Превращение природных энергетических ресурсов в электричество осуществляется с помощью специальных установок, функционирующих на различных принципах. Среди них наиболее широкое распространение получили тепловые электростанции, применяющие для работы жидкое, твердое и газообразное органическое топливо. Они вырабатывают более 70% всей мировой электроэнергии и располагаются поблизости от месторождений природных ресурсов. Многие ТЭС производят не только электричество, но и тепловую энергию.
Виды тепловых электростанций
Стандартная тепловая электростанция представляет собой целый комплекс, включающий в себя различные устройства и оборудование, преобразующие топливную энергию в электричество и тепло.
Подобные установки отличаются параметрами и техническими характеристиками, по которым и выполняется их классификация:
- В соответствии с видами и назначением поставляемой электроэнергии, тепловые станции могут быть районными и промышленными. Районные установки известны как ГРЭС или КЭС и предназначены для обслуживания всех потребителей региона. Электростанции, вырабатывающие тепло, называются ТЭЦ. Мощность районных станций превышает 1 млн. кВт. Промышленные электростанции предназначены для электро- и теплоснабжения конкретных предприятий и производственных комплексов. Их мощность значительно меньше, чем у ГРЭС и устанавливается в соответствии с потребностями того или иного объекта.
- Все типы тепловых электростанций работают на различных источниках энергии. Прежде всего, это обычные органические ресурсы, используемые большинством ТЭС и продукты нефтепереработки. Наибольшее распространение получили уголь, природный газ, мазут. Наиболее прогрессивные установки работают на ядерном топливе и называются атомными электростанциями – АЭС.
- Силовые установки, преобразующие энергию тепла в электричество, бывают паротурбинными, газотурбинными и смешанной парогазовой конструкции.
- Технологическая схема паропроводов ТЭС может быть разной. В блочных конструкциях тепловые электрические станции используют одинаковые энергетические установки или энергоблоки. В них пар от котла подается лишь к собственной турбине и после конденсации он вновь возвращается в свой котел. По данной схеме построено большинство ГРЭС (КЭС) и ТЭЦ. Другой вариант предполагает использование поперечных связей, когда пар от котлов подается к общему коллектору – паропроводу, обеспечивающему работу всей паровых турбин станции.
- По параметрам начального давления ТЭС могут быть с критическим и сверхкритическим давлением. В первом случае российские стандарты для ТЭС-ТЭЦ составляют 8,8-12,8 Мпа или 90-130 атмосфер. Второй вариант имеет более высокие параметры, составляющие 23,5 Мпа или 240 атмосфер. В таких конструкциях используется промежуточный перегрев и блочная схема.
Теплоэлектроцентрали
Теплоэлектроцентрали, являясь источниками комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, имеют значительно больший, чем КЭС, коэффициент полезного действия (до 75 %). Это объясняется тем. что часть отработавшего в турбинах пара используется для нужд промышленного производства (технологии), отопления, горячего водоснабжения.
Этот пар или непосредственно поступает для производственных и бытовых нужд или частично используется для предварительного подогрева воды в специальных бойлерах (подогревателях), из которых вода через теплофикационную сеть направляется потребителям тепловой энергии.
Основное отличие технологии производства энергии на ТЭЦ в сравнении с КЭС состоит в специфике пароводяного контура. Обеспечивающего промежуточные отборы пара турбины, а также в способе выдачи энергии, в соответствии с которым основная часть ее распределяется на генераторном напряжении через генераторное распределительное устройство (ГРУ).
Связь ТЭЦ с другими станциями энергосистемы выполняется на повышенном напряжении через повышающие трансформаторы. При ремонте или аварийном отключении одного генератора недостающая мощность может быть передана из энергосистемы через эти же трансформаторы.
Для увеличения надежности работы ТЭЦ предусматривается секционирование сборных шин.
Так, при аварии на шинах и последующем ремонте одной из секций вторая секция остается в работе и обеспечивает питание потребителей по оставшимся под напряжениям линиям.
По таким схемам сооружаются промышленные ТЭЦ с генераторами до 60 мВт, предназначенные для питания местной нагрузки в радиусе 10 км.
На крупных современных ТЭЦ применяются генераторы мощностью до 250 мВт при общей мощности станции 500—2500 мВт.
Такие ТЭЦ сооружаются вне черты города и электроэнергия передается на напряжении 35—220 кВ, ГРУ не предусматривается, все генераторы соединяются в блоки с повышающими трансформаторами. При необходимости обеспечить питание небольшой местной нагрузки вблизи блочной ТЭЦ предусматриваются отпайки от блоков между генератором и трансформатором. Возможны и комбинированные схемы станции, при которых на ТЭЦ имеется ГРУ и несколько генераторов соединены по блочным схемам.
Тепловая электрическая станция (рисунок общего вида)
Тепловая электрическая станция (рисунок общего вида)
На схеме, представленной ниже, отображен состав основного оборудования тепловой электрической станции и взаимосвязь ее систем. По этой схеме можно проследить общую последовательность технологических процессов протекающих на ТЭС.
