ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших отраслей промышленного производства является энергетика. Развитие энергетики должно происходить с опережением темпов развития и роста других отраслей промышленности.

Производство электроэнергии является одним из главных показателей экономического уровня развития страны и отражает общее состояние производящих сил.

В программах индустриального развития регионов нашей страны предусматривается строительство мощных тепловых электростанций. Основным типом ТЭС являются паротурбинные электростанции, которые могут работать на любом топливе, иметь весьма большую мощность и сооружаться там, где есть потребность в тепловой и электрической энергии. При блочной схеме ТЭС, каждый блок в значительной мере является независимым элементом ТЭС, и так как строительство электростанции длится несколько лет, часто блоки второй очереди имеют более совершенную конструкцию.

С ростом населения Сибири и Дальнего Востока развивается промышленность и сельское хозяйство. Соответственно растет энергопотребление в качестве тепла и электроэнергии. Для этого требуется строительство новых и расширение существующих ТЭС.

С ростом численности населения в городе Чите возрастает потребность в тепловой и электрической энергии. Существующие ТЭС с трудом покрывают их. С этой целью предлагается проект ТЭЦ.

Технологическая часть

Описание технологического процесса

При описании технологической установки используются некоторые термины, являющиеся специфическими для данного типа установок:

Насос - гидравлическая машина, создающая напорное перемещение жидкости при сообщении ей энергии.

Насосный агрегат (НА) - совокупность насоса, электропривода и передаточного механизма (муфта, редуктор, шкив).

Насосная установка (НУ) - комплекс оборудования, обеспечивающий требуемый режим работы насосов одного или нескольких насосных агрегатов. НУ состоит из одного или нескольких насосных агрегатов, трубопроводов, запорной и регулирующей арматуры, контрольно-измерительной аппаратуры, а также аппаратуры управления и защиты.

Насосная станция (НС) - сооружение, включающее в себя одну или несколько насосных установок, а также вспомогательные системы и оборудование.

Тепловая электростанция (ТЭС) - энергопредприятие, предназначенное для преобразования химической энергии органического топлива (каменного угля, мазута, природного газа, сланцев и др.) в электрическую энергию.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) - является энергетическим предприятием, предназначенным для выработки и отпуска производственным и коммунально-бытовым потребителям двух видов энергии:

1) тепловой - в виде горячей воды или водяного пара;

2) электрической.

Теплоэлектростанция (ТЭС, ТЭЦ) - это энергетическая установка (собственный энергоблок), работающая на базе газотурбинных или газопоршневых двигателей, которая одновременно вырабатывает несколько видов энергии (как правило, тепло и электричество).

Этот вид электростанций предназначен для централизованного снабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплом. В ТЭЦ электроэнергия вырабатывается генераторами электрического тока. Генераторы используют механическую работу двигателей. Системы охлаждения двигателей и выхлопные газы отдают тепловую энергию в виде горячей воды или технического пара.

преобразователь диод электромагнитный транзистор

Рис.1. Технологическая схема паротурбинной электростанции, работающей на твердом топливе; 1 - электрический генератор; 2 - паровая турбина; 3 - пульт управления; 4 - деаэратор; 5 и 6 - бункеры; 7 - сепаратор; 8 - циклон; 9 - котел; 10 - поверхность нагрева (теплообменник); 11 - дымовая труба; 12 - дробильное помещение; 13 - склад резервного топлива; 14 - вагон; 15 - разгрузочное устройство; 16 - конвейер; 17 - дымосос; 18 - канал; 19 - золоуловитель; 20 - вентилятор; 21 - топка; 22 - мельница; 23 - насосная станция; 24 - источник воды; 25 - циркуляционный насос; 26 - регенеративный подогреватель высокого давления; 27 - питательный насос; 28 - конденсатор; 29 - установка химической очистки воды; 30 - повышающий трансформатор; 31 - регенеративный подогреватель низкого давления; 32 - конденсатный насос

Кроме основного оборудования, в комплекс электростанции, как видно из рассмотренной технологической схемы, входит многочисленное вспомогательное оборудование, а именно: механизированные склады твердого топлива, мазутное и газовое хозяйство, оборудование шлакозолоудаления, устройства для подготовки добавочной воды и технического водоснабжения, маслохозяйство и др.

Под технологической схемой понимают последовательный путь топлива, воды, пара и электрического тока на паротурбинной электростанции, выдающей внешним потребителям электрическую и тепловую электроэнергию. На рисунке представлена примерная технологическая схема паротурбинной электростанции, работающей на твердом топливе.

С места добычи твердое топливо доставляется на электростанцию по железной дороге в специальных саморазгружающихся вагонах «2». Вагон поступает в закрытое разгрузочное устройство «1» с вагоноопрокидывателей, где топливо высыпается в находящийся под вагоноопрокидывателем приемный бункер, из которого попадает на ленточный транс­портер «6».

В зимнее время вагоны со смерзшимся углем предварительно подают для размораживания в размораживающее устройство. Транспортером уголь подается на склад угля «3» (обслуживаемый мостовым грейферным краном «4») или через дробильную установку «5» в бункера сырого угля «7», установленные перед фронтом котельных агрегатов. В эти бункера уголь может быть подан также со склада «3». Для учета расхода топлива, поступающего в котельное отделение электростанции, на трак­те топлива до бункеров котельной устанавливают весы для взвешивания этого топлива.

