В тепловом балансе паротурбинной установки основной тепловой потерей, составляющей 3/4 от всего тепла, приходящего со свежим паром, является потеря тепла с охлаждающей водой. Непосредственное ее использование для отопительных или производственных целей затруднено низкой температурой воды (около 30° С), выходящей из конденсатора. Поэтому весьма целесообразно те. турбины, конструкция которых это позволяет, и на тех станциях, где имеется резерв в установленной мощности паровых турбин, перевести на режим ухудшенного вакуума. Схема станции, работающей на этом режиме, показана на рис. 59.
Турбина 1 работает с повышенным конечным давлением до 0,8—0,9 ата (ухудшенным вакуумом), вследствие чего температура воды после конденсатора 2 поднимается примерно до 90° С и сетевым насосом 3 направляется в прямую магистраль на нужды производства, отопления и горячего водоразбора 4.
Рис. 59. Схема станции с турбиной ухудшенного вакуума.
Температура выходящей воды, а следовательно, и вакуум в конденсаторе, при наличии только теплофикационной нагрузки, меняются в течение отопительного сезона в соответствии с графиком наружных температур. В морозные дни, когда температура наружного воздуха близка к расчетной наинизшей, вода после конденсатора перед поступлением в теплосеть дополнительно нагревается паром из отбора турбины в поверхностном (пиковом) подогревателе 5 до расчетной температуры в прямой магистрали (на рис. 59, например, до 130°С).
Если турбина ухудшенного вакуума работает с подачей воды на нужды производства (текстильные фабрики и т. п.), то в течение года теплоотдача в сеть будет равномерна и степень использования тепла электростанцией будет наивысшей. Цикл турбины с ухудшенным вакуумом так же, как и турбин с противодавлением, является наивыгоднейшим, по сравнению с циклом паровой турбины с отборами пара и даже турбины с высокими параметрами пара.
Если турбины ухудшенного вакуума работают не только на отопительные нужды, но и для целей горячего бытового или промышленного водоснабжения, то высокая степень использования тепла остается на протяжении всего года.
Удельный расход условного топлива в среднегодовом разрезе на 1 квт-ч на таких станциях снижается до 0,25 кг/квт-ч, в то время как, даже на современных электростанциях с высокими параметрами пара, он при значительном усложнении оборудования составляет немногим менее 0,5 кг/квт-ч.
Как показывают специальные исследования, на режим ухудшенного вакуума без особых затруднений легче всего удается перевести активные турбины малой и средней мощности с малым числом ступеней.
При переводе конденсационных турбин на ухудшенный вакуум при неизменном расходе пара через турбину вследствие повышения противодавления р2 понижаются: располагаемый теплоперепад h, относительный внутренний к. п. д. турбины ηоί и использованный теплоперепад hi. Мощность турбины падает. Уменьшаются механический и электрический к. п. д. турбогенератора.
Относительный к. п. д. при ухудшенном вакууме может быть определен по к. п. д. нормального режима по формуле:
(65)
При ухудшении вакуума до 0,8 ата температура в хвосте турбины повышается до 130—170° С. Однако такое повышение температуры обычно не представляет опасности для маломощных коротких турбин. При желании температуру в хвосте можно значительно снизить установкой в горловине конденсатора перфорированных труб для впрыскивания конденсата.
При переводе турбины на работу с повышенным противодавлением необходимо проверить расчетом в новых условиях работу упорного подшипника, лопаток, диафрагм; поскольку на лопатках появляются реакции, на которые активные турбины не рассчитаны. В крайнем случае на дисках турбины, не имеющих разгрузочных отверстий, такие отверстия могут быть просверлены, а сохранившиеся в некоторых турбинах старые гребенчатые упорные подшипники можно заменить упорными подшипниками с качающимися сегментами. При переводе на ухудшенный вакуум необходимо усилить контроль за температурой масла. Вследствие изменения температурных условий проверяются все монтажные зазоры в турбине.
При новом режиме утяжеляются условия работы конденсатора. Из-за меньшего количества охлаждающей воды скорость ее в трубках конденсатора падает и коэффициент теплоотдачи снижается. Можно поэтому при переводе турбины на ухудшенный вакуум рекомендовать выемку 15—25% всех труб, что одновременно улучшит подвод пара к нижним рядам трубок.