Обозначения на схеме ТЭС:
- Топливное хозяйство;
- подготовка топлива;
- котел;
- промежуточный пароперегреватель;
- часть высокого давления паровой турбины (ЧВД или ЦВД);
- часть низкого давления паровой турбины (ЧНД или ЦНД);
- электрический генератор;
- трансформатор собственных нужд;
- трансформатор связи;
- главное распределительное устройство;
- конденсатор;
- конденсатный насос;
- циркуляционный насос;
- источник водоснабжения (например, река);
- подогреватель низкого давления (ПНД);
- водоподготовительная установка (ВПУ);
- потребитель тепловой энергии;
- насос обратного конденсата;
- деаэратор;
- питательный насос;
- подогреватель высокого давления (ПВД);
- шлакозолоудаление;
- золоотвал;
- дымосос (ДС);
- дымовая труба;
- дутьевой вентилятов (ДВ);
- золоуловитель.
Описание технологической схемы ТЭС:
Обобщая все вышеописанное, получаем состав тепловой электростанции:
- топливное хозяйство и система подготовки топлива;
- котельная установка: совокупность самого котла и вспомогательного оборудования;
- турбинная установка: паровая турбина и ее вспомогательное оборудование;
- установка водоподготовки и конденсатоочистки;
- система технического водоснабжения;
- система золошлокоудаления (для ТЭС, работающих, на твердом топливе);
- электротехническое оборудование и система управления электрооборудованием.
Топливное хозяйство в зависимости от вида используемого на станции топлива включает приемно-разгрузочное устройство, транспортные механизмы, топливные склады твердого и жидкого топлива, устройства для предвари-тельной подготовки топлива (дробильные установки для угля). В состав ма-зутного хозяйства входят также насосы для перекачки мазута, подогреватели мазута, фильтры.
Подготовка твердого топлива к сжиганию состоит из размола и сушки его в пылеприготовительной установке, а подготовка мазута заключается в его подогреве, очистке от механических примесей, иногда в обработке спецприсадками. С газовым топливом все проще. Подготовка газового топлива сводится в основном к регулированию давления газа перед горелками котла.
Шлак и уловленная зола удаляются обычно гидравлическим способом на золоотвалы.
При сжигании мазута и газа золоуловители не устанавливаются.
При сжигании топлива химически связанная энергия превращается в тепловую. В результате образуются продукты сгорания, которые в поверхностях нагрева котла отдают теплоту воде и образующемуся из нее пару.
Совокупность оборудования, отдельных его элементов, трубопроводов, по которым движутся вода и пар, образуют пароводяной тракт станции.
В котле вода нагревается до температуры насыщения, испаряется, а образующийся из кипящей котловой воды насыщенный пар перегревается. Из котла перегретый пар направляется по трубопроводам в турбину, где его тепловая энергия превращается в механическую, передаваемую на вал турбины. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор, отдает теплоту охлаждающей воде и конденсируется.
Из конденсатора конденсат откачивается конденсационным насосом и, пройдя через подогреватели низкого давления (ПНД), поступает в деаэратор. Здесь он нагревается паром до температуры насыщения, при этом из него выделяются и удаляются в атмосферу кислород и углекислота для предотвращения коррозии оборудования. Деаэрированная вода, называемая питательной, насосом подается через подогреватели высокого давления (ПВД) в котел.
Конденсат в ПНД и деаэраторе, а также питательная вода в ПВД подогреваются паром, отбираемым из турбины. Такой способ подогрева означает возврат (регенерацию) теплоты в цикл и называется регенеративным подогревом. Благодаря ему уменьшается поступление пара в конденсатор, а следовательно, и количество теплоты, передаваемой охлаждающей воде, что приводит к повышению КПД паротурбинной установки.
Совокупность элементов, обеспечивающих конденсаторы охлаждающей водой, называется системой технического водоснабжения. К ней относятся: источник водоснабжения (река, водохранилище, башенный охладитель — градирня), циркуляционный насос, подводящие и отводящие водоводы. В конденсаторе охлаждаемой воде передается примерно 55% теплоты пара, поступающего в турбину; эта часть теплоты не используется для выработки электроэнергии и бесполезно пропадает.
На ТЭС существуют внутренние потери пара и конденсата, обусловленные неполной герметичностью пароводяного тракта, а также невозвратным расходом пара и конденсата на технические нужды станции. Они составляют приблизительно 1 — 1,5% от общего расхода пара на турбины.
На ТЭЦ могут быть и внешние потери пара и конденсата, связанные с отпуском теплоты промышленным потребителям. В среднем они составляют 35 — 50%. Внутренние и внешние потери пара и конденсата восполняются предварительно обработанной в водоподготавливающей установке добавочной водой.
Таким образом, питательная вода котлов представляет собой смесь турбинного конденсата и добавочной воды.
Электротехническое хозяйство станции включает электрический генератор, трансформатор связи, главное распределительное устройство, систему электроснабжения собственных механизмов электростанции через трансформатор собственных нужд.