Из бункеров сырого угля «7» топливо поступает в систему пылеприготовления: питатели сырого угля «8», а затем углеразмольные мельницы «9», из которых угольная пыль пневматически транспортируется через мельничный сепаратор «10», пылевой циклон «11» и пылевые шнеки «13» в пылеугольный бункер «12». Из, бункера «12» пыль питателями «14» подается к горелкам «17» топочной камеры.

Весь пневматический транспорт пыли от мельницы до топки осуществляется мельничным вентилятором «15». Воздух, необходимый для горения топлива, забирается дутьевым вентилятором «22» из верхней зоны котельной или снаружи, затем подается в воздухоподогреватель «21», откуда после подогрева нагнетается; частично в мельницу «9» для подсушки и транспортировки топлива в топку котельного агрегата (первичный воздух) и непосредственно к пылеугольным горелкам «17» (вторичный воздух).

Растопка пылеугольных котельных агрегатов производится на газе или мазуте. Природный газ поступает из магистрального пункта в газорегулировочный пункт, а оттуда в котельную. Мазут доставляется на электростанцию в железнодорожных цистернах, в которых он перед сливом разогревается острым паром. После разогрева мазут сливается по межрельсовому (также обогреваемому) лотку в приемный резервуар малой емкости, оттуда перекачивающим насосом подаётся в основной расходный резервуар. При растопке котельного агрегата мазут прокачивается насосом «первого подъема» через паровые подогреватели, после которых уже насосами «второго подъема» подается к мазутным форсункам,

В топке «18» и газоходах котельного агрегата «16» тепло газов, образующихся от сгорания топлива, передается последовательно воде (подаваемой в котельный агрегат питательными насосами «38») в водяном экономайзере «20», насыщенному и перегретому пару в топочных экранах и пароперегревателе «19» и воздуху, необходимому для горения топлива, в воздухоподогревателе «21». После воздухоподогревателя газы поступают в золоуловители «23» (механические, гидравлические или электрофильтры) для очистки от содержащейся в них летучей золы и затем дымососом «24» подаются в дымовую трубу «25».

При сгорании топлива образуется значительное количество шлака в топке и летучей золы, выносимой газами из котельного агрегата. Шлак (сухой раскаленный или жидкий) из шлаковых шахт топки котельного агрегата и летучая зола, осажденная в золоуловителях, смывными устройствами направляются в смывные каналы системы гидрошлакозолоудаления «26» и «27», после чего проходят металлоуловитель, шлакодробилку и поступают в багерный насос, которым перекачиваются в виде золошлаковой пульпы по золопроводам на золоотвал.

На паротурбинных электростанциях, сжигающих жидкое (мазут) и газообразное (природный газ) топливо, топливное хозяйство значительно проще, чем на пылеугольных электростанциях, и, кроме того, отсутствует необходимость в золоулавливании и шлакозолоудалении. Свежий перегретый пар после пароперегревателя «19» по паропроводу «28» направляется в ЦВД паровой турбины «31». После ЦВД пар со сниженным давлением и температурой по трубопроводу «29» поступает в промежуточный перегреватель котельного агрегата; расположенный между перегревателем свежего пара «19» и водяным экономайзером «20» и перегревается в нем снова до начальной температуры свежего пара. По трубопроводу «30» nap промежуточного перегрева поступает в ЦСД, а оттуда по верхним перепускным трубам в ЦНД и из них в конденсаторы турбины «33».

Из конденсаторов конденсат насосами «34» направляется на фильтры установки очистки конденсата, а затем в группу вертикальных ре­генеративных подогревателей низкого давления «35» и оттуда в деаэратор «36». Из питательного блока деаэратора «37» вода, освобожденная от растворенных в ней газов - кислорода и углекислоты питательными насосами «55» прокачивается через регенеративные подогреватели высокого давления «39» и по трубопроводам «40» и подается в водяной экономайзер котельного агрегата «20». Здесь замыкается пароводяной тракт паротурбинной электростанции. При работе электростанции в пароводяном тракте происходят потери питательной воды, которые восполняются установкой приготовления и подачи добавочной воды. Химическая очистка сырой воды производится в ионообменных фильтрах химводоочистки «46», откуда вода поступает в бак обессоленной воды, забирается насосом и подается в конденсатор турбины. Для подачи охлаждающей воды в конденсатор турбины служит система технического водоснабжения.

Охлаждающая вода подается через очистные сетки циркуляционными насосами «43» по напорным трубопроводам «44», из источника водоснабжения (в данном примере - береговой насосной станции) «41» и возвращается по сливным трубопроводам «45». Электрический генератор «32» приводится во вращение паровой турбиной и вырабатывает переменный электрический ток, который поступает на повышающие электротрансформаторы, а оттуда на сборные шины открытого распределительного устройства электростанции. К выводам генератора через трансформатор собственных нужд присоединено также распределительное устройство собственных нужд.

На схеме, представленной ниже, отображен состав основного оборудования теплоэлектроцентраль станции и взаимосвязь ее систем. По этой схеме можно проследить общую последовательность технологических процессов протекающих на ТЭЦ.

