Организационно-производственная структура атомных электростанций. Устройство тепловой электрической станции
ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ. СТРУКТУРА ТЭС, ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. ПАРОГЕНЕРАТОР. ПАРОВАЯ ТУРБИНА. КОНДЕНСАТОР
Классификация ТЭС
Тепловая электростанция (ТЭС) - электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива.
Первые ТЭС появились в конце 19 века (в 1882 г. - в Нью-Йорке, в 1883 г. - в С. Петербурге, в 1884 г. - в Берлине) и получили преимущественное распространение. В настоящее время ТЭС - основной вид электрических станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляет: в России примерно 70% , в мире около 76%.
Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные электростанции (ТПЭС), на которых тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращение ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора (обычно синхронного генератора). Генератор совместно с турбиной и возбудителем называется турбогенератором .В России на ТПЭС производится ~99% электроэнергии, вырабатываемой ТЭС. В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь (преимущественно), мазут, природный газ, лигнит, торф, сланцы.
ТПЭС, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные турбины и не использующие тепло отработавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называются конденсационными электростанциями (КЭС). В России КЭС исторически называется Государственная районная электрическая станция, или ГРЭС. На ГРЭС вырабатывается около 65% электроэнергии, производимой на ТЭС. Их КПД достигает 40 %. Самая крупная в мире Сургутская ГРЭС-2; её мощность 4,8 ГВт; мощность Рефтинской ГРЭС 3,8 ГВт.
ТПЭС, оснащённые теплофикационными турбинами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ); ими вырабатывается соответственно около 35 % электроэнергии, производимой на ТЭС. Благодаря более полному использованию тепловой энергии КПД ТЭЦ повышается до 60 - 65 %. Самые мощные ТЭЦ в России ТЭЦ-23 и ТЭЦ-25 Мосэнерго имеют мощность по 1410 МВт.
Промышленные газовые турбины появились значительно позже паровых турбин, так как для их изготовления требовались особые жаропрочные конструкционные материалы. На основе газовых турбин были созданы компактные и высокоманевренные газотурбинные установки (ГТУ). В камере сгорания ГТУ сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750 - 900° С поступают в газовую турбину, вращающую ротор электрогенератора. КПД таких ТЭС обычно составляет 26 - 28%, мощность - до нескольких сотен МВт. ГТУ не отличаются экономичностью из-за высокой температуры уходящих газов.
ТЭС с ГТУ применяются основном как резервные источники электроэнергии для покрытия пиков электрической нагрузки или для снабжения электричеством небольших населённых пунктов.Они позволяют электростанции работать при резкопеременной нагрузке ; могут часто останавливаться, обеспечивают быстрый пуск, высокую скорость набора мощности и достаточно экономичную работу в широком диапазоне нагрузки. Как правило, ГТУ уступают паротурбинным ТЭС по удельному расходу топлива и себестоимости электроэнергии. Стоимость строительно-монтажных работ на ТЭС с ГТУ уменьшается примерно в два раза, так как не нужно строить котельный цех и насосную. Самая мощная ТЭС с ГТУ ГРЭС-3 им. Классона (Московская обл.) имеет мощность 600 МВт.
Отработанные газы ГТУ имеют достаточно высокую температуру, вследствие чего ГТУ имеют невысокий КПД. В парогазовой установке (ПГУ), состоящей из паротурбинного и газотурбинного агрегатов , горячие газы ГТУ используются для нагревания воды в парогенераторе. Это электростанции комбинированного типа. КПД ТЭС с ПГУ достигает 42 - 45%. ПГУ в настоящее время самый экономичный двигатель, используемый для получения электроэнергии. К тому же это самый экологически чистый двигатель, что объясняется высоким КПД. Появились ПГУ чуть более 20 лет назад, однако, сейчас это самый динамичный сектор энергетики. Самые мощные энергоблоки с ПГУ в России: на Южной ТЭЦ С. Петербурга - 300 МВт и на Невинномысской ГРЭС - 170 МВт.
ТЭС с ГТУ и ПГУ также могут отпускать тепло внешним потребителям, то есть работать как ТЭЦ.
По технологической схеме паропроводов ТЭС делятся на блочные ТЭС и на ТЭС с поперечными связями .