Система управления осуществляет сбор и обработку информации о ходе технологического процесса и состоянии оборудования, автоматическое и дистанционное управление механизмами и регулирование основных процессов, автоматическую защиту оборудования.
Источник: Полещук И.З., Цирельман Н.М. Введение в теплоэнергетику: Учебное пособие пособие / Уфимский государственный авиационный технический университет. – Уфа, 2003.
Конденсатор: отработанный пар конденсируется в конденсаторе посредством циркуляции холодной воды. Здесь пар теряет свое давление и температуру, и он превращается обратно в воду. Конденсация необходима, потому что сжатие жидкости, которая находится в газообразном состоянии, требует огромного количества энергии по сравнению с энергией, необходимой для сжатия жидкости. Таким образом, конденсация увеличивает эффективность цикла.
Принцип работы тепловой электростанции
Основной принцип работы тепловой электростанции заключается в производстве тепловой энергии из органического топлива, которая в дальнейшем используется для выработки электрического тока.
Понятия ТЭС и ТЭЦ существенно различаются между собой. Первые установки относятся к так называемым чистым электростанциям, вырабатывающим только электрический ток. Каждая из них известна еще и как конденсационная электростанция – КЭС. ТЭЦ расшифровывается как теплоэлектроцентраль и является разновидностью ТЭС. Данные установки не только генерируют электричество, но и являются тепловыми, то есть дают тепло в системы отопления и горячего водоснабжения. Такое комбинированное использование требует специальных паровых турбин с противодавлением или системой промежуточного отбора пара.
Какие бывают источники энергии
Источников энергии существует множество. Самыми интересными, наверное, являются солнце и ветер. Вроде ничего не происходит, а электричество вырабатывается. Самые технологичные способы получения — это без сомнения атомная энергетика и токамаки, которые еще пока строятся и рано говорить об их промышленном запуске.
Есть и более экстравагантные способы получения энергии. Например, энергия Земли, о которой я подробно рассказывал ранее. Есть даже станции, которые вырабатывают энергию из приливов. Тоже своеобразный, но иногда действенный способ.
Сочетание приведенных выше технологий позволяет поставить источник энергии почти в любой точке мира. Если что, то можно даже подогнать плавучую атомную станцию, которая обеспечит энергией небольшой город на 60-100 тысяч жителей.
Первая в мире плавучая атомная станция «Академик Ломоносов».
Это все хорошо, но есть и более проверенные способы получения энергии, которые требуют мало затрат, но им надо обеспечивать много топлива и они не очень-то экологичны. Для выработки электричества они используют ископаемое топливо, которое, кроме прочего, может и закончиться, но пока его хватает.
Аналог солнечной батареи, или как получить энергию из тени
ТЭС на угле
Уголь уже давно стал одним из основных источников энергии в повседневной жизни и производственной деятельности людей. Широкое распространение данного вида топлива стало возможным благодаря его доступности. Во многих месторождениях он расположен в нескольких метрах от поверхности земли и может добываться более дешевым открытым способом. Кроме того, уголь не требует каких-то особых условий хранения и складируется в обычные кучи неподалеку от объекта.
Промышленное использование угля началось в конце 18-го века. В дальнейшем, когда появился железнодорожный транспорт, уголь стал источником движущей силы для паровозов. Позднее он стал применяться на первых тепловых электростанциях, построенных в конце 19-го века. Многие ТЭС и в настоящее время работают на угле.
На самых первых электростанциях сжигание угля осуществлялось путем его укладки на колосниковые решетки. Загрузка топлива и удаление шлака выполнялось вручную. Постепенно эти процессы были механизированы и уголь попадал на решетки из верхнего бункера. Решетка приводилась в движение и отработанный шлак ссыпался в специальный приемник.
Современные тепловые электростанции уже давно не пользуются кусковым углем. Вместо него в котлы загружается угольная пыль, получаемая в дробилках или мельницах. Подача топлива к горелкам производится сжатым воздухом. Попадая в топку, угольная пыль вперемешку с воздухом начинает гореть, выделяя большое количество тепла.
Чем ТЭС отличается от ТЭЦ
Сначала надо разобраться с формулировками. Многие не понимаю, чем ТЭС отличается от ТЭЦ, и почему часто один и то же объект называют обеими этими аббревиатурами.
На самом деле это действительно примерно одно и то же. Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) является разновидностью теплоэлектростанции (ТЭС). В отличии от второй, первая вырабатывает не только электричество, а еще и тепло для отопления близлежащих домов.
60% энергии в мире добывается за счет тепловых электростанций. В том числе и та, от которой заряжается Tesla и прочие электромобили. Вот такая экологичность получается.
ТЭЦ более универсальны, но когда с отоплением в домах все нормально, строятся простые ТЭС, но часто они могут быть преобразованы в ТЭЦ строительством пары дополнительных блоков и прокладкой инфраструктуры в виде труб.
Газовые ТЭС
Вторым после угля по своей значимости является природный газ, используемый многими ТЭС. Данный вид топлива обладает несомненными преимуществами. Вредные выбросы, отравляющие атмосферу, значительно ниже, чем при сжигании угля. После сжигания не остается побочных продуктов в виде шлака или золы.