Рис 2. Схема состава основного оборудования ТЭЦ и взаимосвязь ее систем Обозначения на схеме ТЭЦ: 1 - Топливное хозяйство; 2 - Подготовка топлива; 3 - котел; 4 - промежуточный пароперегреватель; 5 - часть высокого давления паровой турбины (ЧВД или ЦВД); 6 - часть низкого давления паровой турбины (ЧНД или ЦНД); 7 - электрический генератор; 9 - трансформатор собственных нужд; 10 - трансформатор связи; 11 - главное распределительное устройство; 12 - конденсатор; 13 - конденсатный насос;14 циркуляционный насос; 15 - источник водоснабжения (например, река); 16 - подогреватель низкого давления (ПНД); 17 - водоподготовительная установка (ВПУ); 18 - потребитель тепловой энергии; 19 - насос обратного конденсата; 20 - деаэратор; 21 - питательный насос; 22 - подогреватель высокого давления (ПВД); 23 - шлакозолоудаление; 24 - золоотвал; 25 - дымосос; 26 - дымовая труба; 27 - дутьевой вентилятор (ДВ); 28 - золоуловитель

Особенности работы ТЭЦ

Основной особенностью работы любой электростанции (конденсационной или теплоэлектроцентрали с комбинированной выработкой электроэнергии и теплоэнергии) является то, что ее промышленная продукция (электрическая и тепловая энергия) потребляется в момент производства и не может вырабатываться «на склад» или в резерв. Это значит, что электростанция в каждый данный момент времени должна вырабатывать энергии ровно столько, сколько потребляют ее промышленные предприятия, транспорт, сельское хозяйство, бытовые и другие потребители.

Потребление электроэнергии у разных потребителей меняется во время суток в течение года. Оно, как правило, снижается летом и возрастает в зимнее время, неравномерно изменяется в течение недели (снижается в выходные и праздничные дни) и даже в течение одних суток, зависят от многих факторов.

Изменение мощности электростанции в зависимости от потребления энергии выражают диаграммами, называемыми графиками нагрузки. В зависимости от периода времени, который они охватывают, графики могут быть суточными, месячными, сезонными и годовыми.

Если электрическая нагрузка меняется ежесуточно в течение года в большей или меньшей степени единообразно, то отпуск тепловой нагрузки ТЭЦ в значительной степени зависит от потребителя. При использовании теплоты на технологические нужды промышленного предприятия ее расход определяется графиком работы этого предприятия. Коммунальные нужды требуют теплоту на отопление жилых, общественных и производственных зданий, на вентиляцию, горячее водоснабжение и др.

Несмотря на значительное разнообразие тепловой нагрузки, ее можно разбить на две группы по характеру протекания во времени: сезонную и круглогодичную.

Однажды, когда мы въезжали в славный город Чебоксары, с восточного направления моя супруга обратила внимание на две огромные башни, стоящие вдоль шоссе. "А что это такое?" – спросила она. Поскольку мне абсолютно не хотелось показать жене свою неосведомленность, я немного покопался в своей памяти и выдал победное: "Это ж градирни, ты что, не знаешь?". Она немного смутилась: "А для чего они нужны?" "Ну что-то там охлаждать, вроде бы". "А чего?". Потом смутился я, потому что совершенно не знал как выкручиваться дальше.

Может быть этот вопрос, так и остался навсегда в памяти без ответа, но чудеса случаются. Через несколько месяцев после этого случая, мне повезло попасть сюда на экскурсию.

Так что же такое ТЭЦ?

Согласно Википедии ТЭЦ – сокращенное от теплоэлектроцентраль – это разновидность тепловой станции, которая производит не только электроэнергию, но и является источником тепла, в виде пара или горячей воды.

О том как все устроено, я расскажу ниже, а здесь можно посмотреть парочку упрощенных схем работы станции.

Итак, все начинается с воды. Поскольку вода (и пар, как её производное) на ТЭЦ является основным теплоносителем, перед тем как она попадет в котел, её необходимо предварительно подготовить. Для того, что бы в котлах не образовывалась накипь, на первом этапе, воду необходимо умягчить, а на втором, очистить её от всевозможных примесей и включений.

Происходит все это на территории химического цеха, в котором расположены все эти емкости и сосуды.

Вода перекачивается огромными насосами.

Работа цеха контролируется отсюда.

Вокруг много кнопочек…

Датчиков…

А также совсем непонятных элементов…

Качество воды проверяется в лаборатории. Здесь все по серьезному…

Полученную здесь воду, в дальнейшем мы будем называть "Чистой Водой".

Итак, с водой разобрались, теперь нам нужно топливо. Обычно это газ, мазут или уголь. На Чебоксарской ТЭЦ-2 основным видом топлива является газ, поступающий по магистральному газопроводу Уренгой – Помары – Ужгород. На многих станциях существует пункт подготовки топлива. Здесь природный газ, так же как и вода очищается от механических примесей, сероводорода и углекислого газа.

ТЭЦ – объект стратегический, работающий 24 часа в сутки и 365 дней в году. Поэтому здесь везде, и на всё, есть резерв. Топливо не является исключением. В случае отсутствия природного газа, наша станция может работать на мазуте, который хранится в огромных емкостях, расположенных через дорогу.

Теперь мы получили Чистую воду и подготовленное топливо. Следующий пункт нашего путешествия – котлотурбинный цех.

