Эффективность мини-турбин для привода механизмов тэц с поперечными связями

п/п	Наименование величины	Обозначение величины
Значение, размерность
Характеристики приводной мини-турбины
1	Энтальпия пара перед турбиной	hn	2993 кДж/кг
2	Энтальпия пара после турбины	^КА	2779,3 кДж/кг
3	Механический КПД приводной мини-турбины	Ήπμ	0,99
4	КПД брутто приводной мини-турбины	Лптур	0,759
Характеристики главной турбины
5	Энтальпия пара перед главной турбиной (Р-50-130/13)	ho	3483 кДж/кг
6	Электромеханический КПД главной турбины	Лем	0,98
7	Относительный внутренний КПД главной турбины	Ло	0,86
8	Энтальпия конденсата на выходе от теплового потребителя	1½	419 кДж/кг
9	Энтальпия возвратного конденсата	^К11	104,8 кДж/кг
10	КПД брутто по дополнительной выработке электроэнергии	Л|ТУР1	0,12
11	КПД брутто по использованию теплоты на турбопривод	Лгтург	0,706
Характеристики установки
12	КПД брутто котельной установки	Лку	0,93
13	КПД транспорта теплоты	Лтр	0,99
14	Стоимость тонны условного топлива	Стоп	1514 руб./т у.т.
15	Прогнозируемая средняя стоимость электроэнергии	Сэл	0,6 руб./кВтч
16	КПД установки	Л уст	0,603
17	Оценка эффективности	-	1,946

Использование поперечных связей

Важно отметить, что станции с развитыми поперечными связями (коллекторами) имеют существенное преимущество по сравнению с блоковыми станциями в контексте замены электропривода турбоприводом. Действительно, имея более широкие возможности по перетоку мощностей в паре, можно эффективно поддерживать диспетчерские нагрузки, используя более эффективные бесконденсаторные тепловые схемы либо до минимума снижать сбросы тепла в конденсатор. В качестве примера рассмотрим принципиальную схему станции с развитой системой коллекторов на рис. 4.

В предложенной схеме острый пар от котлов поступает на главную турбину противодавления для привода генератора. Мятый пар из выхлопа главной турбины поступает в коллектор производственного отбора. Известно, что в современных условиях многие станции имеют проблемы со сбытом пара производственного отбора. Существует тенденция, что прежние потребители из-за снижения производства или в целях экономии отказываются от его потребления. В этой связи открываются широкие перспективы использования данного пара для внутренних целей, а именно для привода различных механизмов, традиционно использующих электрический привод. Существует возможность использования мини-турбины и для привода генератора, как показано на схеме, рис. 4.