Эксплуатация ТЭС на газе становится значительно проще, поскольку в этом случае не требуется приготовление угольной пыли. Газу не требуется какая-либо специальная подготовка, и он сразу готов к использованию. Газовые тепловые электростанции считаются более маневренными, что немаловажно в ситуациях с изменяющимися нагрузками.
Эффективность и коэффициент полезного действия газовых ТЭС значительно увеличились при переходе в рабочий режим с циклом парогазовых установок. Сжигание топлива производится не в котле, а в газовой турбине. Такие установки предназначены только для газа и не могут работать на угольной пыли.
Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира
Первенство принадлежит китайской ТЭС Tuoketuo мощностью 6600 МВт (5 эн/бл. х 1200 МВт), занимающей площадь 2,5 кв. км. За ней следует ее «соотечественница» — Тайчжунская ТЭС мощностью 5824 МВт. Тройку лидеров замыкает крупнейшая в России Сургутская ГРЭС-2 – 5597,1 МВт. На четвертом месте польская Белхатувская ТЭС – 5354 МВт, и пятая – Futtsu CCGT Power Plant (Япония) – газовая ТЭС мощностью 5040 МВт.
Сургутская ГРЭС-2
Другие виды топлива для ТЭС
Помимо традиционных видов топлива тепловые электростанции применяют в своей работе и другие источники энергии. Одним из таких энергоресурсов является мазут, который использовался на многих электростанциях во второй половине 20-го века.
В современных условиях цена продуктов нефтепереработки существенно увеличилась, поэтому мазут перестал быть основным топливом. Его частично используют угольные электростанции для растопки. Эксплуатационные качества мазута аналогичны с природным газом, однако при его сжигании в большом количестве выделяется оксид серы, загрязняющий окружающую среду.
В 20-м веке некоторые ТЭС работали на торфе. В настоящее время этот ресурс практически не используется из-за низкой эффективности по сравнению с газом и углем. Установки на дизельном топливе применяются на небольших объектах, где не требуются значительные объемы электроэнергии. В основном, они предназначены для удаленных районов, расположенных на значительном расстоянии от сетей централизованного электроснабжения.
Преимущества и недостатки теплоэлектростанции
Преимущества:
Меньшая начальная стоимость по сравнению с другими генерирующими станциями. Требуется меньше земли по сравнению с гидроэлектростанцией. Топливо (то есть уголь) дешевле. Стоимость генерации меньше, чем у дизельных электростанций.
Недостатки:
Он загрязняет атмосферу из-за образования большого количества дыма. Это одна из причин глобального потепления. Общая эффективность тепловой электростанции низкая (менее 30%).
Эффективность ТЭЦ
Огромное количество тепла теряется на разных стадиях завода. Большая часть тепла теряется в конденсаторе. Вот почему эффективность тепловых станций довольно низкая.
Тепловая эффективность. Отношение «теплового эквивалента механической энергии, передаваемой на вал турбины» к «теплоте сгорания угля», называется тепловой эффективностью.
Тепловая эффективность современных тепловых электростанций составляет около 30%. Это означает, что при сжигании угля 100 калорий тепла на валу турбины будет иметься механическая энергия, эквивалентная 30 калориям. Общая эффективность: отношение «тепловой эквивалент электрической мощности» к «теплоте сгорания угля» называется общей эффективностью. Общая эффективность тепловой установки составляет около 29% (немного меньше тепловой эффективности).
У этой паровой турбины хорошо видны лопатки рабочих колес.
- » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
Дата Категория: Физика
У этой паровой турбины хорошо видны лопатки рабочих колес.
Тепловая электростанция (ТЭЦ) использует энергию, высвобождающуюся при сжигании органического топлива — угля, нефти и природного газа — для превращения воды в пар высокого давления. Этот пар, имеющий давление около 240 килограммов на квадратный сантиметр и температуру 524°С (1000°F), приводит во вращение турбину. Турбина вращает гигантский магнит внутри генератора, который вырабатывает электроэнергию.
Современные тепловые электростанции превращают в электроэнергию около 40 процентов теплоты, выделившейся при сгорании топлива, остальная сбрасывается в окружающую среду. В Европе многие тепловые электростанции используют отработанную теплоту для отопления близлежащих домов и предприятий. Комбинированная выработка тепла и электроэнергии увеличивает энергетическую отдачу электростанции до 80 процентов.
Паротурбинная установка с электрогенератором
Типичная паровая турбина содержит две группы лопаток. Пар высокого давления, поступающий непосредственно из котла, входит в проточную часть турбины и вращает рабочие колеса с первой группой лопаток. Затем пар подогревается в пароперегревателе и снова поступает в проточную часть турбины, чтобы вращать рабочие колеса с второй группой лопаток, которые работают при более низком давлении пара.
