Пути увеличения экономии топлива на ТЭЦ

В последние три десятилетия наблюдается снижение экономии топлива на ТЭЦ по сравнению со схемой раздельного энергоснабжения, что вызвано рядом причин:

• технический прогресс в создании конденсационных турбин опережал технический прогресс в создании теплофикационных турбин. Отставание ТЭЦ по параметрам свежего пара привело к тому, что удельные расходы топлива на КЭС снижались более быстрыми темпами по сравнению с удельными расходами топлива на производство электроэнергии на ТЭЦ;

• создание современных мощных отопительных котельных, КПД которых сопоставим с КПД энергетических котлов ТЭЦ, сблизило удельные расходы топлива на гигакалорию тепла, отпускаемую от ТЭЦ и котельной, и сократило экономию топлива за счет централизации теплоснабжения.

К основным направлениям повышения экономии топлива, получаемой за счет теплофикации относятся:

• переход на высокоэффективную парогазовую технологию;

• увеличение выработки электроэнергии на ТЭЦ по теплофикационному режиму, определяемой по формуле

где – удельная выработка электроэнергии на ТЭЦ по теплофикационному режиму, кВтч/Гкал; – годовой расход тепла из отборов турбин ТЭЦ, Гкал/год.

Увеличение за счет роста годового расхода тепла из отборов турбин на практике проблематично ввиду ограниченности теплопотребления в районе, поэтому увеличить выработку электроэнергии по теплофикационному режиму возможно повышением удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении ():

где – энтальпия свежего и отборного пара; – энтальпия конденсата отборного пара, возвращаемого от потребителей.

Удельная выработка электроэнергии увеличивается в результате:

• роста начальных параметров свежего пара ( и ) и уменьшения давления в отборах;

• применения промежуточного перегрева пара и увеличения полезно используемого теплоперепада () для производства электроэнергии:

Наибольшее увеличение удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении достигается при одновременном увеличении параметров свежего пара, снижении параметров пара в отборах турбин и применении промежуточного перегрева пара.

Эффективность работы ТЭЦ зависит от теплоэлектрического коэффициента (), характеризующего долю выработки электроэнергии по теплофикационному режиму в общей выработке электроэнергии на ТЭЦ:

При работе турбин ТЭЦ по конденсационному режиму , для турбин с противодавлением , для турбин типа "Т" и "ПТ" . Рост сопровождается сокращением удельного расхода топлива на производство электроэнергии.

Другое направление повышения эффективности теплофикации – определение оптимального соотношения между тепловой и электрической мощностью ТЭЦ, что сокращает долю . Данное соотношение зависит от коэффициента теплофикации ТЭЦ, определяемого в часовом и годовом разрезе.

Часовой коэффициент теплофикации характеризует долю тепла, отпускаемого из отборов турбин в час по отношению к максимальной тепловой нагрузке, покрываемой от ТЭЦ.

Часовой коэффициент теплофикации определяется следующим образом:

где – часовой отпуск тепла из отборов; – максимальный часовой отпуск тепла потребителям от ТЭЦ.

Аналогично часовому коэффициенту рассчитывается годовой коэффициент теплофикации, который показывает долю тепла, отпускаемого из отборов турбин в год по отношению к годовому отпуску тепла от ТЭЦ:

Обоснование оптимального коэффициента теплофикации особенно важно для отопительных ТЭЦ, для которых отпуск тепла резко сокращается в весеннее-летний период.

От ТЭЦ с турбинами типа "Р", "ПТ" и "Т" могут покрываться три вида тепловой нагрузки.

Производственная нагрузка. В случае, если эта нагрузка имеет место в течение всего года, ее целесообразно полностью покрывать из производственных отборов турбин "ПТ" или турбин с противодавлением типа "Р". В этом случае в течение всего года на отпуске тепла из производственных отборов вырабатывается электроэнергия по теплофикационному режиму и имеет место экономия топлива. Исходя из вышесказанного, при проектировании ТЭЦ для производственной нагрузки часовой коэффициент теплофикации, как правило, принимается равным единице.

Нагрузка горячего водоснабжения также имеет место в течение всего года, поэтому ее следует покрывать полностью из теплофикационных отборов и получать экономию топлива. Коэффициент теплофикации для данной нагрузки принимается равным единице.