На схеме, рис. 4, приводная турбина (ПТУ1), использующая пар коллектора производственного отбора, используется для привода насоса. При этом один из насосов, работающих на общий коллектор, имеет традиционный электропривод. На выработку электрической нагрузки, кроме главной турбины, может работать и приводная турбина противодавления (ПТУ2) для привода генератора. Потребителем электрической нагрузки, кроме электропривода насосов, являются электрические нагревательные приборы (ЭНП) (в т.ч. и внутри станции) и электрический нагревательный котел (ЭК).
Для сохранения высоких значений КПД выхлоп турбин мятого пара целесообразно использовать для отопительной нагрузки, т.е. подключать к коллектору теплофикационного пара. Двухступенчатое использование тепла продувки котлов, очевидно, также способствует повышению эффективности тепловой схемы станции, поэтому на схеме, рис. 4, на коллектор теплофикационного пара работает также расширитель периодической продувки котлов (РПП). Теплофикационный пар поступает как на отопление внешних потребителей, так и на собственные нужды, при его избытке в схеме предусмотрена возможность сброса в конденсатор (К). Очевидно, что для эффективной работы необходимо стремиться свести эти сбросы к минимуму. Отдельно на схеме выделены электропотребители (электронагревательные приборы), которые широко используются для целей отопления как на самом энергогенерирующем предприятии, так и в среде внешних потребителей.
Как часто, в каком объеме используются электронагревательные приборы для целей отопления - предмет отдельного изучения. При этом очевидно, что их использование может влиять на эффективность схем теплофикации теплоэлектростанций. Проще учесть их степень влияния внутри станции при отборе тепла на собственные нужды. Сравнивая КПД электрического отопления и отопления теплофикационным паром, как правило, приходят к выводу, что для станции выгоднее использовать теплофикационный пар для отопления собственных нужд даже с определенным избытком, чтобы свести к минимуму использование электронагревательных приборов. Следовательно, по умолчанию будем считать, что на схеме рис. 4 отбор теплофикационного пара в систему отопления собственных нужд производится с некоторым избытком.
Схема будет обладать эффективным регулированием, если способна нести любую нагрузку: электрическую (ЭН), нагрузку по потреблению пара производственного отбора (ПН), гидравлическую нагрузку (ГН) (поддерживать расход воды в коллекторе), нагрузку по отоплению (ТН) - независимо. При этом, как подчеркнуто выше, сброс тепла в конденсатор должен быть минимальным. Проанализируем поведение элементов в схеме при изменении любой из нагрузок в большую и меньшую стороны.
Допустим, главная турбина работает на поддержание электрической нагрузки (по электрическому графику), т.е. при изменении электрической нагрузки, все остальные (ПН, ГН, ТН) меняться не должны. При увеличении нагрузки необходимо увеличить расход острого пара на турбину, при этом излишки пара производственного отбора можно переправить по коллектору на привод турбины с генератором (ПТУ2), рис. 4. Для сохранения тепловой нагрузки (ТН) излишки пара теплофикационного отбора придется сбросить в конденсатор.
При снижении нагрузки, соответственно, можно также компенсировать недостаток пара производственного отбора за счет снижения расхода мятого пара на приводную турбину с генератором (ПТУ2). Последующий недостаток теплофикационного пара и, следовательно, недостаток ТН можно отнести на отопление собственных нужд, где, как мы оговаривали выше, уже существует некоторый избыток тепла. В крайнем случае, при дальнейшем снижении электрической нагрузки, недостаток тепла можно компенсировать электронагревательными приборами.
При работе турбин противодавления с теплофикационными отборами параллельно с использованием электроэнергии для отопления (например, с электрокотлами) теоретически возможен и бесконденсаторный режим. Ведь недостаток или избыток теплофикационного пара может компенсировать электрокотельная, соответственно повышая или снижая свою выработку. Таким образом перераспределение электрической и тепловой нагрузок может принести экономический эффект за счет исключения потерь с конденсатором, которые, как известно, могут достигать 40%. С другой стороны, стоимость электроэнергии может быть значительно выше стоимости тепла в паре. Получается это из-за того, что стоимость электроэнергии рассчитывается не по себестоимости внутри станции, а имеет характер общей рыночной цены и, как правило, закупается извне. Поэтому оптимальный режим работы тепловой схемы можно наладить лишь с учетом реальных цен на тепло и электроэнергию, что уже упомянуто выше.
Развитая система коллекторов (поперечных связей) позволяет эффективно перераспределять потоки тепловой мощности и придает схеме большую гибкость. С другой стороны, в таких схемах необходимо учитывать дополнительные транспортные потери при перетоках пара, их сложность и, соответственно, сложность регулирования.

Выводы

1. Краткий обзор состояния проблемы на сегодняшний день показывает актуальность замены электропривода приводными турбинами.
2. Расчет КПД брутто установки приводной турбины позволяет рациональным путем учесть потери энергии при ее преобразовании в энергию привода. Большое прикладное значение имеет значение КПД брутто установки турбины для привода насоса при ее работе в блоке с главной турбиной большей мощности и питании от ее отбора.
4. Наряду с КПД установки турбопривода для предварительной оценки эффективности замены электродвигателя турбоприводом необходимо учесть текущие цены на электроэнергию и топливо.
5. Численный пример использования турбопривода питательного насоса в блоке с основной турбиной типа Р-50-130/13 на Усть-Илимской ТЭЦ доказывает возможность снижения затрат на топливо в случае реализации данного мероприятия.
6. Развитые поперечные связи (наличие общих станционных коллекторов) способствуют использованию турбопривода и, соответственно, увеличению тепловой эффективности станции.