Вид в разрезе
Типичный генератор тепловой электростанции (ТЭЦ) приводится во вращение непосредственно паровой турбиной, которая совершает 3000 оборотов в минуту. В генераторах такого типа магнит, который называют также ротором, вращается, а обмотки (статор) неподвижны. Система охлаждения предупреждает перегрев генератора.
Выработка энергии при помощи пара
На тепловой электростанции топливо сгорает в котле, с образованием высокотемпературного пламени. Вода проходит по трубкам через пламя, нагревается и превращается в пар высокого давления. Пар приводит во вращение турбину, вырабатывая механическую энергию, которую генератор превращает в электричество. Выйдя из турбины, пар поступает в конденсатор, где омывает трубки с холодной проточной водой, и в результате снова превращается в жидкость.
Мазутный, угольный или газовый котел
Внутри котла
Котел заполнен причудливо изогнутыми трубками, по которым проходит нагреваемая вода. Сложная конфигурация трубок позволяет существенно увеличить количество переданной воде теплоты и за счет этого вырабатывать намного больше пара.
У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.
Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин — тепло. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.
У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.
В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.
У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.
Для некоторых турбин возможна работа на «ухудшенном вакууме» — до 20 кПа и более.
Разновидность тепловой электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централи
Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов).
ТЭЦ конструктивно устроена, как конденсационная электростанция (КЭС, ГРЭС).
Главное отличие ТЭЦ от КЭС состоит в возможности отобрать часть тепловой энергии пара после того, как он выработает электрическую энергию.
В зависимости от вида паровой турбины, существуют различные отборы пара, которые позволяют забирать из нее пар с разными параметрами.
Турбины ТЭЦ позволяют регулировать количество отбираемого пара.
Отобранный пар конденсируется в сетевых подогревателях и передает свою энергию сетевой воде, которая направляется на пиковые водогрейные котельные и тепловые пункты.
На ТЭЦ есть возможность перекрывать тепловые отборы пара, в этом случае ТЭЦ становится обычной КЭС.
Это дает возможность работать ТЭЦ по 2 м графикам нагрузки:
тепловому — электрическая нагрузка сильно зависит от тепловой нагрузки (тепловая нагрузка — приоритет);
электрическому — электрическая нагрузка не зависит от тепловой, либо тепловая нагрузка вовсе отсутствует, например, в летний период (приоритет — электрическая нагрузка).
Совмещение функций генерации тепла и электроэнергии (когенерация) выгодно, т. к. оставшееся тепло, которое не участвует в работе на КЭС, используется в отоплении.
Это повышает расчётный КПД в целом (35-43% у ТЭЦ и 30% у КЭС), но не говорит об экономичности ТЭЦ.
Основными же показателями экономичности являются удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении и КПД цикла КЭС.
При строительстве ТЭЦ необходимо учитывать близость потребителей тепла в виде горячей воды и пара, т. к. передача тепла на большие расстояния экономически нецелесообразна.
По типу соединения котлов и турбин теплоэлектроцентрали могут быть:
неблочные (с поперечными связями).
На блочных ТЭЦ котлы и турбины соединены попарно (иногда применяется дубль-блочная схема: 2 котла на 1 турбину).
Такие блоки имеют, как правило, большую электрическую мощность: 100-300 МВт.
Схема с поперечными связями позволяет перебросить пар от любого котла на любую турбину, что повышает гибкость управления станцией.
Однако для этого необходимо установить крупные паропроводы вдоль главного корпуса станции.
Кроме того, все котлы и все турбины, объединённые в схему, должны иметь одинаковые номинальные параметры пара (давление, температуру).
Если в разные годы на ТЭЦ устанавливалось основное оборудование разных параметров, должно быть несколько схем с поперечными связями.
Для принудительного изменения параметров пара может быть использовано редукционно-охладительное устройство (РОУ).
По типу паропроизводящих установок ТЭЦ могут быть:
с паровыми котлами,
с парогазовыми установками,
с ядерными реакторами (атомная ТЭЦ).
Могут быть также ТЭЦ без паропроизводящих установок — с газотурбинными установками.
Поскольку ТЭЦ часто строятся, расширяются и реконструируются в течение десятков лет (что связано с постепенным ростом тепловых нагрузок), то на многих станциях имеются установки разных типов.
Паровые котлы ТЭЦ различаются также по типу топлива:
По типу выдачи тепловой мощности различают турбины:
с регулируемыми теплофикационными отборами пара (в обозначении турбин, выпускаемых в России, присутствует буква «Т», например, Т-110/120-130),
с регулируемыми производственными отборами пара («П»),
с противодавлением («Р»).
Обычно имеется 1-2 регулируемых отбора каждого вида.
При этом количество нерегулируемых отборов, используемых для регенерации тепла внутри тепловой схемы турбины, может быть любым (как правило, не более 9, как для турбины Т-250/300-240).
Давление в производственных отборах (номинальное значение примерно 1-2 МПа) обычно выше, чем в теплофикационных (примерно 0,05-0,3 МПа).
Термин «противодавление» означает, что турбина не имеет конденсатора, а весь отработанный пар уходит на производственные нужды обслуживаемых предприятий.
