2.4. Дополнительные потери переменного режима

В практических условиях эксплуатации энергетического оборудования наиболее характерными условиями являются работа не на постоянную нагрузку, а на переменную нагрузку.

При работе с переменной нагрузкой состав работающего оборудования может изменяться

а) из-за технических ограничений, когда при изменении суммарной нагрузки достигнут технический минимум или максимум группы находящегося в работе оборудования;

б) по экономическим соображениям, когда суммарная нагрузка достигает значения, при котором (если учитывать только энергетические характеристики установившегося режима) оказывается целесообразным включение (при повышении нагрузки) и отключение (при снижении нагрузки) одного из агрегатов.

В этих условиях выбор экономичного режима совместной работы энергетического оборудования сводится

1) к выбору в каждый момент времени состава работающего оборудования;

2) к экономичному распределению нагрузки между отдельными агрегатами внутри группы.

Следовательно, при работе группы агрегатов с переменной нагрузкой должно происходить непрерывное перераспределение нагрузки между агрегатами, а также периодическое включение и отключение отдельных агрегатов при возрастании нагрузки.

Заметим, что выбору экономичного режима совместной работы оборудования предшествует выбор состава работающего оборудования.

Оборудование, работающее в условиях переменного режима, помимо технологического процесса в условиях, учитываемых энергетическими характеристиками, имеет дополнительные потери неустановившегося режима.

Дополнительные потери неустановившегося режима вызваны

– разладкой технологического процесса;

– пусками и остановами теплосилового оборудования.

Следовательно, показатели теплосилового оборудования при работе с переменной нагрузкой всегда хуже, чем при работе с постоянной нагрузкой.

Таким образом, энергетическая характеристика показывает верхний предел экономичности работы оборудования.

Заметнее всего разладка технологического процесса сказывается на паровых котлах. Большие потери от разладки обусловлены тем, что соответствие между изменившейся нагрузкой, с одной стороны, расходом топлива, тягой и дутьем, с другой стороны, наступает не сразу, а через некоторый промежуток времени. В результате этого возникают дополнительные потери, а, следовательно, и дополнительный расход топлива, не учитываемые энергетической характеристикой, которая получается по результатам испытаний в установившемся режиме. Потери первичной энергии, затрачиваемой на пуск теплосилового оборудования после его остановки, вызывается:

– затратами тепла на восстановление нарушенного остановками нормального теплового состояния оборудования;

– разладкой топочных процессов в котельных агрегатах в периоды их остановки и пуска.

Особенно существенное значение потери на пуск имеют для станций, работающих в пиковой части суммарного графика нагрузок. Эти станции останавливаются не только в ночные часы, но и в другое время, а также имеют недельные остановы.

Принципиально потери энергии от остановок теплового оборудования и расход на пуск агрегатов после остановок зависят от продолжительности остановов. Например, полное остывание котлоагрегата большой мощности требует до десятка дней. При этом, в течение первых трех суток остывание происходит практически прямо пропорционально продолжительности простоя, а затем замедляется. В связи с этим и расход топлива на пуск котлоагрегата зависит от продолжительности простоя, предшествующего пуску.

Расход тепла на пуск турбоагрегата зависит от типа и мощности и принимается обычно постоянным, не зависящим от времени простоя.

Расход энергии на пуск блока в целом зависит от продолжительности простоя перед пуском и определяется по данным испытаний. Освоение ускоренных пусков теплового оборудования, способствует улучшению технико-экономических показателей работы энергетического оборудования.

Переменный режим работы не только увеличивает энергетические потери, но и влияет на другие составляющие эксплуатационных расходов.

Так как режим эксплуатации оборудования влияет на его износ, то частое включения и отключения могут увеличить стоимость ремонтов. Включения и отключения вызывают изменения расходов материалов, требуют затрат времени вахтенного персонала и т. п.

Однако практически из всех составляющих дополнительных потерь при работе оборудования с переменной нагрузкой в основном приходится считаться с одной, а именно – с потерями на пуск теплосилового оборудования.

3. Экономическое распределение нагрузки между турбоагрегатами ТЭЦ

Рассматривая распределение нагрузок между агрегатами электростанций, необходимо учитывать ее схему.

На ТЭС различают две схемы:

– с поперечными связями;

– блочную (с продольными связями).