Блочные ТЭС состоят из отдельных, как правило, однотипных энергетических установок - энергоблоков. В энергоблоке каждый котёл подаёт пар только для своей турбины, из которой он возвращается после конденсации только в свой котёл. По блочной схеме строят все мощные ГРЭС и ТЭЦ, которые имеют так называемый промежуточный перегрев пара. Работа котлов и турбин на ТЭС с поперечными связями обеспечивается по-другому: все котлы ТЭС подают пар в один общий паропровод (коллектор) и от него питаются все паровые турбины ТЭС. По такой схеме строятся КЭС без промежуточного перегрева и почти все ТЭЦ на докритические начальные параметры пара.
По уровню начального давления различают ТЭС докритического давления и сверхкритического давления (СКД).
Критическое давление - это 22,1 МПа (225,6 ат). В российской теплоэнергетике начальные параметры стандартизованы: ТЭС и ТЭЦ строятся на докритическое давление 8,8 и 12,8 МПа (90 и 130 ат), и на СКД - 23,5 МПа (240 ат). ТЭС на сверхкритические параметры по техническим причинам выполняются с промежуточным перегревом и по блочной схеме.
Эффективность работы ТЭС оценивается коэффициентом полезного действия (КПД) , который определяется отношением количества энергии, отпущенной за некоторое время к затраченной теплоте, содержащейся в сожжённом топливе. Наряду с КПД для оценки работы ТЭС используется также другой показатель - удельный расход условного топлива (условное топливо это топливо, имеющее теплоту сгорания = 7000 ккал/кг=29,33 МДж/кг). Между КПД и условным расходом топлива имеется связь .
Структура ТЭС
Основные элементы ТЭС (рис. 3.1):
u котельная установка , преобразующая энергию химических связей топлива и производящая водяной пар с высокими температурой и давлением;
u турбинная (паротурбинная) установка , преобразующая тепловую энергию пара в механическую энергию вращения ротора турбоагрегата;
u электрогенератор , обеспечивающий преобразование кинетической энергии вращения ротора в электрическую энергию.
Рисунок 3.1. Основные элементы ТЭС
Тепловой баланс ТЭС показан на рис. 3.2.
Рисунок 3.2. Тепловой баланс ТЭС
Основная потеря энергии на ТЭС происходит из-за передачи теплоты пара охлаждающей воде в конденсаторе ; с теплом пара теряется более 50 % теплоты (энергии).
3.3. Парогенератор (котёл)
Основным элементом котельной установки является парогенератор , представляющий собой П-образную конструкцию с газоходами прямоугольного сечения. Большую часть котла занимает топка; её стены облицованы экранами из труб, по которым подводится питательная вода. В парогенераторе производится сжигание топлива, при этом вода превращается в пар высокого давления и температуры. Для полного сгорания топлива в топку котла нагнетается подогретый воздух; для выработки 1 кВт ч электроэнергии требуется около 5 м 3 воздуха.
При горении топлива энергия его химических связей превращается в тепловую и лучистую энергию факела . В результате химической реакции сгорания, при которой углерод топлива С превращается в оксиды СО и СО 2 , сера S - в оксиды SO 2 и SO 3 и т.д., и образуются продукты сгорания топлива (дымовые газы). Охлаждённые до температуры 130 - 160 О С дымовые газы через дымовую трубу покидают ТЭС, уносят около 10 - 15% энергии (рис.3.2).
В настоящее время наиболее широко используются барабанные (рис.3.3,а) и прямоточные котлы (рис.3.3,б). В экранах барабанных котлов осуществляется многократная циркуляция питательной воды; отделение пара от воды происходит в барабане. В прямоточных котлах вода проходит по трубам экрана только один раз, превращаясь в сухой насыщенный пар (пар в котором нет капелек воды).
а ) б )
Рисунок 3.3. Схемы барабанного (а) и прямоточного (б) парагенераторов
В последнее время для повышения эффективности работы парогенераторов производят сжигание угля при внутри-цикловой газификации и в циркулирующем кипящем слое ; при этом КПД увеличивается на 2,5%.
Паровая турбина
Турби́на (фр. turbine от лат. turbo вихрь, вращение) - это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую энергию вращения ротора.
