Когенерация. Тепловые схемы ТЭЦ

Совместное производство электрической и тепловой энергии (применение принципа когенерации) позволяет использовать большую часть тепла для удовлетворения тепловых потребностей производства и населения, что позволяет поднять КПД ТЭС с 30–50 % теоретически до 80–90 % в системах когенерации (практически до 60–75 %).

Сравним типичные значения КПД электростанций и котельных установок при процессах когенерации и раздельного производством электричества и тепла:

Раздельное производство электроэнергии и тепла
Когенерация

Уровень распространения когенерации в мире позволяет утверждать, что это наиболее эффективная (из существующих) технология энергообеспечения для огромной части потенциальных потребителей. Выгоды от использования систем когенерации условно делятся на четыре группы, тесно связанные друг с другом: экономия, надежность, утилизация тепла, экология.

ТЭЦ отли­чается от КЭС установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с промежуточными отборами пара или с противодавлением. На таких установках теплота отработавшего пара частично или даже полностью используется для теплоснабжения, вследствие чего потери воды с охлаждающей водой сокращаются или вообще отсутствуют (на установках с турбогенераторами с противодавлением). Однако доля энергии пара, преобразованной в электрическую энергию, при одних и тех же начальных параметрах на установках с теплофикационными турбинами ниже, чем на установках с конденсационными турбинами. Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60–75 %.

Такие станции строят обычно вблизи потребителей – про­мышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе.

Мощность паровых турбин в одновальном исполнении достигает 1200 МВт, и это не является пределом. Такие машины всегда бывают многоступенчатыми, т.е. имеют обыч­но несколько десятков дисков с рабочими лопат­ками и такое же количество, перед каждым диском, групп сопел, через которые протекает струя пара. При этом давление и температура пара постепенно снижаются, а его объем возрастает.

В схемах с турбинами с противодавлением (типа Р) (рис. 3.3, а)конденсатор отсутствует и весь отработавший пар подается тепловому потребителю, поэтому существует прямая зависимость между количеством вырабатываемой электрической энергии и расходом этого пара, т.е. в этом случае ТЭЦ работает по тепловому графику. При пониженных электрических нагрузках часть пара необходимо пропускать помимо турбины через редукционно–охладительное устройство (РОУ). При высоких электрических нагрузках и небольшой потребности в паре у теплового потребителя недостающее количество электроэнергии должно вырабатываться на электростанциях с турбинами конденсационного типа. Количество получаемой электроэнергии при максимальном пропуске пара через турбину с противодавлением может быть большим, чем это требуется для производства, которое обслуживает данная ТЭЦ. Излишек выработанной электроэнергии передается в районную электрическую сеть. Таким образом, установка будет использоваться достаточно эффективно только в случае, если она рассчитана на ту часть тепловой нагрузки, которая сохраняется в течение большей части года. Давление пара за турбиной должно быть выбрано таким, какое требуется потребителю.

При минимальном расходе тепла снижается и электрическая мощность ЭС, тогда недостающее количество электроэнергии получают от районной электросети.

Рис. 3.2. Схемы ТЭЦ на органическом топливе с турбиной

с противодавлением (а) и с турбиной с регулируемым отбором

пара б): 1 – паровой котел; 2 – РОУ; 3 – турбогенератор; 4 – тепловой потребитель; 5 – конденсатор; 6 – обратный конденсатный насос; 7 – конденсатный насос; 8 – пар от отбора; 9, 12 – пар на регенеративный подогрев и в деаэратор; 10, 14 – регенеративные подогреватели низкого и высокого давлений; 11 – деаэратор; 13 – питательный насос

Следовательно, турбины с противодавлением не могут быть установлены на изолированно работающей электростанции (не присоединенной к районной электрической сети) без совместной их установки с конденсационными турбинами, имеющими мощность, достаточную для покрытия требуемого электрического графика при наименьшем потреблении тепла.

На установках с турбинами, имеющими регулируемые отборы (рис. 3.3, б),выработка электрической энергии и отпуск теплоты могут изменяться независимо в достаточно широких пределах. При этом полная номинальная электрическая мощность, если это требуется, может быть достигнута в отсутствие тепловой нагрузки. Турбины такого типа имеют обычно один, два или даже три регулируемых отбора. При одном регулируемом отборе отводимый от турбины пар может поступать на производственные нужды (турбины типа П) или на теплофикацию (турбины типа Т). При двух регулируемых отборах либо оба отбора являются теплофикационными (турбины типа Т), либо один из них является производственным, а другой – теплофикационным (турбины типа ПТ). Существуют также установки с одним производственным и двумя теплофикационными отборами.