2. Теплоцентралі – підприємства комбінованого вироблення теплоти й електроенергії. Теплофікація

Типи і умови роботи теплоелектроцентралей Особливості теплоелектроцентралі зумовлені її основною задачею, яка полягає в забезпеченні споживачів тепловою енергією у вигляді пари або гарячої води необхідних параметрів. Сам процес забезпечення споживачів тепловою енергією називається теплофікацією. У сучасній теплофікації розрізняють наступні типи ТЕЦ: паротурбінні з турбіною з протитиском і відпуском тепловим споживачам всієї або частини відпрацьованої в ній пари; паротурбінні з конденсаційною турбіною, яка має теплофікаційний відбір або відбори для відпуску пари тепловим споживачам; газотурбінні (ГТУ) з використанням тепла вихлопних газів у котлі-утилізаторі або безпосередньо в технологічному процесі; дизельні (ДЕС) з виробництвом високопотенційного тепла завдяки енергії вихлопних газів і низькопотенційного – із контурів охолодження двигуна; парогазові (ПГУ) з використанням тепла вихлопних газів ГТУ для виробництва пари, яка повністю або частково спрямовується в одну або декілька парових турбін.

Початкові параметри паротурбінних установок ТЕЦ зазвичай такі ж, як і на конденсаційних станціях, але електрична потужність найбільш крупних установок і загальна електрична потужність станції нижча, ніж на КЕС. Так, в період, коли на крупних опалювальних ТЕЦ встановлювались паротурбінні установки потужністю 100 МВт, КЕС будувались з блоками потужністю 300 МВт; в період освоєння на ТЕЦ блоків потужністю 250 МВт на КЕС застосовувались вже блоки 500 і 800 МВт. Проте питома витрата палива на виробіток електроенергії на ТЕЦ значно нижча. Для ТЕЦ з турбінами Т-100-130 при роботі по тепловому режиму із закритою діафрагмою і двоступеневим підігрівом сітьової води питома витрата теплоти на виробництво електроенергії знаходиться в межах 3800–4900 кДж/кВт·год, а при триступеневому підігріві сітьової води (в режимі з включеним виділеним пучком в конденсаторі) складає 3700 кДж/кВт·год. Ці значення майже в 2 рази нижчі витрат теплоти на конденсаційних установках з такими ж початковими параметрами.

Питомий виробіток електроенергії на тепловому споживанні таких ТЕЦ складає 120–170 кВт·год/ГДж при двоступеневому підігріві сітьової води і 112–167 кВт·год/ГДж при триступеневому підігріві. Великі значення відносяться до режимів, коли у верхньому теплофікаційному відборі тиск рівний 0,0585 МПа, менші – до режимів, коли тиск складає 0,245 МПа.

Питома витрата палива на виробіток електроенергії на ТЕЦ зменшується зі зростанням частки пари, що відбирається для теплового споживача, і (як для КЕС) з ростом її початкових параметрів. Чим вищий питомий виробіток на тепловому споживанні, тим більша економія палива.

Оскільки ТЕЦ мають нижчі питомі витрати палива і теплоти на виробництво електричної енергії, то при роботі в теплофікаційному режимі їх використовують для покриття базової частини графіка електричних навантажень. У літній період ТЕЦ, розраховані переважно на опалювальне навантаження, переводяться в конденсаційний режим роботи і можуть приймати участь в регулюванні потужності в енергосистемі, тому літом на ТЕЦ проводять, як правило, ремонтні роботи котельного обладнання. Паливозабезпечення ТЕЦ може мати сезонний характер: вугілля і мазут – зимою, природний газ – влітку.

Загальний вигляд Київської ТЕЦ-5

Відпрацьована в турбінах конденсаційних станцій пара має температуру 25–30°С, тому вона непридатна для використання в технологічних процесах на підприємствах. У багатьох виробництвах потрібна пара при тиску 0,5–0,9 МПа, а інколи і до 2 МПа для приведення в рух пресів, парових молотів, турбін. Інколи потрібна гаряча вода з температурою 70–180°С. Для отримання пари з необхідними для споживання параметрами на ТЕЦ використовують теплофікаційні турбіни. Парові теплофікаційні турбіни за конструктивними особливостями і можливими режимами роботи можуть бути поділені на дві групи: турбіни з конденсаційною установкою і регульованими відборами пари і турбіни з протитиском. При цьому розрізняють два види регульованих відборів пари: виробничий і опалювальний, що використовуються відповідно для виробничих цілей і для опалення, вентиляції і гарячого водопостачання.

