуть бути обладнання д-ни турбоагрегатами декількох типів (Т, ПТ, Р) в залежності від масшта-ба, складу і режиму споживання теплової енергії в районі енерго-постачання.

Питання для самоконтролю

1. Назвіть основні типи джерел теплоти і дайте коротку ха-характеристику кожного з них.

2. Поясніть за схемою принцип роботи і пристрій котельні уста-новки.

3. Напишіть формулу теплового балансу котла.

4. У чому полягає принцип теплофікації?