Собственные нужды и их распределение

ТЭС потребляют часть выработанной ими электроэнергии и теплоты на привод вспомогательных механизмов всех цехов, отопления помещений, освещение и др. нужды от 1 до 12% выработанной электроэнергии.

Наименьший процент имеют газотурбинные ТЭС на газовом топливе, а наибольший – паротурбинные ТЭЦ высокого давления на каменном угле с высоким содержанием золы и влажности.

Среди основных факторов, определяющих расход энергии на собственные нужды можно выделить тип ТЭС (ГТУ, ПТУ, КЭС, ТЭЦ), начальные параметры пара, вид топлива, установленная мощность, условия водоснабжения, наличие внешних тепловых потребителей и их удаленность, режимы работы станции. В таблице приведен примерный расход эл. энэ на собственные нужды паротурбинных ТЭС в % от общей выработки при номинальной мощности агрегатов и при электрическом приводе питательных насосов.

Примерные расходы электроэнергии на собственные нужды паротурбинных станций

Тип электростанции	Пылевидное сжигаемое твердое топливо		Газ и мазут
	Начальное давление пара, МПа
	3,5 – 9,0	18 - 24	3,5 – 9,0	18 – 24
КЭС	6 –7,5	8 – 9,5	5 – 7	7,5 – 9
ТЭЦ (комбинированная выработка составляет более 30%)	7 – 8,5	9 - 11	6 - 8	8,5 – 10,5

При снижении электрической нагрузки относительная величина собственных нужд увеличивается. Это объясняется большим влиянием мощности холостого хода механических собственных нужд, которая остается неизменной. Увеличение относительного расхода на собственные нужды объясняется также наличием нерегулируемых приводов на механические собственные нужды и ухудшением эффективности работы центробежных нагнетателей углеразмольных мельниц и других механизмов при снижении нагрузок станции. Значительный расход на собственные нужды существенно влияет на экономические показатели, поэтому и у нас и за рубежом принято сравнивать показатели ТЭС по удельным расходам теплоты. Вопросу снижения расхода на собственные нужды уделяется большое внимание на планирование показателей.

Расходы электроэнергии на собственные нужды распределяется между машзалом и котельным. К котельному цеху относятся расходы электроэнергии на тягу и дутье, питательные насосы, топливоподачу и пылеприготовление, золо- и шлакоудаление, газоочистку и хим. водоподготовку. К машзалу: на циркуляционные, конденсатные, дренажные, сетевые и подпиточные насосы, а также на собственные нужды электроцеха.

На ТЭЦ расход электроэнергии на собственные нужды распределяется между двумя видами продукции: электроэнергией и теплотой.

Если общее количество теплоты, производимой парогенераторами , а количество теплоты на производство электроэнергии , то доля теплоты на производство электроэнергии:

где - количество теплоты, отпущенной внешним потребителям.

Величина характеризует долю расхода, связанную с отпуском теплоты внешним потребителям. Распределение электроэнергии собственных нужд между теплотой и электрической энергией производятся для котельного цеха пропорционально значению и .

Расход электроэнергии на собственные нужды по производству электроэнергии определяются по формуле:

где - отпуск теплоты

Расход электроэнергии собственных нужд на отпуск теплоты внешним потребителям равен:

Доля расхода собственных нужд на производство электроэнергии определяется обычно в % общей выработки электроэнергии ТЭЦ:

Удельный расход собственных нужд на отпуск теплоты:

Доля расхода собственных нужд на производство электроэнергии зависит от типа оборудования станции, вида топлива, режима работы и составляет . Удельный расход собственных нужд по отпуску теплоты .

Основными потребителями расхода электроэнергии собственных нужд на станции являются питательные, конденсационные, циркуляционные насосы, дымососы и вентиляторы, то есть центробежные и осевые нагнетатели различного вида и назначения. Отличительной особенностью нагнетателей является большой расход энергии на режим холостого хода 30 – 60% расхода при полной нагрузке.

РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ ОТДЕЛЬНЫХ ЦЕХОВ.

Собственные нужды котельного цеха определяются тремя основными составляющими: тяга и дутье, питательные насосы, топливоподача и топливоприготовление с золо- и шлакоудалением.

Расход электроэнергии на тяго-дутьевые установки зависит от сопротивления газового и воздушного тракта, КПД механического и вида топлива.

Этот расход составляет от 7,2 до 28,8 МДж/т выработанного пара.

Значительную долю собственных нужд составляет расход электроэнергии на питательные насосы, мощность которых возрастает с увеличением параметров пара.

