Разуплотнение графиков электрических нагрузок вызывает необходимость повышения маневренных качеств всех турбоустановок (как вновь вводимых, так и находящихся в эксплуатации). Теплофикационные турбины с регулируемыми отборами пара имеют в этом плане преимущества перед конденсационными, т. к. в период ПИКОВ нагрузки могут увеличить мощность за счет уменьшения отпуска теплоты потребителю. Таким образом, используется скрытый вращающийся резерв этих турбин, т.е. повышенная пропускная способность проточной части высокого и среднего давления.
Рис. 11.1. Эффективность открытия РД ЧНД при отсутствии резерва по отпуску теплоты ПБ (ε = 0): 1 - турбина Т-50-130; 2 - турбина ПТ-135-130
Рис. 11.2. Эффективность открытия РД ЧНД при наличии резерва по отпуску теплоты ПБ (ε = 0,258) : 1 - турбина Т-50-130; 2 - турбина ПТ-135-130
Наиболее простым и широко применяемым способом получения пиковой электрической мощности является открытие регулирующих диафрагм ЧНД. При этом увеличивается внутренняя мощность турбины, но одновременно снижается отпуск теплоты из теплофикационных отборов и возрастают потери теплоты в конденсаторе. Для оценки эффективности открытия РД с учетом изменения всех указанных величин используется удельный расход теплоты на выработку дополнительной электроэнергии. Обычно при определении указанного показателя рассматривается только изменение мощности данной турбины. Это не совсем правомерно, т.к. для компенсации снижения расхода теплоты потребителю могут применяться различные пиковые источники, в том числе такие, в которых используется частично отработавшее в энергетической установке рабочее тело (например, пиковый бойлер, питающийся паром производственного отбора). В общем случае удельный расход теплоты на получение дополнительной выработки электроэнергии может быть определен (по отношению к внутренней мощности) следующим образом:
где ΔQκ и ΔΝΤ - приросты потерь теплоты в конденсаторе и мощности рассматриваемой турбины; ε - удельная выработка электроэнергии на базе отпуска теплоты замещающим пиковым источником; изменение отпуска теплоты из отборов (в рассматриваемых условиях ΔQ<0).
Рис. 11.4. Эффективность получения дополнительной мощности за счет открытия РД ЧНД турбины Т-185/220-130: ε = 0 ; ε = 0,258
В частности, при использовании пикового бойлера (ПБ) величина ε будет равна удельной выработке электроэнергии паром производственного отбора турбин типа ПТ или отработавшим паром противодавленческих турбин. Если в качестве пикового источника применяется водогрейный котел или в ПБ подается свежий пар (через РОУ), то ε = 0.
Эффективность открытия РД ЧНД, характеризуемая величиной q, существенно зависит от многих факторов (прежде всего - от расхода и начальной температуры сетевой воды, проходящей через ПСГ) и не одинакова у различных турбин. Между тем, при выборе наиболее экономичного режима работы ТЭЦ в период максимума электрической нагрузки требуется надежная оценка значений q для отдельных турбоустановок. Использование для указанной цели диаграмм режимов может привести к значительным погрешностям.
Рис. 11.5. Эффективность получения дополнительной мощности за счет открытия РД ЧНД турбины Т-180/210-130: ε= 0 ; ε = 0,258
Рис. 11.6. Эффективность получения дополнительной мощности за счет открытия РД ЧНД турбин ПТ-80-130 и ПТ-60-130:
1 -ПТ-80/100-130/13;2-ПТ-60/75-130/13;-------------- ε = 0;--------- ε = 0,258
Это связано с тем, что диаграмма режимов строится на базе характеристик турбинных отсеков, которые при достаточно больших отклонениях режима работы от номинального заметно отличаются от действительных. Более точные результаты дает детальный тепловой расчет переменных режимов турбоустановки с использованием фактических характеристик отдельных отсеков (прежде всего ЧНД). Такие расчетные исследования проведены нами применительно к турбинам различного типа.
Ранее аналогичные исследования ряда турбоустановок были выполнены на АО ТМЗ [12, 44]. При этом экономичность дополнительной мощности определялась в зависимости от температуры наружного воздуха для заданных расчетного температурного графика теплосети и коэффициента теплофикации. В реальных же условиях эксплуатации фактический температурный график может значительно отличаться от расчетного. Кроме того, могут быть существенно различными начальные температуры сетевой воды, подогреваемой в ПСГ отдельных турбоустановок ТЭЦ, а ее расход - отличаться от расчетного значения. По этим причинам при проведении исследований эффективности получения дополнительной мощности будет правильнее, на наш взгляд, принять в качестве независимых параметров расход и начальную температуру сетевой воды, подогреваемой в ПСГ.