Состоит он из двух отделений. В первом находятся котлы. Нет, не так. В первом находятся КОТЛЫ. По другому написать, рука не поднимается, каждый, с двенадцатиэтажный дом. Всего на ТЭЦ-2 их пять штук.

Это сердце ТЭЦ, и здесь происходит основное действие. Газ, поступающий в котел, сгорает, выделяя сумасшедшее количество энергии. Сюда же подается "Чистая вода". После нагрева она превращается в пар, точнее в перегретый пар, имеющий температуру на выходе 560 градусов, а давление 140 атмосфер. Мы тоже назовем его "Чистый пар", потому что он образован из подготовленной воды.
Кроме пара, на выходе мы еще имеем выхлоп. На максимальной мощности, все пять котлов потребляют почти 60 кубометров природного газа в секунду! Что бы вывести продукты сгорания нужна недетская "дымовая" труба. И такая тоже имеется.

Трубу видно практически из любого района города, учитывая высоту 250 метров. Подозреваю, что это самое высокое строение в Чебоксарах.

Рядом находится труба чуть поменьше. Снова резерв.

Если ТЭЦ работает на угле, необходима дополнительная очистка выхлопа. Но в нашем случае этого не требуется, так как в качестве топлива используется природный газ.

В втором отделении котлотурбинного цеха находятся установки, вырабатывающие электроэнергию.

В машинном зале Чебоксарской ТЭЦ-2 их установлено четыре штуки, общей мощностью 460 МВт (мегаватт). Именно сюда подается перегретый пар из котельного отделения. Он, под огромным давлением направляется на лопатки турбины, заставляя вращаться тридцатитонный ротор, со скоростью 3000 оборотов в минуту.

Установка состоит из двух частей: собственно сама турбина, и генератор, вырабатывающий электроэнергию.

А вот как выглядит ротор турбины.

Повсюду датчики и манометры.

И турбины, и котлы, в случае аварийной ситуации можно остановить мгновенно. Для этого существуют специальные клапаны, способные перекрыть подачу пара или топлива за какие-то доли секунды.

Интересно, а есть такое понятие как промышленный пейзаж, или промышленной портрет? Здесь есть своя красота.

В помещении стоит страшный шум, и чтобы расслышать соседа приходиться сильно напрягать слух. К тому же очень жарко. Хочется снять каску и раздеться до футболки, но делать этого нельзя. По технике безопасности, одежда с коротким рукавом на ТЭЦ запрещена, слишком много горячих труб.
Основную часть времени цех пустой, люди здесь появляются один раз в два часа, во время обхода. А управление работой оборудования ведется с ГрЩУ (Групповые щиты управления котлами и турбинами).

Вот так выглядит рабочее место дежурного.

Вокруг сотни кнопок.

И десятки датчиков.

Есть механические, есть электронные.

Это у нас экскурсия, а люди работают.

Итого, после котлотурбинного цеха, на выходе мы имеем электроэнергию и частично остывший и потерявший часть давления пар. С электричеством вроде бы попроще. На выходе с разных генераторов напряжение может быть от 10 до 18 кВ (киловольт). С помощью блочных трансформаторов, оно повышается до 110 кВ, а дальше электроэнергию можно передавать на большие расстояния с помощью ЛЭП (линий электропередач).

Оставшийся "Чистый пар" отпускать на сторону невыгодно. Так как он образован из "Чистой воды", производство которой довольно сложный и затратный процесс, его целесообразней охладить и вернуть обратно в котел. Итак по замкнутому кругу. Зато с его помощью, и с помощью теплообменников можно нагреть воду или произвести вторичный пар, которые спокойно продавать сторонним потребителям.

В общем то именно таким образом, мы с вами получаем тепло и электричество в свои дома, имея привычный комфорт и уют.

Ах, да. А для чего же все-таки нужны градирни?

Оказывается все очень просто. Что бы охладить, оставшийся "Чистый пар", перед новой подачей в котел, используются все те же теплообменники. Охлаждается он при помощи технической воды, на ТЭЦ-2 ее берут прямо с Волги. Она не требует какой-то специальной подготовки и также может использоваться повторно. После прохождения теплообменника техническая вода нагревается и уходит на градирни. Там она стекает тонкой пленкой вниз или падает вниз в виде капель и охлаждается за счет встречного потока воздуха, создаваемого вентиляторами.

А в эжекционных градирнях вода распыляется с помощью специальных форсунок. В любом случае основное охлаждение происходит за счет испарения небольшой части воды. С градирен остывшая вода уходит по специальному каналу, после чего, с помощью насосной станции отправляется на повторное использование.
Одним словом, градирни нужны, что бы охлаждать воду, которая охлаждает пар, работающий в системе котел – турбина.

Вся работа ТЭЦ, контролируется из Главного Щита Управления.

Здесь постоянно находится дежурный.

Все события заносятся в журнал.

Меня хлебом не корми, дай сфотографировать кнопочки и датчики…

На этом, почти все. В завершение осталось немного фотографий станции.
Это старая, уже не рабочая труба. Скорее всего скоро ее снесут.

На предприятии очень много агитации.

Здесь гордятся своими сотрудниками.

И их достижениями.

Похоже, что не напрасно…

Осталось добавить, что как в анекдоте – "Я не знаю, кто эти блогеры, но экскурсовод у них директор филиала в Марий Эл и Чувашии ОАО "ТГК-5", КЭС холдинга – Добров С.В."

