ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ СХЕМ, ПРОФИЛЯ И СОСТАВА ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Рассмотрение характеристик газотурбинных агрегатов показывает, что их использование для целей теплоснабжения коммунально-бытовых и технологических потребителей обеспечивает существенное повышение экономичности ГТУ. Свидетельством этому является повышение к. п. д. использования топлива с 24—34% (при автономной их установке) до 60—70%, т. е. до уровня экономичности, близкого к современным паротурбинным ТЭЦ.
Следует отметить, что к.п. д. использования топлива не полностью характеризует тепловую экономичность теплофикационных ГТУ. Это является следствием того, что при утилизации тепла уходящих газов ГТУ до одинаковой конечной температуры к. п. д. использования топлива мало зависит от электрического к. п. д. г/э установок. Поэтому для теплофикационных ГТУ показателем их экономичности может быть экономия топлива на 1 ГДж/ч (Гкал/ч) присоединенной тепловой нагрузки по сравнению с замещаемыми типами установок раздельной схемы теплоэлектроснабжения. Как показывают построения рис. 8-4, для ГТУ по простейшей схеме этот показатель определяется электрическим к. п. д. ГТУ и числом часов работы установок ,и для пикового режима работы по электрическому графику (/1500 ч) изменяется от 86 (360) до 120 (510) т у. т. в год на 1 ГДж/ч (Гкал/ч) и для полупикового режима (3000 ч) — от 105 (440) до 140 (600) т у. т. в год на 1 ГДж/ч (Гкал/ч) (в диапазоне значений ti3—29-34%). Приведенные значения получены при сравнении ГТЭЦ с замещаемыми установками типа ГТ-100-750-2 для пикового и К-500-130 для полупикового режимов работы (при их сочетании в раздельной схеме энергоснабжения с районными котельными). Анализ полученных значений свидетельствует о том, что достигаемая удельная экономия топлива составляет 100—150% аналогичного показателя, характеризующего наиболее крупный теплофикационный агрегат типа Т-250-240 (по сравнению с К-800-240+районные котельные).
Принципиальная схема отопительной ГТЭЦ представлена на рис. 8-5. Утилизация тепла уходящих газов ГТУ осуществляется в котле-утилизаторе, рассчитанном на подогрев сетевой воды до требуемой температуры. Можно отметить, что при имеющем место для современных газотурбинных агрегатов уровне температур уходящих газов показатели тепловой экономичности газотурбинных ТЭЦ практически не зависят от температуры теплоносителя. Это создает известные предпосылки к переходу на повышенный температурный график теплосети, что приведет к сокращению расхода сетевой воды и удешевлению тепловых сетей.
Для осуществления необходимого отпуска тепла потребителям вне зависимости от режима работы ГТУ по электрическому графику, обеспечения выбора оборудования при оптимальных значениях коэффициентов теплофикации и надежного резервирования по теплу при аварийных ситуациях котел-утилизатор должен обеспечивать теплоснабжение потребителей в следующих основных режимах: утилизационном без дополнительного подвода топлива; автономном при сжигании топлива в среде холодного воздуха; при дополнительном подводе топлива в цикл и сжигании его либо в среде уходящих газов при достаточном содержании кислорода, либо в холодном воздухе.
Теплоснабжение потребителей от газотурбинных ТЭЦ может быть осуществлено при базисном, полупиковом или пиковом режиме работы по электрическому графику. Принципиально электростанции такого типа могут быть созданы по различным схемам.
Рассмотрим схему газотурбинной ТЭЦ с аккумуляцией тепла. Основная особенность такой ГТЭЦ заключается в максимальном использовании тепла уходящих газов в период работы для одновременного отпуска тепла потребителям и зарядки баков-аккумуляторов горячей водой при температуре 95°С с отпуском накопленного тепла в период отключения ГТУ. Вместимость и количество баков-аккумуляторов должны выбираться исходя из тепловой нагрузки ГТЭЦ и продолжительности ежесуточного останова на ночь. При останове на 8 ч вместимость баков превышает выбранную по существующим нормам в 2—2,5 раза. В процессе ночного отпуска тепла происходит полный обмен воды с поочередным срабатыванием горячей воды и заполнением баков более холодной водой из обратной магистрали.
В режимах температур наружного воздуха, при которых температура сетевой воды по условиям теплоснабжения должна превышать 95°С, необходимый нагрев воды ночью будет обеспечиваться при автономном режиме работы котла-утилизатора. При работающей ГТУ в периоды, когда тепла уходящих газов недостаточно для зарядки аккумуляторных баков, может быть организован режим работы котла-утилизатора с дополнительным подводом топлива. Выполненные расчеты свидетельствуют о том, что в течение большей части отопительного периода покрытие электрических нагрузок осуществляется при полном использовании тепловой мощности ГТУ. Работа такой ГТЭЦ в не отопительный период может осуществляться по любому графику. Однако наиболее экономичным будет использование установок в течении времени, необходимого для отпуска суточной потребности в тепле на нужды горячего водоснабжения.
Естественно, такой режим использования газотурбинных агрегатов обеспечивает их максимальную экономичность. Для иллюстрации этого на рис. 8-6 показано изменение удельного расхода топлива на отпуск электроэнергии в зависимости от режима работы и тепловой нагрузки ГТЭЦ с агрегатами типа ГТ-100-750-2. В этих построениях за базисный принят режим работы газотурбинной ТЭЦ со ступенчатым отключением установленных турбин по мере снижения тепловой нагрузки ГТЭЦ. При этом наиболее реальным является использование всей установленной мощности ГТЭЦ независимо от текущего значения тепловой нагрузки в периоды пиков электрических нагрузок, что исключит необходимость дублирования мощностей в электроэнергетических системах.
Осуществление аккумуляции тепла по сравнению с полупиковой ГТЭЦ при организации отпуска тепла ночью от теплофикационных экономайзеров или водогрейных котлов обеспечивает экономию топлива 5% и годовой экономический эффект порядка 2 руб/кВт, что свидетельствует о бесспорных технико-экономических преимуществах такой схемы.
Тепловая экономичность ГТЭЦ при указанной схеме будет определяться характеристиками ГТУ, выбором основного оборудования и режимом работы установок по электрическому графику. Применительно к существующим или запроектированным агрегатам удельные расходы топлива на отпуск электроэнергии находятся в пределах 180—280 г уел. т./кВт-ч. При этом большее значение соответствует агрегату ГТ-100-750-2 при .hjy =3000 ч/год и меньшее—ГТУ по простейшей схеме при начальной температуре газов 1200°С.