Попытки создать механизмы, похожие на паровые турбины, делались ещё тысячелетия назад. Известно описание паровой турбины, сделанное Героном Александрийским в 1-м веке до н. э., так называемая «турбина Герона» . Однако только в конце XIX века, когда термодинамика, машиностроение и металлургия достигли достаточного уровня Густаф Лаваль (Швеция) и Чарлз Парсонс (Великобритания) независимо друг от друга создали пригодные для промышленности паровые турбины . Для изготовления промышленной турбины требовалась значительно более высокая культура производства, чем для паровой машины.
В 1883 году Лаваль создал первую работающую паровую турбину . Его турбина представляла собой колесо, на лопатки которого подавался пар. Затем он дополнил сопла коническими расширителями; что значительно повысило КПД турбины и превратило её в универсальный двигатель. Пар, разогретый до высокой температуры, поступал из котла по паровой трубе к соплам и выходил наружу. В соплах пар расширялся до атмосферного давления. Благодаря увеличению объёма пара получалось значительное увеличение скорости вращения. Таким образом, заключённая в паре энергия передавалась лопастям турбины . Турбина Лаваля была намного экономичнее старых паровых двигателей.
В 1884 году Парсонс получил патент на многоступенчатую реактивную турбину , которую он создал специально для приведения в действие электрогенератора. В 1885 году он сконструировал многоступенчатую реактивную турбину (для повышения эффективности использования энергии пара), получившую в дальнейшем широкое применение на тепловых электростанциях.
Паровая турбина состоит из двух основных частей: ротора с лопатками - подвижная часть турбины; статора с соплами - неподвижная часть. Неподвижную часть выполняют разъёмной в горизонтальной плоскости для возможности выемки или монтажа ротора (рис.3.4.)
Рисунок 3.4. Вид простейшей паровой турбины
По направлению движения потока пара различают аксиальные паровые турбины , у которых поток пара движется вдоль оси турбины, и радиальные , направление потока пара в которых - перпендикулярно, а рабочие лопатки расположены параллельно оси вращения. В России и странах СНГ используются только аксиальные паровые турбины.
По способу действия пара турбины делятся на: активные , реактивные и комбинированные . В активной турбине используется кинетическая энергия пара, в реактивной: кинетическая и потенциальная .
Современные технологии позволяют поддерживать частоту вращения с точностью до трёх оборотов в минуту. Паровые турбины для электростанций рассчитываются на 100 тыс. часов работы (до капитального ремонта). Паровая турбина является одним из самых дорогих элементов ТЭС.
Достаточно полное использование энергии пара в турбине может быть достигнуто только при работе пара в ряде последовательно расположенных турбинах, которые называются ступенями или цилиндрами
. В многоцилиндровых турбинах можно снизить скорость вращения рабочих дисков. На рис.3.5 показана трёхцилиндровая турбина (без кожуха). К первому цилиндру - цилиндру высокого давления (ЦВД) 4 пар подводится по паропроводам 3 непосредственно из котла и поэтому он имеет высокие параметры: для котлов СКД - давление 23, 5 МПа, температура 540 О С. На выходе ЦВД давление пара составляет 3-3,5 МПа (30 - 35 ат), а температура - 300 О - 340 О С.
Рисунок 3.5. Трёхцилиндровая паровая турбина
Для снижения эрозии лопаток турбины (влажным паром) из ЦВД относительно холодный пар возвращается обратно в котёл , в так называемый промежуточный пароперегреватель; в нём температура пара повышается до исходной (540 О С). Вновь нагретый пар подаётся по паропроводам 6 в цилиндр среднего давления (ЦСД) 10. После расширения пара в ЦСД до давления 0,2 - 0,3 МПа (2 - 3 ат) пар с помощью выхлопных труб подаётся в ресиверные трубы 7, из которых направляется в цилиндр низкого давления (ЦНД) 9. Скорость течения пара в элементах турбины 50-500 м/с. Лопатка последней ступени турбины имеет длину 960 мм и массу 12 кг.
КПД тепловых машин и паровой идеальной турбины, в частности, определяется выражением:
,
где - теплота, полученная рабочим телом от нагревателя, - теплота, отданная холодильнику. Сади Карно в 1824 г. теоретически получил выражение для предельного (максимального) значение КПД тепловой машины с рабочим телом в виде идеального газа
,
где - температура нагревателя, - температура холодильника, т.е. температуры пара на входе и выходе турбины соответственно, измеряемые градусах Кельвина (К). Для реальных тепловых двигателей .