Такая турбина не может работать, если нет потребителя пара противодавления.
В похожем режиме могут работать теплофикационные турбины (типа «Т») при полной тепловой нагрузке: в таком случае весь пар уходит в отопительный отбор, однако давление в конденсаторе поддерживается немногим более номинального (обычно не более 12-17 кПа).
Для некоторых турбин возможна работа на «ухудшенном вакууме» — до 20 кПа и более.
Кроме того, выпускаются паровые турбины со смешанным типом отборов:
с регулируемыми теплофикационными и производственными отборами («ПТ»),
с регулируемыми отборами и противодавлением («ПР») и др.
На ТЭЦ могут одновременно работать турбины различных типов в зависимости от требуемого сочетания тепловых нагрузок.
В действительном цикле расширение пара в турбине происходит по линии 1-2′, т. е. используется только часть тепловыделения, AqK
— внутренние потери энергии в турбине.
В гонку котла (Кт) поступает топливо и подогретый воздух. Образовавшиеся при сгорании топлива газы отсасываются из котла и выбрасываются наружу дымососом (высота дымовых груб составляет
Рис. 2.2.
Схема КЭС:
Э — экономайзер; ПН, КП, ЦП — питательный, конденсационный, циркуляционный насосы
Пропуск основного количества пара через конденсатор приводит к тому, что значительная часть тепловой энергии (до 70%) бесполезно уносится циркуляционной водой.
КЭС размешают вблизи источников энергоресурсов (угля, газа, мазута). Единичная мощность блоков (агрегатов) составляет 500. 1200 МВт, тогда как мощность ЭС равна 2000. 3600 МВт. Особенность КЭС — низкая маневренность блоков. Гак, разворот турбины и набор наг рузки блоком из «холодного состояния» составляет от 3 до 10 ч.
Тепловой баланс КЭС приведен на рис. 2.3.
Рис. 2.3.
Тепловой баланс КЭС Главным недостатком КЭС является ее малый КПД.
Теплоэлектроцентрали выполняют по такому же принципу, что и КЭС, но при этом чаеть отработанного поеле турбины пара отводитея к еетевым подогревателям (СИ).
Потребители получают тепло от сетевых подогревателей (СИ). Чем больше отбор пара из котла на цели теплофикации, тем меньше тепла уходит с циркуляционной водой, и КПД станции будет больше.
ТЭЦ строят вблизи потребителей тепла и поэтому они работают на привозном топливе, большая часть ЭЭ потребляется в прилегающем районе. ТЭЦ по КПД намного превосходят КЭС (у КЭС КПД — 25. 40 %, ТЭЦ — 60. 70 %).
Конструктивная схема КЭС показана на рис. 2.4.
Рис. 2.4.
Схема конденсационной электростанции, работающей на угле:
I
— топливный бункер;
2
— устройство пылеприготовления;
3
— подача воздуха;
- 4 — топка котла; 5 —
барабан;
б
— конвективная шахта котла; 7 — дымовая труба; - 8 — ЧВД турбины; 9 —
ЧНД турбины;
К)
— электрогенератор;
11
— сборные шины электростанции;
12 —
водоем;
13
— насос;
14 —
конденсатор;
15 —
питательный насос
В действительном цикле расширение пара в турбине происходит по линии 1-2′, т. е. используется только часть тепловыделения, AqK
— внутренние потери энергии в турбине.
Нар при температуре 600 °С и давлении 30 МПа передается в сопла диафрагм турбины, выполняющих роль преобразователя внутренней энергии пара в кинет ическую энергию упорядоченного движения молекул.
Рис. 2.5.
Тепловая диаграмма цикла Ренкина
Газотурбинные установки
(/ТУ)
ГТУ в качестве рабочего тела используют смесь продуктов сгорания с воздухом или нагретый воздух при большом давлении и высокой температуре. Тепловая энергия газов превращается в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Но принципу преобразования энергии Г’ГУ не отличаются от паровых ЭС. Схема ГТУ показана на рис. 2.6.
Рис. 2.6.
Схема газотурбинной установки
Схема мини ТЭЦ на древесных отходах
Отходы производства лесоперерабатывающей промышленности, сельского хозяйства и агропромышленного комплекса – ценный энергетический ресурс, который позволит вам обеспечить потребности предприятия в электроэнергии и тепле для отопления и технологических процессов.
Строительство ТЭЦ или мини ТЭЦ на отходах — отличное решение, которое позволит использовать в качестве топлива отходы от всех предприятий деревообрабатывающей отрасли (ЦБК, фанерные, лесопильные предприятия), а также отходы сельского хозяйства и животноводства. Так, например, широко распространено строительство мини ТЭЦ на древесных отходах.