Снижение подачи питательных насосов высокого и сверхвысокого давления возможно только до 30 – 40% номинального. При дальнейшем снижении нагрузки появляется шум, вибрация и пульсация давления на нагнетание. Поэтому для обеспечения надежной работы питательных насосов при сниженных нагрузках включают линию рециркуляции (разгрузки) с подачей части питательной воды с линии нагнетательного насоса в деаэратор. С учетом большого расхода на холостой ход питательных насосов и его возрастающее влияние при снижении нагрузки удельные расходы электроэнергии на 1 м³ питательной воды изменяются от 7,2 до 80 МДж/м³ (2-22кВт·ч/м³)

Расход электроэнергии на транспортировку, дробление, пылеприготовление, золо- и шлакоудаление и очистку уходящих газов составляет 15 – 25% от общего расхода на собственные нужды станции, то есть в 2 – 3,5 раза меньше, чем на питательные насосы.

Уд. расход эл. эн. на разгрузку, складирование и доставку твердого топлива в бункера с дроблением его на тракте топливоподачи составляет 2,8 – 9 МДж на 1 т топлива (0,8 - 2,5 кВт·ч/т ).

К котельному цеху относят и расходы эл. эн. на насосы хим. водоочистки, компрессора, подающие сжатый воздух на обдувку котлов и электрофильтров, на освещение. Доля этих расходов составляет 2 – 3 % общего расхода собственных нужд.

Собственные нужды машинного зала. Основной статьей расхода эл. эн. на собственные нужды является привод рециркуляционных насосов, подающих охл. воду к конденсаторам. Он составляет до 35 % собственных нужд.

К собственным нуждам машинного зала относят расход эл. эн. на привод конденсационных насосов, регенеративных подогревателей, дренажных насосов и др. расход эл. эн. на привод этих насосов невелик – 8 – 12 % общего расхода на собственные нужды станции. К машинному залу относят расходы эл. эн. эл. цеха на мотор-генератор аккумулирующих батарей станции для аварийного освещения, потери в понижающих трансформаторах, на освещение помещения станции и др.

Расходы эл. цеха составляют 5 – 7 % общего расхода на собственные нужды станции.

Собственные нужды теплофикационной установки. Расход эл. эн. на собственные нужды на 1 МДж/ч теплоты колеблется в пределах 1,2 - 7 кВт·ч. Это зависит от вида теплоносителя (пар или вода), от радиуса действия сетей, от температурного графика тепловых сетей, от вида сетей (открытые или закрытые), от рельефа местности, от способа регулирования и режима работы тепловых сетей.

Основным потребителем энергии на собственные нужды являются сетевые насосы, обеспечивающие транспортировку теплоносителя по трассе тепловых сетей и развивающие напор от 0,5 до 3 МПа при подаче от 500 до 3000 м³/ч.

К другим потребителям собственных нужд теплофикационной установки относят конденсационные насосы сетевых подогревателей, подпиточные насосы тепловых сетей, бустерные сетевые насосы, создающие необходимый напор на всасывающей стороне основных сетевых насосов , конденсационные насосы для перекачки возвращающегося от промышленных потребителей конденсата. На конденсационные и бустерные насосы теплофикационной установки расходуется 7 – 12 % общих собственных нужд.

ПОТРЕБЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ НА СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ.

Основными потребителями теплоты являются:

- паровой привод вспомогательного оборудования – привод питательного турбонасоса, привод парового турбомаслянного насоса, паровой привод мазутных насосов;

- паровые эжекторы конденсаторов турбин, паровые эжекторы вакуумных деаэраторов основного конденсата или подпиточной воды тепловой сети;

- обдувка паром поверхности нагрева парогенератора и паровая дробеочистка поверхности нагрева;

- паровой подогрев воздуха в калориферах;

- паровой подогрев мазута в цистернах и мазутохранилище для слива и транспортировки мазута;

- отопление цехов и вспомогательного помещения станции.

К тепловым собственным нуждам относят также потери теплоты с продувочной водой парогенераторов. Для привода вспомогательного оборудования на эл. ст. применяют паровые турбины с противодавлением. Выхлопной пар или используется в схеме регенерации станции или направляется в коллектор отборного пара. В целом расход теплоты на собственные нужды составляет 1 – 2 % от Q_{п г}.

ВЫБОР ТИПА ПРИВОДА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ.

Правильный выбор типа привода для механизмов имеет большое значение для надежной работы станции и для снижения расхода на собственные нужды.

Особенно это важно на эл. ст. со сверхкритическими параметрами пара и при большой мощности привода мех. с. н., достигает 15 – 25 МВт у привода питательных насосов. Это требует повышения частоты вращения (n = 4500 – 6000 об/мин) для сокращения числа ступеней насоса и приемлемых диаметров рабочих колес (300 – 400 мм) при КПД насоса 0,75 – 0,85. применение электрического привода требует установки повышающего редуктора, что снижает надежность работы, увеличивает габариты и капитальные затраты.

