Организация энергетического производства

В результате изучения этой главы студент должен:

знать

• • энергетические характеристики основного оборудования электростанций;
• • принципы распределения тепловой и электрической нагрузки между турбои котлоагрегатами электростанций;

уметь

• • производить расчеты технико-экономических показателей электростанций;
• • производить расчет условного топлива на производство электроэнергии и отпуск тепловой энергии;

владеть

• расчетами производственной программы электростанции по различным видам энергии.

Ключевые слова: энергетические характеристики, весовые характеристики, энергобаланс агрегетов, распределение нагрузки, относительные приросты расхода топлива, удельный расход топлива.

Энергетические характеристики оборудования

Основное оборудование тепловой электростанции, его мощность и эксплуатационные свойства

Основным оборудованием тепловой электростанции (ТЭС) являются паровые котлы (котлоагрегаты или парогенераторы), паровые и газовые турбины, газотурбинные и парогазовые установки, электрические генераторы, электрические трансформаторы подстанций, теплофикационные устройства на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), а именно — сетевые подогреватели (бойлеры), редукционно-охладительные установки и др.

Паровая турбина и генератор, объединенные общим валом, представляют собой паровой турбоагрегат. На современных мощных ТЭС турбоагрегаты объединяются с котельными агрегатами в «энергетические блоки», не имеющие между собой параллельных связей по пару.

Основным показателем каждого энергетического агрегата или его части является производственная мощность. Следует различать номинальную производственную мощность (максимально длительную мощность в проектных условиях или мощность по паспорту) и эксплуатационную производственную мощность (максимально длительную мощность в конкретных условиях эксплуатации).

Производственная мощность — это предельная мощность, которую длительно может развить энергетический агрегат (паровой котел, турбина, электрический генератор) или электростанция в целом в конкретных условиях работы при условии выполнения всех требований нормальной эксплуатации.

В процессе эксплуатации производственная мощность может меняться в зависимости от технического состояния и условий эксплуатации оборудования, поэтому производственная мощность агрегатов, электростанций, генерирующих компаний, энергосистем характеризуется:

• • установленной мощностью;
• • располагаемой мощностью;
• • рабочей мощностью.

Производственная мощность агрегата, определяемая только его конструктивными данными, т. е. техническими характеристиками, называется установленной мощностью.

Установленная мощность агрегата (блока) — паспортная мощность, определенная заводом-изготовителем. Установленная мощность электростанции или энергетической компании определяется количеством агрегатов и их единичной установленной мощностью, т. е. суммой номинальных мощностей генераторов всех турбоагрегатов.

Установленная мощность — мощность объектов по производству электрической и тепловой энергии на момент их введения в эксплуатацию. Установленная мощность агрегата зависит от конструктивных и технических характеристик. Установленная мощность остается неизменной в течение срока эксплуатации, если агрегат не подвергается перемаркировке. При отсутствии вводов нового или демонтажа устаревшего оборудования установленная мощность электростанции остается постоянной.

Располагаемая мощность (максимально доступная мощность) — это часть установленной мощности объектов по производству электрической энергии за исключением мощности, неиспользуемой по причине технических, сезонных и временных ограничений мощности.

Рабочая мощность — часть располагаемой мощности объектов по производству электрической и тепловой энергии за исключением мощности объектов, выведенных в установленном порядке из эксплуатации, в том числе в ремонт, реконструкцию, консервацию, и объектов, находящихся в вынужденном простое.

Рабочая или диспетчерская мощность должна обеспечивать покрытие нагрузки потребителей и необходимый резерв мощности, МВт:

Диспетчерская мощность — это сумма эксплуатационной мощности турбоагрегатов, которые работают или могут работать при заданных графиках нагрузки.

Паровые турбоагрегаты с конденсационными турбинами — «К» — при полной обеспеченности их свежим паром и охлаждающей водой можно считать агрегатами постоянной мощности.

Турбоагрегаты, имеющие турбины с противодавлением (без конденсатора) — «Р» , — являются агрегатами переменной мощности, так как их электрическая мощность находится в прямой зависимости от величины тепловой нагрузки турбин.

Производственная мощность конденсационных турбоагрегатов с отборами пара, а именно теплофикационных и теплофикационных с производственным отбором (одним или несколькими) — «Т» и «ПТ» — может быть постоянной или переменной в зависимости от режимов их работы, а они в свою очередь зависят от электрических и тепловых графиков нагрузки потребителей.

Производственную мощность всех котельных агрегатов при условии полного обеспечения их топливом кондиционного качества, питательной водой и воздухом нормальной температуры можно считать постоянной.

Нижним пределом рабочей зоны паровых турбоагрегатов и паровых котлов является технический минимум нагрузки. Для турбин он определяется минимальным пропуском пара через ее проточную часть, необходимым для их устойчивой работы и регулирования. Для турбин «Т» и «ПТ» технический минимум определяется минимальным пропуском пара в часть низкого давления для вентиляции лопаток хвостовой части турбины. Для котлов технический минимум нагрузки определяется минимальным часовым расходом сжигаемого топлива, необходимым для устойчивого режима его горения в топке.