Вместе с директором станции С.Д. Столяровым.

Без преувеличения – настоящие профессионалы своего дела.

Принцип работы теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) основан на уникальном свойстве водяного пара – быть теплоносителем. В разогретом состоянии, находясь под давлением, он превращается в мощный источник энергии, приводящий в движение турбины теплоэлектростанций (ТЭС) — наследие такой уже далекой эпохи пара.

Первая тепловая электростанция была построена в Нью-Йорке на Перл-Стрит (Манхэттен) в 1882 году. Родиной первой российской тепловой станции, спустя год, стал Санкт-Петербург. Как это ни странно, но даже в наш век высоких технологий ТЭС так и не нашлось полноценной замены: их доля в мировой энергетике составляет более 60 %.

И этому есть простое объяснение, в котором заключены достоинства и недостатки тепловой энергетики. Ее «кровь» — органическое топливо – уголь, мазут, горючие сланцы, торф и природный газ по-прежнему относительно доступны, а их запасы достаточно велики.

Большим минусом является то, что продукты сжигания топлива причиняют серьезный вред окружающей среде. Да и природная кладовая однажды окончательно истощится, и тысячи ТЭС превратятся в ржавеющие «памятники» нашей цивилизации.

Принцип работы

Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и «ТЭС». Говоря понятным языком – они родные сестры. «Чистая» теплоэлектростанция – ТЭС рассчитана исключительно на производство электроэнергии. Ее другое название «конденсационная электростанция» – КЭС.

Теплоэлектроцентраль – ТЭЦ — разновидность ТЭС. Она, помимо генерации электроэнергии, осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.

Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступают топливо и разогретый воздух — окислитель. Наиболее распространенное топливо на российских ТЭЦ – измельченный уголь. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет ее вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.

Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой. Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО 2 , которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.

Теплоснабжение

Вторая, не менее важная функция ТЭЦ – обеспечение горячей водой (паром), предназначенной для систем центрального отопления близлежащих населенных пунктов и бытового использования. В специальных подогревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и 120 градусов зимой, после чего сетевыми насосами подается в общую камеру смешивания и далее по системе тепломагистралей поступает к потребителям. Запасы воды на ТЭЦ постоянно пополняются.

Как работают ТЭС на газе

По сравнению с угольными ТЭЦ, ТЭС, где установлены газотурбинные установки, намного более компактны и экологичны. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка – это по сути тот же турбореактивный авиадвигатель, где, в отличие от него, реактивная струя не выбрасывается в атмосферу, а вращает ротор генератора. При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.

Новые технологии сжигания угля

КПД современных ТЭЦ ограничен 34 %. Абсолютное большинство тепловых электростанций до сих пор работают на угле, что объясняется весьма просто — запасы угля на Земле по-прежнему громадны, поэтому доля ТЭС в общем объеме выработанной электроэнергии составляет около 25 %.

Процесс сжигания угля многие десятилетия остается практически неизменным. Однако и сюда пришли новые технологии.

Особенность данного метода состоит в том, что вместо воздуха в качестве окислителя при сжигании угольной пыли используется выделенный из воздуха чистый кислород. В результате, из дымовых газов удаляется вредная примесь – NОx. Остальные вредные примеси отфильтровываются в процессе нескольких ступеней очистки. Оставшийся на выходе СО 2 закачивается в емкости под большим давлением и подлежит захоронению на глубине до 1 км.

Метод «oxyfuel capture»

Здесь также при сжигании угля в качестве окислителя используется чистый кислород. Только в отличие от предыдущего метода в момент сгорания образуется пар, приводящий турбину во вращение. Затем из дымовых газов удаляются зола и оксиды серы, производится охлаждение и конденсация. Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю.

Метод «pre-combustion»

Уголь сжигается в «обычном» режиме – в котле в смеси с воздухом. После этого удаляется зола и SO 2 – оксид серы. Далее происходит удаление СО 2 с помощью специального жидкого абсорбента, после чего он утилизируется путем захоронения.

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.

Паровые котлы и паровые турбины являются основными агрегатами тепловой электростанции (ТЭС).

Паровой котел — это устройство, имеющее систему поверхностей нагрева для получения пара из непрерывно поступающей в него питательной воды путем использования теплоты, выделяющейся при сгорании органического топлива (рис. 1).

В современных паровых котлах организуется факельное сжигание топлива в камерной топке , представляющей собой призматическую вертикальную шахту. Факельный способ сжигания характеризуется непрерывным движением топлива вместе с воздухом и продуктами сгорания в топочной камере.

Топливо и необходимый для его сжигания воздух вводятся в топку котла через специальные устройства — горелки . Топка в верхней части соединяется с призматической вертикальной шахтой (иногда с двумя), называемой по основному виду проходящего теплообмена конвективной шахтой .

В топке, горизонтальном газоходе и конвективной шахте находятся поверхности нагрева, выполняемые в виде системы труб, в которых движется рабочая среда. В зависимости от преимущественного способа передачи тепла к поверхностям нагрева их можно подразделить на следующие виды: радиационные, радиационно-конвективные, конвективные .

В топочной камере по всему периметру и по всей высоте стен обычно расположены трубные плоские системы — топочные экраны , являющиеся радиационными поверхностями нагрева.