В турбинах, имеющих разделенные конденсаторы, переключение сетевой воды с параллельного прохождения половинок конденсатора на последовательное (рис. 60) увеличивает скорости прохода воды вдвое.
На одной из ТЭЦ Мосэнерго в конденсаторе турбины, работающей с ухудшенным вакуумом, до выполнения этого несложного мероприятия скорости воды в трубках не превышали 0,15-0,18 м/сек. Это приводило к образованию на стенках труб скоплений пузырьков воздуха и механических отложений. Через конденсатор в связи с этим пропускали до 20 т/час лишней воды, которая не использовалась и сбрасывалась в реку, унося с собой большие количества тепла. Для ликвидации механических отложений конденсатор должен был несколько раз в неделю промываться.
Рис. 60. Изменение схемы прохода воды через конденсатор с целью увеличения ее скорости.
Перевод конденсатора на последовательную работу его обеих половин устранил все неполадки, связанные с малыми скоростями воды в трубках.
При переводе на ухудшенный вакуум повышается температура трубок, что вызывает увеличение длины и требует улучшения укрепления их в гнездах трубных досок. Хорошая вальцовка обоих концов трубок вполне оправдала себя при работе турбины с ухудшенным вакуумом. При повышении давления сетевой воды на трубные доски, по сравнению с работой при нормальном вакууме, трубные доски должны быть проверены на прогиб, а чугунные камеры конденсатора — на прочность. При заметном увеличении прогиба трубных досок вальцовочные соединения работают хуже хороших сальниковых уплотнений трубок конденсатора. Трубные доски, имеющие в новых условиях увеличенный прогиб, желательно заменить на более жесткие, а чугунные камеры конденсатора при высоких давлениях в присоединяемой тепловой сети должны быть заменены на стальные, сварные.
Для поддержания эффективного отсоса воздуха из конденсатора охлаждение паровоздушной смеси в паровых эжекторах надо перевести с относительно горячего конденсата на холодную воду, идущую на маслоохладитель и охлаждение генератора.
Конденсатный насос при ухудшении вакуума начинает откачивать конденсат с температурой, повышенной до 90° С. Хорошо уплотненные конденсатные насосы, расположенные ниже уровня конденсата в конденсаторе, практически не срывают в работе и на горячей воде. В ряде случаев приходится идти на дополнительное заглубление установки конденсатного насоса.
Перевод конденсационных турбин на ухудшенный вакуум представляет собой весьма эффективное мероприятие по экономии топлива. Можно считать, что за отопительный сезон экономия топлива при переводе турбин на ухудшенный вакуум составляет 1—2 т на каждый киловатт установленной мощности турбины.
Рис. 61. Схема последовательной работы двух конденсаторов.
Это очень быстро окупает затраты, связанные с присоединением тепловых потребителей к электростанции.
В летний период использование турбин на режиме ухудшенного вакуума не прекращается, если циркуляционная вода используется для целей горячего водоразбора. Летом потребности в тепле уменьшаются, вследствие чего можно рекомендовать пропуск охлаждающей воды последовательно: сначала через конденсатор турбины, работающей при нормальном вакууме, а затем через конденсатор, работающий на режиме ухудшенного вакуума. Насосный агрегат второй турбины может быть при этом остановлен, что снижает расход на собственные нужды цеха.
На рис. 61 показана принципиальная схема (Ивановской ТЭЦ) последовательного включения двух конденсаторов при работе первого турбогенератора на нормальном режиме, а второго—на режиме с ухудшенным вакуумом.
Вода из приемного колодца циркуляционным насосом: (ЦН № 1) прокачивается через первый конденсатор и направляется под давлением того же насоса основным потоком через второй конденсатор. При малом расходе горячей воды она частично до второго конденсатора идет на сброс первого конденсатора.
Горячая вода из второго конденсатора (турбины, работающей на режиме ухудшенного вакуума) через распределительный бак специальным сетевым насосом (СН) подается на нужды производства и на горячий водоразбор.
Соответствие потребного количества воды на горячее водоснабжение и пропуска ее через второй конденсатор достигается или ручным регулированием по сигналу от уровня горячей воды в баке или же может производиться автоматически от положения этого уровня, не допуская перелива горячей воды в канализацию.
Подробнее теория и практика перевода турбин на ухудшенный вакуум изложены в специальных работах [19].