«Первый инженер» осуществляет поставку, при желании Заказчика – локализацию производства металлоемкого котельного оборудования, проектирует и выполняет строительство энергоисточников на биотопливе на котельных установках KABLITZ (Германия):
ТЭЦ и мини ТЭЦ на древесных отходах с паровыми турбинами
- Источник тепловой и электрической энергии — автономный и абсолютно надежный
- Эффективная утилизация отходов производства
- Снижение затрат на энергоносители для собственных нужд
Техническое решение
ТЭЦ на биомассе с паровыми турбинами позволит вам:
- Исключить затраты на покупку электроэнергии, пара и горячей воды у внешних поставщиков
- Обеспечить стабильное энергоснабжение и повысить категорийность энергоснабжения
- Получить дополнительную прибыль за счет сбыта энергии сторонним потребителям
- Сократить площадь территорий, используемых под складирование отходов производства
- Минимизировать риски, связанные с хранением отходов производства (загрязнение окружающей среды, опасность пожаров и т.п.)
Схема мини ТЭЦ на древесных отходах
Технологическая термомасляная установка (ТМУ) на биомассе
- Источник тепла — автономный и экономичный
- Эффективная утилизация
- Снижение затрат на тепловую энергию
Техническое решение
- Единичная производительность по тепловой энергии до 80 МВт
- Требуемый уровень нагрева термомасла 315 °С
- Органические и синтетические теплоносители
- Одноходовые термомасляные теплообменники
- Контроль протока масла в каждом отдельном контуре-трубопроводе
- Требуемый уровень температуры уходящих газов (использование в том числе и конденсатора дымовых газов)
ТМУ на биомассе позволит вам:
- Исключить затраты на покупку энергии у внешних поставщиков
- Обеспечить стабильное теплоснабжение технологических потребителей
- Снизить воздействие на окружающую среду за счет сокращения территорий, используемых для хранения отходов производства и минимизации сопутствующих рисков.
Водогрейная котельная на биотопливе
- Автономный источник тепла в непосредственной близости к потребителю
- Эффективная утилизация отходов деревообработки
Техническое решение
- Единичная производительность по тепловой энергии до 50 МВт
- Нагрев воды до 150 °С
- Смешанные водо-газотрубные котлы и полностью водотрубные
- Топочное решение для топлив с низкой температурой плавления золы (кора, загрязнённые отходы)
- Требуемый уровень температуры уходящих газов (использование в том числе и конденсатора дымовых газов)
Водогрейная котельная на биотопливе позволит:
- Исключить затраты на покупку тепловой энергии у внешних поставщиков
- Обеспечить стабильное теплоснабжение предприятия за счет внутренних ресурсов и с минимальными потерями тепла
- Утилизировать до 100% древесных или растительных отходов производства
- Способствовать сбережению природных ресурсов.
«Первый инженер» — системный интегратор и партнер ведущего европейского производителя котельного оборудования Richard Kablitz GMbH (Германия) на территории Российской Федерации.
- поможем оценить целесообразность и мощность ТЭЦ, мини ТЭЦ или котельной на биотопливе для нужд вашего предприятия;
- предложим оптимальное техническое решение исходя из ваших требований и выполним проектирование котельной, ТЭЦ или мини-ТЭЦ;
- выполним строительство котельной, ТЭЦ или мини ТЭЦ «под ключ»;
- обеспечим гарантийное и постгарантийное сервисное обслуживание построенного объекта, сервисную поддержку.
Мы предложим оптимальное техническое решение исходя из ваших требований и подготовим проект ТЭЦ, мини ТЭЦ или котельной на биотопливе.
Локализация
Изготовление металлоемкого оборудования Kablitz для ТЭЦ, мини ТЭЦ или котельной по чертежам производителя осуществляется на ведущих российских профильных предприятиях в непосредственной близости от заказчика.
- экономим до 20% вашего бюджета за счет снижении затрат на производство, логистику, таможенных платежей и уменьшения влияния курса валют;
- без потери качества: разработка технических решений по локализации и производство осуществляем под контролем Richard Kablitz GmbH.
Наши решения для ТЭЦ
- позволяют полностью утилизировать отходы предприятия (деревоперерабатывающие, агропромышленного комплекса, ЦБК);
- отвечают современным требованиям по технико-экономическим показателям, надежности и нормативам выбросов вредных веществ в окружающую среду;
- могут быть реализованы в сжатые сроки и позволяют осуществить ввод ТЭЦ в промышленную эксплуатацию и подключение к существующим инженерно-технологическим коммуникациям в периоды остановочных ремонтов предприятия для исключения влияния на работу предприятия.
Начните и вы: просто позвоните или напишите нам, чтобы получить техническую консультацию от специалиста департамента биоэнергетики «Первый инженер».
Виды тепловых электростанций начинаются с конденсационных. Такие ТЭЦ применяются исключительно для выработки электроэнергии. Чаще всего она аккумулируется, сразу не распространяясь. Конденсационный метод обеспечивает максимальный КПД, поэтому подобные принципы считаются оптимальными. Сегодня во всех странах выделяют отдельных объекты крупного масштаба, обеспечивающие обширные регионы.