Рис. 1. Схема парового котла ТЭС.

1 — топочная камера (топка); 2 — горизонтальный газоход; 3 — конвективная шахта; 4 — топочные экраны; 5 — потолочные экраны; 6 — спускные трубы; 7 — барабан; 8 — радиационно-конвективный пароперегреватель; 9 — конвективный пароперегреватель; 10 — водяной экономайзер; 11 — воздухоподогреватель; 12 — дутьевой вентилятор; 13 — нижние коллекторы экранов; 14 — шлаковый комод; 15 — холодная коронка; 16 — горелки. На схеме не показаны золоуловитель и дымосос.

В современных конструкциях котлов топочные экраны изготавливают либо из обычных труб (рис. 2, а ), либо из плавниковых труб , сваренных между собой по плавникам и образующих сплошную газоплотную оболочку (рис. 2,б ).

Аппарат, в котором вода нагревается до температуры насыщения, называется экономайзером ; образование пара происходит в парообразующей (испарительной) поверхности нагрева, а его перегрев — в пароперегревателе .

Рис. 2. Схема выполнения топочных экранов
а — из обычных труб; б — из плавниковых труб

Система трубных элементов котла, в которых движутся питательная вода, пароводяная смесь и перегретый пар, образует, как уже указывалось, его водопаровой тракт .

Для непрерывного отвода теплоты и обеспечения приемлемого температурного режима металла поверхностей нагрева организуется непрерывное движение в них рабочей среды. При этом вода в экономайзере и пар в пароперегревателе проходят через них однократно. Движение же рабочей среды через парообразующие (испарительные) поверхности нагрева может быть как однократным, так и многократным.

В первом случае котел называется прямоточным , а во втором — котлом с многократной циркуляцией (рис. 3).

Рис. 3. Схема водопаровых трактов котлов
а — прямоточная схема; б — схема с естественной циркуляцией; в — схема с многократно-принудительной циркуляцией; 1 — питательный насос; 2 — экономайзер; 3 — коллектор; 4 — парообразующие трубы; 5 — пароперегреватель; 6 — барабан; 7 — опускные трубы; 8 — насос многократно-принудительной циркуляции.

Водопаровой тракт прямоточного котла представляет собой разомкнутую гидравлическую систему, во всех элементах которой рабочая среда движется под напором, создаваемым питательным насосом . В прямоточных котлах нет четкого разделения экономайзерной, парообразующей и пароперегревательных зон. Прямоточные котлы работают на докритическом и сверхкритическом давлении.

В котлах с многократной циркуляцией существует замкнутый контур, образованный системой обогреваемых и необогреваемых труб, объединенных вверху барабаном , а внизу — коллектором . Барабан представляет собой цилиндрический горизонтальный сосуд, имеющий водяной и паровой объемы, которые разделяются поверхностью, называемой зеркалом испарения . Коллектор — это заглушенная с торцов труба большого диаметра, в которую по длине ввариваются трубы меньшего диаметра.

В котлах с естественной циркуляцией (рис. 3,б) питательная вода, подаваемая насосом, подогревается в экономайзере и поступает в барабан. Из барабана по опускным необогреваемым трубам вода поступает в нижний коллектор, откуда распределяется в обогреваемые трубы, в которых закипает. Необогреваемые трубы заполнены водой, имеющей плотность ρ´ , а обогреваемые трубы заполнены пароводяной смесью, имеющей плотность ρ см , средняя плотность которой меньше ρ´ . Нижняя точка контура — коллектор — с одной стороны подвергается давлению столба воды, заполняющей необогреваемые трубы, равному Hρ´g , а с другой — давлению Hρ см g столба пароводяной смеси. Возникающая разность давлений H(ρ´ — ρ см)g вызывает движение в контуре и называется движущим напором естественной циркуляции S дв (Па):

S дв = H(ρ´ — ρ см)g ,

где H — высота контура; g — ускорение свободного падения.

В отличие от однократного движения воды в экономайзере и пара в пароперегревателе движение рабочего тела в циркуляционном контуре является многократным, так как при проходе через парообразующие трубы вода испаряется не полностью и паросодержание смеси на выходе из них составляет 3-20%.

Отношение массового расхода циркулирующей в контуре воды к количеству образовавшегося пара в единицу времени называется кратностью циркуляции

R = m в /m п.

В котлах с естественной циркуляцией R = 5-33, а в котлах с принудительной циркуляцией — R = 3-10.

В барабане образовавшийся пар отделяется от капель воды и поступает в пароперегреватель и далее в турбину.

В котлах с многократной принудительной циркуляцией (рис. 3,в ) для улучшения циркуляции устанавливается дополнительно циркуляционный насос . Это позволяет лучше компоновать поверхности нагрева котла, допуская движение пароводяной смеси не только по вертикальным парогенерирующим трубам, но также по наклонным и горизонтальным.

Поскольку наличие в парообразующих поверхностях двух фаз — воды и пара — возможно лишь при докритическом давлении, барабанные котлы работают при давлениях меньше критических.