Отопительная нагрузка носит сезонный характер, поэтому часовой коэффициент теплофикации должен оптимизироваться.

Часовой коэффициент теплофикации по отопительной нагрузке определяется по формуле

где – средняя нагрузка горячего водоснабжения; – максимальная часовая отопительная нагрузка; – максимальный отпуск тепла из теплофикационных отборов всех турбин ТЭЦ.

Если , имеет место схема раздельного энергоснабжения; если , то отопительная нагрузка полностью покрывается из отборов или противодавления турбин.

Характер годового графика отопительной нагрузки по продолжительности (рис. 4.9) определяется изменением нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха и в годовом разрезе имеет ярко выраженный пик, продолжительность которого достаточно кратковременна, так как максимальная отопительная нагрузка, соответствующая минимальной температуре наружного воздуха в районе теплоснабжения, как правило, наблюдается в течение краткого периода времени.

Рис. 4.9. Годовой график отопительной нагрузки по продолжительности

В общем случае значение изменяется от нуля до единицы (см. рис. 4.9).

Рассмотрим, как повлияет изменение на экономику ТЭЦ при: ; ; (см. рис. 4.9). Годовой отпуск тепла из отборов турбин соответствует площади Этой же площади, но в ином масштабе соответствует выработка электроэнергии по теплофикационному режиму.

Увеличение с 0,5 до 0,7 приводит к росту часового расхода тепла из отборов (отрезок af). На эту же величину уменьшается часовой расход тепла от пиковых водогрейных котлов. Годовой расход тепла из отборов и, соответственно, выработка энергии по теплофикационному режиму, увеличится незначительно (площадь ), что приводит к несущественному росту экономии топлива.

Увеличение до 0,7 сопровождается значительным ростом конденсационной выработки электроэнергии (площадь ), в результате чего резко возрастает пережог топлива. Экономия топлива, получаемая на ТЭЦ за счет комбинированного использования энергоресурса , определяется по формуле

Увеличение сверх определенного значения приводит к ухудшению годового режима использования теплофикационных отборов, несущественному росту теплофикационной выработки (ввиду пикового характера графика отопительной нагрузки по продолжительности), значительному увеличению конденсационной выработки, увеличению пережога топлива и снижению экономии топлива на ТЭЦ.

Чрезмерное снижение (например, до 0,2) увеличивает число часов использования максимума отбора, но при этом значительно уменьшаются годовой отпуск тепла из отбора, теплофикационная выработка на ТЭЦ и экономия топлива.

Существует определенная зависимость между и (табл. 4.5), в соответствии с которой при уменьшении , растет отношение , увеличивается число часов использования максимума отборов и улучшается годовой режим использования теплофикационных отборов:

где – число часов использования максимальной отопительной нагрузки.

Таблица 4.5. Зависимость от

	0,9	0,6	0,5	0,3
	1,0	0,9	0,84	0,65
	1,1	1,5	1,68	2,02

В условиях, когда чрезмерное увеличение или уменьшение приводит к отрицательным последствиям (к снижению экономии топлива), необходимо определить его оптимальное значение.

В диапазоне небольших значений увеличение коэффициента теплофикации приводит к значительному увеличению расхода тепла из отборов, росту выработки энергии по теплофикационному режиму (см. рис. 4.9). В дальнейшем с ростом выработка по теплофикационному режиму увеличивается несущественно (см. рис. 4.9). Поэтому экономия топлива сначала резко возрастает (рис. 4.10), а потом ее рост замедляется.

В диапазоне малых значений конденсационная выработка и пережог топлива возрастают несущественно. Чем ближе значение к единице, тем в большей мере увеличиваются конденсационная выработка энергии и пережог топлива на ТЭЦ.

В итоге экономия топлива на ТЭЦ, получаемая за счет комбинированного использования энергоресурса () сначала увеличивается, а затем уменьшается ввиду большого пережога топлива, в результате оптимальному соответствует максимальная абсолютная экономия топлива (см. рис 4.10).

Рис. 4.10. Зависимость экономии топлива от

В случае, когда затруднен завоз топлива в город или имеет место дефицит водных ресурсов для охлаждения конденсаторов турбин ТЭЦ, оптимальное значение определяется по максимальной относительной экономии топлива:

где – годовой расход топлива в раздельной схеме энергоснабжения.