Результаты расчетов по оценке эффективности открытия РД ЧНД представлены на рис. 11.1...11.6, где приведены средние значения q, полученные из сравнения режимов с полностью открытой РД и полностью закрытой РД (либо с минимальным открытием, обеспечивающим допустимый уровень давления в отборах). Как и ожидалось, величина q меняется в очень широких пределах в зависимости от расхода w и начальной температуры сетевой воды. При возмещении недоотпуска теплоты в ПБ (в расчетах принято ε = 0,258 или 0,3 МВт-ч/Гкал) эффективность открытия РД значительно возрастает.
Если рассматривать условия работы турбин с номинальным расходом сетевой воды, подогреваемой в ПСГ, то экономичность дополнительной мощности за счет открытия РД в диапазоне τ2 =40...70°С характеризуется данными, представленными в табл. 11.1, где меньшим значениям τ2 соответствуют большие величины q.
Результаты исследований показывают, что при w = wH наиболее экономичная дополнительная мощность может быть получена на турбине типа ПТ-135-130. Наименее эффективным оказывается открытие РД турбин типа Т-50-130 и Т-100-130. Если недоотпуск теплоты возмещается в пиковых бойлерах за счет увеличения паровой загрузки ЦВД турбин типа ПТ (или типа Р), то величины q снижаются в 1,4...2,4 раза. С ростом начальной температуры сетевой воды уровень q уменьшается.
Таблица 11.1
Значения величин q при номинальном расходе сетевой воды
Это связано с тем, что увеличивается давление пара в теплофикационных отборах в исходных режимах с закрытыми РД и их открытие вызывает относительно большее увеличение теплового перепада в предотборных ступенях.
С уменьшением расхода сетевой воды через ПСГ величина q также снижается и может стать меньше, чем аналогичный показатель для конденсационных турбин. Из этого следует важный вывод о том, что при расходах сетевой воды, ниже определенного уровня, работа теплофикационных турбин с закрытыми РД в условиях дефицита электрической мощности становится нецелесообразной (если рассматривать системный эффект), т.к. снижение выработки электроэнергии в данном случае будет компенсироваться менее экономичной замещающей конденсационной мощностью. Так, если принять для замещающей КЭС q3=2,5 (что характерно для конденсационной мощности турбин без промперегрева с начальными параметрами 12,74 МПа и 555 °C ), то нижняя граничная величина расхода воды через ПСГ (когда q=q3 ) различных турбин в зависимости от τ2 определяется данными, приведенными в табл. 11.2.
Таблица 11.2
Нижняя граница расходов сетевой воды через ПСГ
Как видно, в условиях, когда в ПСГ подогревается менее 50% от номинального расхода сетевой воды, получаемая за счет открытия РД дополнительная мощность оказывается более экономичной, чем замещающая конденсационная, даже при ε - 0. Если ε=0,258, то граничные расходы сетевой воды возрастают и приближаются к номинальным значениям. При этом (q3=2,5; ε=0,258) работа турбины ПТ-135-130 с закрытой РД ЧНД оказывается нецелесообразной во всем реальном диапазоне расходов воды через ПСГ и ее начальных температур.
Результаты проведенных расчетных исследований позволяют с учетом реальных условий эксплуатации определить экономическую эффективность получения пиковой мощности за счет открытия РД ЧНД различных турбоустановок. Очевидно, что при максимуме графика нагрузки в первую очередь должны открываться регулирующие диафрагмы тех турбин, которые обеспечивают меньшее значение q.
Рис. 11.7. Зависимость q от прироста»мощности турбин при τ2 = 50 °C :
---------- Т-100-130;--------- Т-50-130
Выше речь шла о средней эффективности открытия РД ЧНД теплофикационных турбин. В действительности удельные приросты мощности турбоустановки при различных степенях открытия РД не остаются постоянными. На рис. 11.7 в качестве примера показано изменение величины q в зависимости от прироста мощности в результате разного открытия регулирующих диафрагм.
В соответствии с результатами расчета рост ΔNт, (т.е. увеличение степени открытия РД) при всех условиях эксплуатации, когда вообще целесообразно закрывать РД, приводит к снижению величины q. Данный вывод имеет большое практическое значение, т.к. позволяет правильно организовать режим работы однотипных турбоустановок.