Температура в топке в зоне горения факела достигает 1400-1600°С. Поэтому стены топочной камеры выкладывают из огнеупорного материала, а их наружная поверхность покрывается тепловой изоляцией. Частично охладившиеся в топке продукты сгорания с температурой 900-1200°С поступают в горизонтальный газоход котла, где омывают пароперегреватель, а затем направляются в конвективную шахту, в которой размещаются промежуточный пароперегреватель , водяной экономайзер и последняя по ходу газов поверхность нагрева — воздухоподогреватель , в котором воздух подогревается перед его подачей в топку котла. Продукты сгорания за этой поверхностью называются уходящими газами : они имеют температуру 110-160°С. Поскольку дальнейшая утилизация тепла при такой низкой температуре нерентабельна, уходящие газы с помощью дымососа удаляются в дымовую трубу.

Большинство топок котлов работает под небольшим разрежением 20-30 Па (2 — 3 мм вод.cт.) в верхней части топочной камеры. По ходу продуктов сгорания разрежение в газовом тракте увеличивается и составляет перед дымососами 2000-3000 Па, что вызывает поступление атмосферного воздуха через неплотности в стенах котла. Они разбавляют и охлаждают продукты сгорания, понижают эффективность использования тепла; кроме того, при этом увеличивается нагрузка дымососов и растет расход электроэнергии на их привод.

В последнее время создаются котлы, работающие под наддувом, когда топочная камера и газоходы работают под избыточным давлением, создаваемым вентиляторами, а дымососы не устанавливаются. Для работы котла под наддувом он должен выполняться газоплотным .

Поверхности нагрева котлов выполняются из сталей различных марок в зависимости от параметров (давления, температуры и др.) и характера движущейся в них среды, а также от уровня температур и агрессивности продуктов сгорания, с которыми они и находятся в контакте.

Важное значение для надежной работы котла имеет качество питательной воды. В котел непрерывно поступает с ней некоторое количество взвешенных твёрдых частиц и растворенных солей, а также окислов железа и меди, образующихся в результате коррозии оборудования электростанций. Очень небольшая часть солей уносится вырабатываемым паром. В котлах с многократной циркуляцией основное количество солей и почти все твердые частицы задерживаются, из-за чего их содержание в котловой воде постепенно увеличивается. При кипении воды в котле соли выпадают из раствора и на внутренней поверхности обогреваемых труб появляется накипь, которая плохо проводит тепло. В результате покрытые изнутри слоем накипи трубы недостаточно охлаждаются движущейся в них средой, нагреваются из-за этого продуктами сгорания до высокой температуры, теряют свою прочность и могут разрушиться под действием внутреннего давления. Поэтому часть воды с повышенной концентрацией солей необходимо удалять из котла. На восполнение удаленного количества воды подается питательная вода с меньшей концентрацией примесей. Такой процесс замены воды в замкнутом контуре называется непрерывной продувкой . Чаще всего непрерывная продувка производится из барабана котла.

В прямоточных котлах из-за отсутствия барабана нет непрерывной продувки. Поэтому к качеству питательной воды этих котлов предъявляются особенно высокие требования. Они обеспечиваются путем очистки турбинного конденсата после конденсатора в специальных конденсатоочистительных установках и соответствующей обработкой добавочной воды на водоподготовительных установках.

Вырабатываемый современным котлом пар является, вероятно, одним из наиболее чистых продуктов, производимых промышленностью в больших количествах.

Так, например, для прямоточного котла, работающего на сверхкритическом давлении, содержание загрязнений не должно превышат 30-40 мкг/кг пара.

Современные электростанции работают с достаточно высоким КПД. Теплота, затраченная на подогрев питательной воды, ее испарение и получение перегретого пара, — это полезно использованная теплота Q 1 .

Основная потеря тепла в котле происходит с уходящими газами Q 2 . Кроме того, могут быть потери Q 3 от химической неполноты сгорания, обусловленные наличием в уходящих газах CO, H 2 , CH 4 ; потери с механическим недожогом твердого топлива Q 4 , связанные с наличием в золе частичек несгоревшего углерода; потери в окружающую среду через ограждающие котел и газоходы конструкции Q 5 ; и, наконец, потери с физической теплотой шлака Q 6 .

Обозначая q 1 = Q 1 / Q , q 2 = Q 2 / Q и т.д., получаем КПД котла:

η k = Q 1 / Q= q 1 =1-(q 2 + q 3 + q 4 + q 5 + q 6 ),

где Q — количество тепла, выделяющегося при полном сгорании топлива.

Потеря тепла с уходящими газами составляет 5-8% и уменьшается с уменьшением избытка воздуха. Меньшие потери соответствуют практически горению без избытка воздуха, когда воздуха в топку подается лишь на 2-3% больше, чем теоретически необходимо для горения.

Отношение действительного объёма воздуха V Д , подаваемого в топку, к теоретически необходимому V Т для сгорания топлива называется коэффициентом избытка воздуха:

α = V Д /V Т ≥ 1 .

Уменьшение α может привести к неполному сгоранию топлива, т.е. к возрастанию потерь с химическим и механическим недожогом. Поэтому принимая q 5 и q 6 постоянными, устанавливают такой избыток воздуха a, при котором сумма потерь

q 2 + q 3 + q 4 → min .

Оптимальные избытки воздуха поддерживаются с помощью электронных автоматических регуляторов процесса горения, изменяющих подачу топлива и воздуха при изменениях нагрузки котла, обеспечивая при этом наиболее экономичный режим его работы. КПД современных котлов составляет 90-94%.

