Подавляющее большинство современных теплофикационных турбин снабжены встроенными в конденсатор пучками, приспособленными для утилизации теплоты. Последовательный подогрев сетевой воды в этих пучках и в сетевых подогревателях нижнего и верхнего отопительных отборов (ПСГ-1 и ПСГ-2) принято называть трехступенчатым [12]. Однако первая ступень подогрева сетевой воды во встроенных пучках не приводит к дополнительной выработке мощности. Более того, в этих условиях неизбежно уменьшение располагаемой мощности турбины и снижение маневренности. Это вызвано тем, что при таком способе утилизации теплоты повышается давление в конденсаторе, и следовательно, растут потери на трение и вентиляцию в ступенях ЧНД. Кроме того, происходит вытеснение теплоты отопительных отборов или повышение давления в них, что приводит к уменьшению мощности предотборных ступеней.
При определении экономичности теплофикационных турбин в случае внедрения мероприятий по снижению потерь теплоты в холодном источнике принимается во внимание, как правило, только экономия теплоты на данной турбине и не учитывается необходимость восполнения потерь мощности на замещающей конденсационной турбоустановке. В то же время известно, что многие энергосистемы являются дефицитными по выработке электроэнергии и получают недостающую мощность из других энергосистем. Увеличение перетоков энергии по линиям электропередачи приводит к дополнительным потерям в электросетях. Во многих случаях при недостатке в электрической мощности определенное количество теплофикационных турбин вынуждено работать с повышенным расходом пара в ЧНД (открытыми регулирующими диафрагмами) для увеличения мощности ЧНД. При этом недоотпуск теплоты из отборов турбины восполняется пиковыми водогрейными котлами. В этих условиях удельные расходы теплоты на выработку электроэнергии могут изменяться в широких пределах и во много раз превышать аналогичный показатель для конденсационных турбин. В ряде энергосистем имеются устаревшие по конструкции и начальным параметрам пара турбины с удельными расходами теплоты, превышающими 10000 Дж/кВт-ч (в безразмерном виде q = 2,8), которые вынуждены работать из- за недостатка мощностей.
Таким образом, эффективность мероприятий по утилизации теплоты отработавшего пара теплофикационных турбин не является очевидной и требует подтверждения с учетом реальных условий их эксплуатации.
Решения, направленные на уменьшение вентиляционного пропуска пара в ЧНД или на утилизацию минимального расхода теплоты в конденсаторе, в большинстве случаев приводят к снижению мощности турбины, поэтому критерием их эффективности является условие qx>q3. При этом экономический эффект будет зависеть от расхода и начальной температуры подогреваемой сетевой воды, величины тепловой нагрузки ΔQT, пропускной способности РД ЧНД и других факторов, влияющих на режим работы турбоустановки.
Проектная величина QД, входящая в (2.11), не превышает 3 МВт (в расчете на один поток ЧНД), а в результате внедрения комплекса мероприятий по снижению вентиляционного расхода пара в ЧНД, как будет показано далее, пропускная способность закрытых РД ЧНД турбин в расчете на один поток может быть уменьшена до уровня
МПа).
Принимая (QД=3 МВт и
(с·МПа), получим максимальную оценку правой части выражения (2.11), которая даже для турбин типа Т-50/60-130 (Т-100/120-130) составит 11...24 кПа в реальном диапазоне ρн=30...200 кПа. Для турбин с более длинными рабочими лопатками последних ступеней граничные значения ΔρК, определяемые (2.11), будут еще меньшими. Действительный рост давления в конденсаторе превысит полученные по (2.11) предельные величины ΔρК практически во всем диапазоне возможных давлений в камере нижнего теплофикационного отбора. Таким образом, можно сделать заключение, что в рассматриваемых условиях использование теплоты пара, поступающего в ЧНД современных теплофикационных турбин через закрытые уплотненные РД для подогрева сетевой воды во встроенных пучках конденсаторов, оказывается экономически нецелесообразным.
В период максимальных тепловых нагрузок при дефиците электрической мощности одним из основных способов ее увеличения на ТЭЦ является открытие регулирующих диафрагм ЧНД. Как показано, например в [13], в подобных режимах целесообразно последовательное открытие РД ЧНД турбин, т.е. в конечном итоге более экономичной оказывается работа части турбоустановок с полностью или частично открытыми РД, а остальных - с закрытыми РД ЧНД. Таким образом, и в указанных условиях сохраняется актуальность разработки эффективных методов снижения потерь теплоты в конденсаторах теплофикационных турбин.
При решении вопроса о целесообразности использования теплоты отработавшего пара не менее важным, чем экономичность, являются факторы надежности и маневренности турбоустановки. Подогрев сетевой воды во встроенном пучке отрицательно влияет как на надежность работы ступеней ЧНД, так и на маневренность турбины. Снижение надежности обусловливается повышением давления в конденсаторе, что вызывает, как уже указывалось, возрастание вибрационных напряжений в рабочих лопатках практически пропорционально давлению в конденсаторе, возможность недопустимого разогрева (в результате роста вентиляционных потерь) проточной части низкого давления, возрастание опасности эрозионного повреждения выходных кромок рабочих лопаток последних турбинных ступеней (из-за увеличения с ростом рК несущей способности обратных токов). В свою очередь снижается маневренность вследствие невозможности оперативного получения дополнительной мощности за счет увеличения расхода пара в ЧНД.
Изложенное свидетельствует о том, что в большинстве случаев использование встроенных пучков конденсаторов современных теплофикационных турбин для подогрева сетевой воды в сравнении с уменьшением вентиляционных пропусков пара в ЧНД при охлаждении конденсатора циркуляционной водой следует признать нецелесообразным.
Вопрос целесообразности полезного использования теплоты в конденсаторах должен решаться для каждого конкретного случая с учетом реальных условий эксплуатации ТЭЦ и возможной оптимизации схемы и режимов подогрева технологической воды. Большие резервы в этом плане имеются на ТЭЦ, работающих в открытой системе горячего водоснабжения и отпускающих значительное количество пара производственным потребителям при малом возврате конденсата и т.п.
Проведенный анализ дает основание сделать вывод о том, что во многих случаях современным требованиям по экономичности, надежности, маневренности и располагаемой мощности в наибольшей степени отвечает организация режимов работы теплофикационных турбин с охлаждением конденсатора циркуляционной водой и подачей в ЧНД минимально достижимого расхода пара. При этом возникает необходимость решения прежде всего двух задач: разработки технологии уплотнения регулирующих диафрагм ЧНД и разработки способа и системы охлаждения, обеспечивающих допустимое тепловое состояние проточной части низкого давления и предотвращающих опасность эрозионного повреждения выходных кромок рабочих лопаток последних ступеней.