Единственное решение – применение турбопривода питательных насосов, позволяющего осуществлять регулирование производительности за счет изменения параметров.

Необходимый расход пара на приводн. турбину:

- потребная мощность для привода механизмов с. н.;

- энтальпия острого пара;

- энтальпия пара за приводн. турбины.

Отработавший пар направляется в регенеративный подогреватель.

ОСНОВНЫЕ ПУТИ СНИЖЕНИЯ РАСХОДА НА СОБСТВЕННЫЕ НУЖДЫ.

Снижение напора насоса при постоянной частоте вращения. Если насос имеет избыток напора при расчетной подаче необходимо прикрывать выходную задвижку.

Уменьшение диаметра рабочих колес путем обрезки лопаток на токарном станке

При многоколесных насосах иногда проще снизить избыточный напор снятием последнего (по ходу воды) рабочего колеса.

Регулируется давление изменением частоты вращения.

Регулирующим вентилем направляющих аппаратов иногда можно остановить один из параллельно работающих агрегатов (насос, дымосос и пр.) на время снижения нагрузки парогенераторов или турбин.

На эл. ст. должны иметься характеристики всех механизмов с. н. Это дает возможность при наличии нескольких насосов одинакового назначения (питательные, циркуляционные, сетевые) с различными характеристиками держать под нагрузкой те, которые выполняют задачу с наименьшим расходом эл. эн.

ТЭЦ И ЭНЕРГОХОЗЯЙСТВО ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГОХОЗЯЙСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ.

Промышленные ТЭЦ являются одним из элементов энергохозяйства промышленных предприятий и тесно связана с ним потоками различных энергоресурсов и вынужденными режимами работы.

Промышленные ТЭЦ должны проектироваться с учетом нужд конкретных предприятий.

Комплекс агрегатов, генерирующих и потребляющих энергоресурсы, включая ТЭЦ, образуют тепловую схему предприятия, отражающую связь между потреблением и производством энергоресурсов и потоки различных энергоносителей по заводу (пар, конденсат, горячая вода, сжатый воздух и газы, горючие газы, кислород и др.).

Оптимальное построение тепловой схемы энергоемких предприятий представляет собой весьма сложную задачу в основном из-за разнородности входящих в неё элементов, которые не выбираются составителем тепловой схемы, а являются заданными (вынужденными), являются также графики выхода и потребления ими энергоресурсов.

Потребление топлива промышленностью составляет более 1/3 добычи, поэтому оптимальное построение тепловой схемы завода может дать большую экономию топлива и большой экономический эффект.

При выборе основного оборудования ТЭЦ следует учитывать возможность колебания нагрузок, в том числе и кратковременность, с тем, чтобы ТЭЦ могла выполнить свое назначение «замыкающего звена» тепловой схемы завода и обеспечить бесперебойное и экономичное энергоснабжение предприятия.

ВНУТРЕННИЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ.

Технологические агрегаты (цехи) промышленных предприятий потребляют топливо, теплоту, эл. эн. и другие энергоресурсы. В ходе технологического процесса во многих случаях образуются новые энергоресурсы (газообразные, жидкие, твердые), различные носители теплоты, газов и жидкостей с избытком давлений и др., количество которых в ряде отраслей производства значительно, поэтому эффективность их использования имеет большое значение.

В топливо-энергетический баланс предприятия входят две группы энергоресурсов:

1. Подводимые со стороны в виде привозного топлива, электроэнергии, теплоты и др.

2. Образующиеся на самих предприятиях в результате технологических и производственных процессов.

Энергоресурсы второй группы разделяются обычно на три вида: горючие, тепловые и избыточное давление.

К горючему энергоресурсам относят: горючие газы от различных технологических агрегатах, доменных, коксохимических, ферросплавов печей, сталеплавильных конвертеров, различных агрегатов нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов, сажевых печей, смолы коксохим. и других производств и т. п.

К ним относят отходы горючего сырья по тем или иным причинам не используемые для технологигической переработки (щепа, опилки, кокс и т. п.).

К тепловым энергоресурсам относят несущие физическую теплоту различные газы, выходящие из технологического агрегата, раскаленный кокс, расплавленные шлаки, горячий агломерат, основные продукты, выдаваемые технологическими агрегатами при высоких температурах, теплоносители, охлаждающие конструкции элементов технологических агрегатов, отработавший пар и т. п.

К третьему виду энергоресурсов относят избыточное давление доменного газа, используемое в газовых ГУБТ мощностью до 25 МВт.

Образующиеся в технологических агрегатах энергоресурсы называются вторичными (ВЭР) или побочными (ПЭР).

Литература:

1. Керцели Л. И., Рыжкин В. Я., Тепловые электростанции.

2. Татищев С. В., Соловьев Ю. П., Проектирование промышленных паровых энергоустановок.

83