Промышленные электростанции - Выбор типа паровых турбин

Принципу комбинированного производства электроэнергии и тепла в наибольшей мере отвечают турбины с противодавлением. ТЭЦ, оборудованные этими турбинами, наиболее дешевы, просты и вырабатывают электроэнергию с минимальными затратами топлива.
Однако вырабатываемая турбинами с противодавлением электрическая мощность непосредственно зависит  от режима теплового потребления, который оказывает решающее влияние и на экономику ТЭЦ, оборудованной этими турбинами. С увеличением числа часов использования тепловой нагрузки возрастает выработка электроэнергии турбинами с противодавлением, повышается экономичность их работы и уменьшается себестоимость электроэнергии.
Наиболее экономичной будет работа ТЭЦ, оборудованной турбинами с противодавлением, при постоянных в течение года производственных нагрузках. Чем меньше по абсолютной (величине и более устойчива тепловая нагрузка, тем больший эффект дает применение таких турбин по сравнению с турбинами c отбором пара.
На ТЭЦ с преобладающей отопительной нагрузкой установка турбин с противодавлением, работающих с малым числом часов использования, может оказаться экономически неоправданной вследствие относительно больших удельных капитальных затрат и эксплуатационных расходов, определяемых недоиспользованием оборудования в периоды пониженных тепловых нагрузок.
Применение турбин, работающих зимой с ухудшенным вакуумом, т. е. как турбины с противодавлением, при сниженной против номинальной электрической нагрузке, а летом на конденсационном режиме, позволяет повысить использование установленных турбин, но приводит к снижению тепловой экономичности ТЭЦ вследствие частичной конденсационной выработки электроэнергии. Существенно снижается эффективность применения турбин с противодавлением, когда на ТЭЦ при этом не удается использовать полностью в течение всего года горючие отходы и пар, полученный за счет вторичных энергетических ресурсов.
Практически установка только турбин с противодавлением обычно целесообразна на промышленных ТЭЦ, связанных с системой, обеспечивающей или резервирующей электроснабжение предприятия, при среднем использовании их установленной мощности более 4 000 ч в год, а отдельных турбин не менее 2 000 ч в год при возможности круглогодового использования горючих отходов и пара, полученного за счет вторичных энергетических ресурсов предприятия.
На изолированных ТЭЦ турбины с противодавлением устанавливаются для покрытия ими постоянной части теплового графика, когда изменения графика тепловых нагрузок не приводят к нарушению нормального электроснабжения потребителей и применение их экономически оправдано.
В отдельных случаях, когда

где N макс — максимальная электрическая нагрузка в течение года, тыс. кВт;
Qмин — минимальная тепловая нагрузка в течение года, Гкал,
возможна установка только турбин с противодавлением и на изолированных ТЭЦ.
Перевод конденсационных турбин на режим работы с ухудшенным вакуумом применяется для использования установленного оборудования действующих электростанций с целью увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении и повышения за этот счет экономичности электростанции. Для этой же цели применяют также на зимний период времени замену проточной части низкого давления конденсационной турбины частью вала и перевод ее зимой на работу с противодавлением. Конденсационные турбины с отбором пара обеспечивают выработку электроэнергии в пределах их номинальной мощности вне зависимости от изменений тепловых нагрузок и при установке их не ограничено использование на ТЭЦ горючих отходов и пара, полученного за счет вторичных энергетических ресурсов. В таких турбинах часть электроэнергии вырабатывается на конденсационном режиме, и поэтому тепловая экономичность ТЭЦ при работе турбин с номинальной нагрузкой будет ниже, чем при тех же условиях на ТЭЦ с турбинами с противодавлением.
Важнейшим фактором, определяющим экономичность работы турбин с отбором пара, является соотношение между выработками электроэнергии по теплофикационному и конденсационному циклам:

где ЭТ и Эк — выработки электроэнергии по теплофикационному и конденсационному циклам, кВт-ч.
Чем больше коэффициент хт, тем выше экономичность ТЭЦ, оборудованной турбинами с отбором пара. Значение хт будет увеличиваться с ростом отношения номинальной и фактической тепловой нагрузок турбин за год, при повышении начальных параметров пара и снижении давления в отборе.
На ТЭЦ с преимущественно производственным теплопотреблением устанавливаются турбины с регулируемым отбором пара при давлении его, определяемом требованиями потребителей и характеристиками турбин,
соответственно 4—6, 6—8 и 8—13 ата. Пар, необходимый для отопительных и бытовых потребителей, также отбирается от турбин и направляется к ним после дросселирования. На ТЭЦ с преобладающей отопительной нагрузкой применяются турбины с регулируемым отбором пара с давлением 0,6(0,8)—2,5 ата. В этом случае пар, необходимый производственным потребителям, отпускается непосредственно из котлов и дросселируется до требуемого давления. Дросселирование пара на ТЭЦ уменьшает возможную выработку электроэнергии на тепловом потреблении, т. е. вызывает энергетические потери, и поэтому допустимо при малом отпуске его.
Для того чтобы избежать дросселирования значительного количества пара, необходимого для производственных или отопительных потребителей, на промышленных ТЭЦ, например, заводов черной металлургии, нефтеперегонных и химических, устанавливают турбины с двумя регулируемыми отборами пара — производственным и отопительным. Однако такое решение приводит к снижению экономичности работы ТЭЦ при режимах, отличных от номинальных, для данных турбин. Например, турбина высокого давления
ПТ-25-90/10 летом при выключенном отопительном отборе и работе с номинальной электрической нагрузкой и максимальном производственном отборе имеет удельный расход тепла на производство электроэнергии по конденсационному циклу ~2,6 Гкал/тыс. кВт-ч, т. е. приближается по экономичности к турбинам среднего давления такой же мощности, теряя преимущества, связанные с применением высоких начальных параметров пара.
Очевидно, в ряде случаев при значительном производственном потреблении и наряду с этим больших отопительных нагрузках целесообразна установка на ТЭЦ одновременно разнотипных специализированных турбин с одним отопительным и производственным отбором пара или турбин с отбором пара и противодавлением.

Примечание. Температура охлаждающей воды 20° С

Примечания. 1. Температура охлаждающей воды 20° С; 2. Кроме указанных в таблице в настоящее время изготавливаются турбины:

Снята с производства.
В настоящее время изготавливаются КТЗ при несколько другом расходе

Основное и существенное преимущество турбин с отбором пара — независимость выработки электроэнергии от тепловой нагрузки — определило широкое применение их на промышленных электростанциях. На изолированных ТЭЦ турбины с отбором пара обычно являются основными агрегатами; на ТЭЦ, связанных с системой, применение турбин с отбором пара оправдывается во многих случаях при значительном колебании тепловых нагрузок, когда технико-экономические показатели по отпуску электроэнергии от ТЭЦ в летний период не ниже соответствующих показателей электростанций системы, а также при необходимости использования на ТЭЦ в течение всего года значительного количества горючих отходов и пара, полученного за счет вторичных энергетических ресурсов. Чисто конденсационные турбины устанавливаются в исключительных случаях только на изолированных электростанциях при отсутствии сколько-либо значительного теплового потребления и целесообразность их применения должна быть специально обоснована.
Характеристика турбогенераторов, выпускаемых в настоящее время и устанавливаемых на промышленных электростанциях, приведена в табл. 9-1.
Как видно из сказанного, экономичность работы ТЭЦ существенно зависит от ряда факторов, определяемых режимом ее работы, и поэтому окончательный выбор типа турбин должен производиться для каждой ТЭЦ на основе сопоставления и анализа возможных вариантов.