Все элементы котла: поверхности нагрева, коллекторы, барабаны, трубопроводы, обмуровка, помосты и лестницы обслуживания — монтируются на каркасе, представляющем собой рамную конструкцию. Каркас опирается на фундамент или подвешивается к балкам, т.е. опирается на несущие конструкции здания. Масса котла вместе с каркасом довольно значительна. Так, например, суммарная нагрузка, передаваемая на фундаменты через колонны каркаса котла паропроизводительностью D =950 т/ч, составляет 6000 т. Стены котла покрываются изнутри огнеупорными материалами, а снаружи — тепловой изоляцией.

Применение газоплотных экранов приводит к экономии металла на изготовление поверхностей нагрева; кроме того, в этом случае вместо огнеупорной кирпичной обмуровки стены покрываются лишь мягкой тепловой изоляцией, что позволяет на 30-50% уменьшить массу котла.

Энергетические стационарные котлы, выпускаемые промышленностью России, маркируются следующим образом: Е — паровой котел с естественной циркуляцией без промежуточного перегрева пара; Еп — паровой котел с естественной циркуляцией с промежуточным перегревом пара; Пп- прямоточный паровой котел с промежуточным перегревом пара. За буквенным обозначением следуют цифры: первая — паропроизводительность (т/ч), вторая — давление пара (кгс/см 2). Например, ПК — 1600 — 255 означает: паровой котел с камерной топкой с сухим шлакоудалением, паропроизводительностью 1600 т/ч, давление пара 255 кгс/см 2 .

На тепловых электростанциях люди получают практически всю необходимую энергию на планете. Люди научились получать электрический ток иным образом, но все еще не принимают альтернативные варианты. Пусть им невыгодно использовать топливо, они не отказываются от него.

В чем секрет тепловых электростанций?

Тепловые электростанции неслучайно остаются незаменимыми. Их турбина вырабатывает энергию простейшим способом, используя горение. За счет этого удается минимизировать расходы на строительство, считающиеся полностью оправданными. Во всех странах мира находятся такие объекты, поэтому можно не удивляться распространению.

Принцип работы тепловых электростанций построен на сжигании огромных объемов топлива. В результате этого появляется электроэнергия, которая сначала аккумулируется, а потом распространяется по определенным регионам. Схемы тепловых электростанций почти остаются постоянными.

Какое топливо используется на станции?

Каждая станция использует отдельное топливо. Оно специально поставляется, чтобы не нарушался рабочий процесс. Этот момент остается одним из проблематичных, так как появляются транспортные расходы. Какие виды использует оборудование?

• Уголь;
• Горючие сланцы;
• Торф;
• Мазут;
• Природный газ.

Тепловые схемы тепловых электростанций строятся на определенном виде топлива. Причем в них вносятся незначительные изменения, обеспечивающие максимальный коэффициент полезного действия. Если их не сделать, основной расход будет чрезмерным, поэтому не оправдает полученный электрический ток.

Типы тепловых электростанций

Типы тепловых электростанций - важный вопрос. Ответ на него расскажет, каким образом появляется необходимая энергия. Сегодня постепенно вносятся серьезные изменения, где главным источником окажутся альтернативные виды, но пока их применение остается нецелесообразным.

1. Конденсационные (КЭС);
2. Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ);
3. Государственные районные электростанции (ГРЭС).

Электростанция ТЭС потребует подробного описания. Виды различны, поэтому только рассмотрение объяснит, почему осуществляется строительство такого масштаба.

Конденсационные (КЭС)

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.

Постепенно появляются атомные установки, заменяющие традиционное топливо. Только замена остается дорогостоящим и длительным процессом, так как работа на органическом топливе отличается от иных способов. Причем отключение ни одной станции невозможно, ведь в таких ситуациях целые области остаются без ценной электроэнергии.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)

ТЭЦ используются сразу для нескольких целей. В первую очередь они используются для получения ценной электроэнергии, но сжигание топлива также остается полезным для выработки тепла. За счет этого теплофикационные электростанции продолжают применяться на практике.

Важной особенностью является том, что такие тепловые электростанции виды другие превосходят относительно небольшой мощностью. Они обеспечивают отдельные районы, поэтому нет необходимости в объемных поставках. Практика показывает, насколько выгодно такое решение из-за прокладки дополнительных линий электропередач. Принцип работы современной ТЭС является ненужной только из-за экологии.

Государственные районные электростанции

Общие сведения о современных тепловых электростанциях не отмечают ГРЭС. Постепенно они остаются на заднем плане, теряя свою актуальность. Хотя государственные районные электростанции остаются полезными с точки зрения объемов выработки энергии.

Разные виды тепловых электростанций дают поддержку обширным регионам, но все равно их мощность недостаточна. Во времена СССР осуществлялись крупномасштабные проекты, которые сейчас закрываются. Причиной стало нецелесообразное использование топлива. Хотя их замена остается проблематичной, так как преимущества и недостатки современных ТЭС в первую очередь отмечают большие объемы энергии.

Какие электростанции являются тепловыми? Их принцип построен на сжигании топлива. Они остаются незаменимыми, хотя активно ведутся подсчеты по равнозначной замене. Тепловые электростанции преимущества и недостатки продолжают подтверждать на практике. Из-за чего их работа остается необходимой.