Принципова теплова схема найпростішої ТЕЦ, яка несе промислове парове навантаження, показана на мал. 4.17. Пара, отримана в котлі 1, надходить в турбіну 2, безпосередньо з’єднану з електрогенератором3, а потім спрямовується в конденсатор 4. Із проміжного ступеня турбіни при необхідному регульованому тиску відбирають пару, яка подається споживачам теплоти 7. На виробництві частина пари втрачається, а частина конденсується і насосом 8 направляється в живильний бак 6, в який конденсатним насосом 5 подається і конденсат з конденсатора. Для заміщення втрат пари і конденсату в живильний бак трубопроводом 10 додається хімічно очищена вода. Живильна вода подається в котел 1 живильним насосом 9.

У випадках, коли потрібна велика кількість пари для технологічних потреб підприємств, на ТЕЦ встановлюють парові турбіни з протитиском, в тому числі з регульованим відбором пари, – турбіни типів Р, ПР, ТР. Оскільки в таких установках відсутній конденсатор, то вся відпрацьована в турбіні пара спрямовується споживачу тепла. У цій установці кількість пари, що проходить через турбіну, а отже, і кількість виробленої електричної енергії повністю залежать від теплового споживання, тобто в цьому випадку ТЕЦ працює за тепловим графіком. При понижених електричних навантаженнях частину пари необхідно пропускати повз турбіну, через редукційноохолоджувальний пристрій (РОП). При високих електричних навантаженнях і невеликій потребі в парі у теплового споживача електроенергія, якої не вистачає, повинна вироблятись на електростанціях з турбінами конденсаційного типу. Таким чином, установка буде використовуватись достатньо ефективно тільки в тому випадку, якщо вона розрахована на те теплове навантаження, яке зберігається впродовж більшої частини року. Тиск пари за турбіною повинен бути вибраний такий, який потрібен споживачу.

У турбінах з конденсатором і регульованими відборами пари після того, як частина енергії пари витрачається на приведення у рух ротора турбіни і параметри її понизяться, відбувається відбір деякої частки пари для споживачів. Частка пари, що залишилась, далі звичайним порядком використовується у турбіні й потім надходить у конденсатор. На установках з турбінами конденсаційного типу, які мають регульовані відбори, вироблення електричної енергії й відпуск тепла можуть змінюватись у достатньо широких межах, незалежно один від одного. При цьому повна номінальна електрична потужність, якщо вона потрібна, може бути досягнута за відсутності теплового навантаження. Турбіни такого типу мають зазвичай один, два або навіть три регульованих відбори.

У відповідності зі схемами теплопостачання споживачів розрізняють відкриті й закриті схеми теплопостачання. Схеми теплопостачання споживачів безпосередньо з контуру ТЕЦ називаються відкритими, а ті, в яких використовуються сітьові підігрівачі, – закритими.

Одним з основних напрямків в розвитку теплоенергетики є збільшення одиничної потужності обладнання ТЕС. Проте можливості підвищення одиничної потужності ТЕЦ і, відповідно, теплофікаційних турбін обмежені у порівнянні з конденсаційними турбінами, оскільки передача теплової енергії потребує більших затрат, чим передача електричної енергії. Одинична потужність ТЕЦ визначається концентрацією теплоспоживання й оптимальними для даної концентрації розмірами району, що приєднується до ТЕЦ, а також існуючими обмеженнями щодо захисту навколишнього середовища, вибору майданчика і т.д.

Мал. 4.17. Теплова схема найпростішої теплоелектроцентралі: 1 – котел; 2 – турбіна; 3 – електрогенератор; 4 – конденсатор; 5 – конденсатний насос; 6 – живильний бак; 7 – споживачі теплоти; 8 – сітьовий насос; 9 – живильний насос; 10 – трубопровід, яким подається хімічно очищена вода