КПД тепловой электростанции
Основным показателем любой тепловой электростанции является ее коэффициент полезного действия. Например, для угольных ТЭС существует термический КПД, определяемый количеством угля, необходимого для выработки 1 кВт*ч электроэнергии. Если в начале 20-х годов прошлого века этот показатель составлял 15,4 кг, то в 60-е годы он снизился до 3,95 кг. В дальнейшем расход угля вновь незначительно поднялся до 4,6 кг.
Причиной такого подъема стали газоочистители, уловители пыли и золы, из-за которых угольная электростанция снизила выходную мощность на 10%. Многие станции пользуются более чистым в экологическом плане углем, что также привело к увеличению потребления топлива.
Процентное выражение термического КПД тепловой электростанции составляет не более 36%, что связано с высокими тепловыми потерями, вызываемыми отходящими газами при горении. У атомных электростанций, отличающимися низкими температурами и давлением термический КПД еще ниже – 32%. Самый высокий показатель у газотурбинных установок, оборудованных котлами-утилизаторами и дополнительными паровыми турбинами. КПД электростанций с таким оборудованием превышает 40%. Этот показатель полностью зависит от величины рабочих температур и давления пара.
История тепловой энергетики и перспективы развития
Первую теплоэлектростанцию построил немецкий инженер Зигмунд Шуккерт в Баварии в 1878 году. С ее помощью освещался грот в саду замка Линдерхоф. В 1882 году были введены в эксплуатацию электростанция в Лондоне, которая использовалась для электрического освещения, и в Нью-Йорке (500 кВт). На них применялись поршневые паровые двигатели.
Изобретение паровой турбины позволило строить более крупные и эффективные установки, и с 1905 года тепловые электростанции стали возводиться только с турбинами.
В России первая тепловая электростанция общего пользования мощностью 35 кВт была построена в 1883 году в Санкт-Петербурге. Она предназначалась для подачи электроэнергии на освещение Невского проспекта. Московская ГЭС-1 (городская электростанция) появилась в 1897 году. Ее мощность составляла 3,7 мВт.
Структура тепловых электростанций в России на сегодняшний день:
- с паровыми турбинами – 79% от общей мощности;
- с парогазовыми агрегатами – 15,5%;
- с газотурбинными агрегатами – 4,8%;
- с дизельными и газопоршневыми установками – 0,7%.
Переход к выработке электроэнергии от возобновляемых источников не так прост, хотя это желаемое направление развития электроэнергетики для человечества. В ближайшее время отказаться от тепловой энергетики будет невозможно, и она сохранит свою доминирующую роль.
Главным направлением развития этой отрасли является разработка прогрессивных технологий, которые позволят снизить количество вредных выбросов в атмосферу, а также повысить эффективность работы теплоэлектростанций.
Механическая часть работы станции
Устройство и принцип работы ТЭС в ее механической части связан с работой ротора. Пар, который поступает из турбины, имеет очень высокое давление и температуру. Из-за этого создается высокая внутренняя энергия пара, которая и поступает из котла в сопла турбины. Струи пара, проходя через сопло непрерывным потоком, с высокой скоростью, которая чаще всего даже выше звуковой, воздействуют на рабочие лопатки турбины. Эти элементы жестко закреплены на диске, который, в свою очередь, тесно связан с валом. В этот момент времени происходит преобразование механической энергии пара в механическую энергию турбин ротора. Если говорить точнее о принципе работы ТЭС, то механическое воздействие влияет на ротор турбогенератора. Это из-за того, что вал обычного ротора и генератора тесно связываются между собой. А далее происходит довольно известный, простой и понятный процесс преобразования механической энергии в электрическую в таком устройстве, как генератор.
Движение пара после ротора
После того как водяной пар проходит турбину, его давление и температура значительно опускаются, и он поступает в следующую часть станции — конденсатор. Внутри этого элемента происходит обратное превращение пара в жидкость. Для выполнения этой задачи внутри конденсатора имеется охлаждающая вода, которая поступает туда посредством труб, проходящих внутри стен устройства. После обратного преобразования пара в воду, она откачивается конденсатным насосом и поступает в следующий отсек — деаэратор. Также важно отметить, что откачиваемая вода, проходит сквозь регенеративные подогреватели.
Основная задача деаэратора — это удаление газов из поступающей воды. Одновременно с операцией очистки, осуществляется и подогрев жидкости так же, как и в регенеративных подогревателях. Для этой цели используется тепло пара, которое отбирается из того, что следует в турбину. Основное предназначение операции деаэрации состоит в том, чтобы понизить содержание кислорода и углекислого газа в жидкости до допустимых значений. Это помогает снизить скорость влияние коррозии на тракты, по которым идет поставка воды и пара.
Теплофикация
На некоторых ТЭС в их схемах может быть предусмотрена такая система, которая занимается теплофикацией самой электростанции, а также прилегающего поселка, если таковой имеется. К сетевым подогревателям этой установки, пар отбирается от турбины, а также имеется специальная линия для отвода конденсата. Вода подводится и отводится по специальной системе трубопровода. Та электрическая энергия, которая будет вырабатываться таким образом, отводится от электрического генератора и передается потребителю, проходя через повышающие трансформаторы.