В настоящее время при эксплуатации одинаковых турбин нагрузка между ними, как правило, распределяется равномерно. В результате каждая из турбин работает в период пика нагрузки с частично открытой РД ЧНД, т.е. с повышенными значениями удельного расхода теплоты на выработку дополнительной электроэнергии. Как показали проведенные исследования, более экономичным является последовательное открытие РД, приводящее при заданной величине пиковой мощности к меньшим потерям теплоты в конденсаторах.
На рис. 11.8 в качестве примера представлены результаты расчета ΔQЭ для турбин типа Т-100-130 при максимальном расходе сетевой воды w=1250 кг/с и τ2=50 °C. Оптимизация распределения пиковой нагрузки между двумя, тремя и четырьмя турбинами позволяет получить экономию теплоты соответственно до 7, 13 и 17 МВт, то есть оказывается весьма эффективной.
Рис. 11.8. Эффективность оптимизации распределения пиковой нагрузки между турбинами Т-100-130 при w = 1250 кг/с и τ2 =50 °C
Полученный эффект от оптимального распределения пиковой нагрузки между турбинами связан в первую очередь с нелинейным характером зависимости внутренней мощности ЧНД от расхода пара (см. рис. 10.1). В этой связи следует отметить, что уменьшение вентиляционных пропусков пара в ЧНД теплофикационных турбин не только повышает их экономичность в базовом режиме, но также расширяет возможность и увеличивает эффективность оптимизации переменных режимов работы турбоустановок.
Еще одним распространенным способом получения дополнительной мощности является отключение (полное или частичное) регенеративных подогревателей высокого давления (ПВД) при условий сохранения расхода свежего пара [12,45...47]. Для теплофикационных турбин, работающих по тепловому графику, такой способ позволяет увеличить не только электрическую нагрузку, но и отпуск тепла из отборов.
Если при этом считать, что расход пара в ЧНД и, соответственно, потери тепла в конденсаторе не изменяются (как например, в [12]), то удельный расход теплоты на выработку дополнительной электроэнергии, определяемый по (11.1), q=1, т.е. эффективность получения дополнительной мощности за счет отключения ПВД на режимах работы по тепловому графику оказывается абсолютной. В реальных условиях эксплуатации при неизменных расходе и начальной температуре сетевой воды изменение тепловой нагрузки вызывает изменение давления пара в камере нижнего теплофикационного отбора и соответствующее изменение расхода пара в ЧНД и конденсатор (в зависимости от пропускной способности закрытых РД), что существенно сказывается на экономичности дополнительной мощности, получаемой за счет отключения ПВД. В качестве примера на рис. 11.9 и 11.10 представлены результаты расчетных исследований влияния пропускной способности (Gk/рн) закрытых РД, расхода w и начальной температуры т2 сетевой воды на эффективность отключения ПВД на турбинах типа Т-185/220-130 и Т-180/210-130 в режимах работы по тепловому графику с неизменным расходом свежего пара соответственно 780 т/ч и 670 т/ч. Как видно, все указанные факторы оказывают значительное влияние на величины прироста тепловой нагрузки ΔQT дополнительной мощности и удельного расхода теплоты на её выработку q. При прочих равных условиях с уменьшением w и повышением τ2 величина ΔQT, снижается и может стать даже отрицательной.
Рис. 11.9. Эффективность отключения ПВД турбины Т-185/220-130 в режимах работы по тепловому графику (G0=780т/ч):
------------------------------- соответственно GK/рн =0,013; 0,1; 0,2кг/(с-кПа)
Это связано с уменьшением теплового перепада в предотборных ступенях из-за повышения давления пара в камерах теплофикационных отборов.
Поскольку при отключении ПВД потери теплоты в конденсаторе возрастают (вентиляционный пропуск пара в ЧНД увеличивается пропорционально давлению перед закрытыми РД), то с уменьшением Nт возрастает удельный расход q.
Представленные на рис. 11.9 и 11.10 данные получены при проектных температурных напорах в ПСГ. Их рост (например, из-за загрязнения трубной системы) приводит к снижению QT. Таким образом, в реальных условиях эксплуатации теплофикационных турбин по тепловому графику с переменными w и τ2 и наличием вентиляционного пропуска пара в ЧНД экономичность отключения ПВД оказывается неоднозначной. При этом уплотнение РД (снижение их пропускной способности в закрытом положении) повышает эффективность такого способа получения дополнительной мощности.