Технический минимум нагрузки паровых турбин и котлов среднего давления составляет 15−25% от их номинальной мощности. Для турбин, котлов и блоков высокого и сверхвысокого давления технический минимум значительно выше, достигает до 60% номинальной мощности.

Верхним пределом рабочей зоны агрегата является его максимально длительная мощность, которая может быть равна номинальной мощности или превышать ее (при возможности перегрузки). Возможности перегрузки различны для турбоагрегатов и котлов различного типа, определяются начальными параметрами пара и единичной мощностью агрегата. Допустимая перегрузка определяется для каждого типоразмера агрегата соответствующими заводскими расчетами и станционными испытаниями и фиксируется в эксплуатационных инструкциях агрегатов. Перегрузочная способность в значи;

тельной мере зависит также от физического срока службы оборудования.

Под маневренностью агрегата понимают большую или меньшую скорость его пуска и изменения нагрузки. Длительность пуска турбоагрегата, от подготовительных операций (прогрев паропровода, пуск циркуляционных насосов и пр.) до синхронизации и включения генератора на электрическую сеть, колеблется в широких пределах в зависимости от начальных параметров, единичной мощности и конструкции турбины. Скорость подъема нагрузки не должна превышать 2−3 МВт/ мин для турбоагрегатов среднего и 1 МВт/мин для агрегатов высокого давления.

Общая длительность пуска и подъема нагрузки до номинальной величины для турбин среднего давления обычно не превышает 2 ч. С повышением начальных параметров пара длительность пусковых операций резко возрастает вследствие работы деталей и узлов агрегата в условиях высоких температур и давлений с высокими, близкими к предельным, напряжениями и необходимости точно выдерживать расчетные условия и нагрузки во всех переходных режимах пуска и нагружения. Так, для турбоагрегата К-50 суммарная длительность всех операций пуска-нагружения составляет около 12 ч., а для агрегата К-100 — около 16 ч. Длительность пуска (растопки) котлоагрегата от холодного состояния до включения в паропровод (большая растопка) находится в пределах от 2 до 6 ч. в зависимости от типа, параметров и производительности котлоагрегата, вида топлива и конструкции топки. Подъем нагрузки котлоагрегата от нуля до ее номинальной величины занимает около 1 ч.

При остывании турбины после ее останова вследствие прогиба ротора повторный пуск, ограниченный временем, возможен лишь до появления этих временных деформаций или после полного охлаждения турбины. Повторный пуск паровых турбин, не ограниченный временем, возможен при наличии «валоповоротных устройств», проворачивающих ротор турбины на малых оборотах во время ее останова и тем самым позволяющих избежать деформации ротора.

К ненормальным (ухудшенным) условиям эксплуатации турбоагрегатов относятся отклонения от нормы отдельных технических параметров турбины (начального давления и начальной температуры свежего пара, величины вакуума, параметров отборов пара и др.), отклонения от норм величины напряжения генератора, неравенство токов в фазах, пониженное сопротивление изоляции и т. п.

Ухудшение условий эксплуатации котлов связано с отклонениями от нормы качества топлива, качества и температуры питательной воды, температуры подогрева воздуха.

Допустимые отклонения от норм технических параметров и показателей, характеризующих условия эксплуатации, при которых еще допускается пуск и нагрузка агрегата, указываются в эксплуатационных инструкциях. Например, для генераторов допускается отклонение от нормы напряжения до ±5% (при номинальной мощности генератора), неравенство токов в фазах — до 10%.

Оперативная надежность оборудования тепловых электростанций, обеспечивающая бесперебойность их работы, зависит в первую очередь от качества изготовления агрегатов, их монтажа, наладки и эксплуатационного обслуживания. Влияние этих факторов тем сильнее, чем сложнее конструкция агрегатов, машин и аппаратов и чем выше требования к материалам, из которых они изготовлены. При удовлетворении всех качественных требований к оборудованию, его монтажу и эксплуатации оперативную надежность следует считать одинаковой для агрегатов всех видов, типов, параметров и размеров. При нарушении этих требований оперативная надежность агрегатов более мощных, более сложных по конструкции, работающих в более тяжелых условиях (высокое давление, высокие температуры, большие скорости), окажется ниже надежности агрегатов меньшей мощности, меньшей конструктивной сложности и т. д.

Оперативная надежность котельных агрегатов зависит также от вида и качества используемого топлива, от бесперебойности его поступления в бункера котельной.

Кроме того, на оперативную надежность основных агрегатов ТЭС влияет качество конструктивного и технологического исполнения вспомогательного оборудования станции — агрегатов собственного расхода и элементов тепловой схемы, простота и надежность схемы их соединений и взаимодействия и качество их эксплуатационного обслуживания.

При напряженном балансе мощности в энергетической системе серьезную роль играет длительность ремонтного простоя различных агрегатов, определяемая периодичностью ремонтов и продолжительностью каждого ремонта. Длительность ремонтного простоя возрастает с возрастанием единичной мощности агрегатов и сложности их конструкции.