В схеме с поперечными связями все котлы работают на общий паропровод, к которому подключены турбоагрегаты, работающие параллельно на электрическую схему станции. Для схемы рассматриваются две задачи:

1) распределение электрической нагрузки между турбоагрегатами;

2) распределение отпуска тепла между котлоагрегатами.

Для станций с блочной схемой (КЭС, АЭС, ГЭС) задача сводится к распределению электрической нагрузки между агрегатами.

Наиболее сложной является задача для ТЭЦ, вырабатывающей два вида энергии. Для ТЭЦ необходимо распределить электрическую нагрузку между турбоагрегатами и тепловую нагрузку между отборами турбины.

3.1. Распределение тепловых нагрузок между турбоагрегатами станций

При оптимизации режима работы ТЭЦ необходимо распределить не только электрические, но и тепловые нагрузки. При этом должны учитываться все источники тепла: отборы турбин, редукционно-охладительные установки (РОУ), пиковые бойлеры и т. п.

В первую очередь распределяется график тепловой нагрузки по производственным и теплофикационным отборам. При этом нужно стремиться к тому, чтобы получить наибольшую удельную выработку электрической мощности по теплофикационному циклу:

Р_т = С₁Q_п + С₂Q_гв – Р_о ,

где С₁ и С₂ – частичная удельная выработка электрической мощности на тепле, отпускаемом, соответственно, из производственного и отопительного отборов; МВт/Гкал; Q_п и Q_гв – отпуск тепла из производственного и отопительного отбора, Гкал; Р_о – уменьшение электрической мощности турбоагрегата, связанное с тепловой составляющей расхода холостого хода, МВт.

Распределение тепловой нагрузки производится в порядке последовательного убывания частичной удельной выработки электрической мощности на тепловом потреблении.

Частичная удельная выработка на тепловом потреблении в свою очередь зависит от величины теплоперепада. Поэтому, чем выше начальное давление пара при заданном давлении в отборе, тем выше выработка электрической энергии на заданном теплопотреблении и тем экономичнее режим.

При заданном начальном давлении и одинаковом давлении в отборе, т. е. одинаковом теплоперепаде у различного типа, в первую очередь должны загружаться турбины с противодавлением, так как их нагрузка является прямой функцией тепловой нагрузки, выработка электроэнергии этими турбинами наиболее экономична за счет привязанной конденсационной мощности.

Распределение отопительной нагрузки ТЭЦ между турбоагрегатами типа Т и ПТ базируется на сопоставлении экономичности соответствующих режимов этих турбин. Однако, экономичность выработки электроэнергии на теплопотреблении у турбин Т и ПТ при одинаковом теплоперепаде одинакова. Основным вопросом распределения тепловой нагрузки является сравнительная экономичность работы этих турбин по конденсационному циклу.

Если станции задается определенная электрическая нагрузка, которая может покрываться только при использовании конденсационной мощности обеих турбин, то оказывается экономически целесообразным дать максимальную конденсационную нагрузку той турбине, у которой относительный прирост меньше. Это значит, что тепловую нагрузку надо передать, в основном, другой турбине, другого типа, с большим относительным приростом.

При такой экономичности конденсационного цикла у турбин Т и ПТ желательно разгрузить турбину ПТ от второго (теплофикационного) отбора.

Распределение тепловых нагрузок ТЭЦ между теплофикационными турбинами должно производиться в следующей последовательности:

- турбины группируются по величине давления в отборе, отвечающего требованиям потребителей (по типу тепловой нагрузки);

- в результате сопоставления возможных суммарных отборов пара при различных давлениях с соответствующими цифрами заданных тепловых нагрузок потребителей и выявляется необходимость в отпуске только через РОУ;

- распределение графика тепловой нагрузки между соответствующими отборами турбин должно производиться в последовательности убывания величины удельной выработки;

- при наличии на ТЭЦ двух или более одинаковых турбин тепловая нагрузка распределяется между ними равномерно;

- при небольшой электрической нагрузке ТЭЦ, не требующей высокой загрузки всех турбин, распределяя тепловую нагрузку, необходимо учитывать величину минимально возможной электрической нагрузки (технический минимум) каждой турбины и целесообразность ее полной разгрузки или останова.

При необходимости получить от ТЭЦ максимально возможную электрическую мощность следует, распределяя тепловую нагрузку между турбинами, учитывать различные возможности перегрузки турбин различного типа при различных отборах пара.