3.2.2. Теплоэлектроцентрали (тэц)
На ТЭЦ энергия топлива сначала используется для производства электроэнергии, а затем менее ценная теплота применяется для нужд теплофикации. В тех случаях, когда прилегающие к тепловым электростанциям районы должны потреблять большие количества теплоты, целесообразнее использовать комбинированную выработку теплоты и электроэнергии, что мы и имеем на теплоэлектроцентралях. ТЭЦ работают по теплофикационному циклу. Этот вид электростанций предназначен для централизованного снабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплотой. Являясь, как и КЭС, тепловыми электростанциями, они отличаются от последних использованием отработавшего в турбинах пара для нужд промышленного производства, а также для отопления, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения. При такой комбинированной выработке электроэнергии и теплоты достигается значительная экономия топлива по сравнению с раздельным энергоснабжением. Поэтому ТЭЦ получили широкое распространение в районах (городах) с большим потреблением электроэнергии и теплоты. В настоящее время в России на ТЭЦ производится 25…35 % всей вырабатываемой электроэнергии.
На современных ТЭЦ, работающих на органическом топливе, как правило, устанавливаются теплофикационные турбины большой единичной мощности (50…250 МВт) на высокие и сверхкритические начальные параметры пара (13 и 24 МПа) двух основных типов: конденсационные с отбором пара (Т и ПТ) и с противоподавлением (Р).
Отработавший пар низкого давления (около 0,05…0,25 МПа) отводится из так называемых теплофикационных отборов турбины. Этот пар используется на ТЭЦ для подогрева сетевой воды, циркулирующей в тепловой сети.
Комбинированное производство электрической и тепловой энергии на ТЭЦ предполагает наряду с отпуском электрической энергии отпуск теплоты для технологических нужд промышленности (обычно в виде пара необходимых параметров) или для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения (ГВС) жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений (в виде горячей воды до 150°С) или одновременно и пара и горячей воды.
Схема пароснабжения зависит от характера паропотребления и выбирается исходя из технико-экономических соображений, учитывающих показатели всех элементов системы пароснабжения: ТЭЦ, паропроводов, потребителей.
Если всем потребителям требуется пар низкого давления, применяется однотрубная система, при потреблении пара высокого и низкого давления – двухтрубная.
Численные значения давления пара, отпускаемого потребителем, составляют: для отопительно-вентиляционных установок потребителей – 0,06…0,25 МПа; технологических аппаратов – 0,6…0,8 МПа, для паровых приводов – 1,2…1,8 МПа, а в ряде случаев 3,5 и даже 9 МПа.
Отпуск пара от ТЭЦ внешним потребителем может производится по различным схемам:
1. Из отборов теплофикационных турбин (турбины ПТ имеют производственный и отопительный отборы, типа Т – только отопительный отбор).
Только турбины с регулируемыми отборами могут свободно изменять тепловую и электрическую нагрузки, т.е. работать по свободному графику.
2. От паропреобразователей ТЭЦ, где получают вторичный пар; греющим теплоносителем является первичный пар с большим давлением чем у вторичного пара, отпускаемого потребителям.
Особенности технологической схемы ТЭЦ показаны на рис. 3.7. Части схемы, которые по своей структуре подобны таковым на КЭС на рис. 3.7 не показаны. Основное отличие заключается в пароводяном контуре.
При расширении в турбине часть пара с давлением ротб = 0,9…1,2 МПа отбирается и отводится в сетевой пароводяной подогреватель СП, через который сетевым насосом СН прогоняется вода, используемая для отопления зданий и других нужд городского хозяйства и промышленных предприятий.
На производство пар подается, когда вблизи станции имеются промышленные предприятия, которым требуется пар для технологических процессов. Количество отбираемого от промежуточных ступеней турбины пара определяется потребностью тепловых потребителей в горячей воде и паре.
Использование для теплофикации частично отработавшего пара из промежуточных ступеней турбины уменьшает количество пара, поступающего в ее конденсатор, и соответственно потери теплоты с циркуляционной водой. Всю теплоту, которая поступает со станции в теплофикационную сеть с горячей водой или паром, считают полезно отпущенной теплотой.
Рис. 3.7. Технологическая схема теплофикационной установки:
ГРУ – генераторное распределительное устройство; Г – генератор; СП – сетевой пароводяной подогреватель; СН – сетевой насос; ПН – питательный насос
Для оценки экономичности теплофикационного цикла пользуются коэффициентом использования теплоты ηи, представляющим собой отношение всего количества полезно использованной теплоты Qотп и выработанной электроэнергии Wэ к подведенной теплоте Q1, полученной от сжигания топлива:
(3.8)
Этот показатель характеризует общее использование энергии топлива на ТЭЦ. Экономичность работы ТЭЦ зависит от величины отбора на теплофикацию: с увеличеним отбора пара на теплофикацию и уменьшением количества пара, поступающего в конденсаторы теплофикационных турбин, КПД ТЭЦ возрастает. Наиболее экономичным режимом работы ТЭЦ является ее работа по графику теплового потребления при минимальном пропуске пара в конденсатор.
Так как режимы тепловых и электрических потребителей различны, то осуществление указанного режима ТЭЦ возможно только при ее параллельной работе с другими электростанциями энергосистемы – ТЭС и ГЭС.
Особенность ТЭЦ – повышенная мощность теплового оборудования по сравнению с электрической мощностью электростанции, что определяет большой расход электроэнергии на собственные нужды по сравнению с КЭС.