Для повышения КПД турбины понижать нецелесообразно ; это связано с дополнительным расходом энергии. Поэтому для увеличения КПД можно увеличить . Однако для современного развития технологий здесь уже достигнут предел.
Современные паровые турбины делятся на: конденсационные и теплофикационные . Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части энергии (теплоты) пара в механическую энергию. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование).
Тепловые электростанции, на которых установлены конденсационные турбины, называются конденсационными электрическими станциями (КЭС). Основной конечный продукт таких электростанций - электроэнергия. Лишь небольшая часть тепловой энергии используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего населённого пункта. Обычно это посёлок энергетиков. Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности. Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.
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). Теплофикационные паровые турбины делятся на: турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара и 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. У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1-й или 2-й промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.
Турбины являются самыми сложными элементами ТЭС. Сложность создания турбин определяется не только высокими технологическими требованиями к изготовлению, материалами и т.п., но главным образом, чрезвычайной наукоёмкостью . В настоящее время число стран выпускающих мощные паровые турбины не превышает десяти. Наиболее сложным элементом является ЦНД. Основными производителями турбин в России является Ленинградский металлический завод (г. С. Петербург) и турбомоторный завод (г. Екатеринбург).
Низкое значение КПД паровых турбин и обусловливает эффективность его первоочередного повышения. Поэтому именно паротурбинной установке ниже уделяется основное внимание.
Основными потенциальными методами повышения экономичности паровых турбин являются:
· аэродинамическое совершенствование паровой турбины;
· совершенствование термодинамического цикла, главным образом, путём повышения параметров пара, поступающего из котла, и снижения давления пара, отработавшего в турбине;
· совершенствование и оптимизация тепловой схемы и её оборудования.
Аэродинамическое совершенствование турбин за рубежом в последние 20 лет обеспечивалось с помощью трёхмерного компьютерного моделирования турбин. Прежде всего, необходимо отметить разработку саблевидных лопаток . Саблевидными лопатками называются изогнутые лопатки, напоминающие по внешнему виду саблю (в зарубежной литературе используются термины «банановая» и «трёхмерная»).
Фирма Siemens использует «трёхмерные» лопатки для ЦВД и ЦСД (рис. 3.6), где лопатки имеют малую длину, но зато относительно большую зону высоких потерь в корневой и периферийных зонах. По оценкам фирмы Siemens использование пространственных лопаток в ЦВД и ЦСД позволяет увеличить их КПД на 1 - 2 % по сравнению с цилиндрами, созданными в 80-е годы прошлого века.
Рисунок 3.6. «Трёхмерные» лопатки для ЦВД и ЦСД фирмы Siemens
На рис. 3.7 показаны три последовательных модификации рабочих лопаток для ЦВД и первых ступеней ЦНД паровых турбин для АЭС фирмы GEC-Alsthom : обычная («радиальная») лопатка постоянного профиля (рис. 3.7, а ), используемая в наших турбинах; саблевидная лопатка (рис. 3.7, б ) и, наконец, новая лопатка с прямой радиальной выходной кромкой (рис. 3.7, в ). Новая лопатка обеспечивает КПД на 2 % больший, чем исходная (рис. 3.7, а ).
Рисунок 3.7. Рабочие лопатки для паровых турбин для АЭС фирмы GEC-Alsthom
Конденсатор
Отработанный в турбине пар (давление на выходе ЦНД составляет 3 - 5 кПа, что в 25 - 30 раз меньше атмосферного) поступает в конденсатор . Конденсатор представляет собой теплообменник, по трубам которого непрерывно циркулирует охлаждающая вода, подаваемая циркуляционными насосами из водохранилища. На выходе из турбины с помощью конденсатора поддерживается глубокий вакуум. На рис.3.8 показан двухходовой конденсатор мощной паровой турбины.
Рисунок 3.8. Двухходовой конденсатор мощной паровой турбины
Конденсатор состоит из стального сварного корпуса 8, по краям которого в трубной доске закреплены конденсаторные трубки 14. Конденсат собирается в конденсаторе и постоянно откачивается конденсатными насосами .
Для подвода и отвода охлаждающей воды служит передняя водяная камера 4. Вода подаётся снизу в правую часть камеры 4 и через отверстия в трубной доске попадает в охлаждающие трубки, по которым движется до задней (поворотной) камеры 9. Пар поступает в конденсатор сверху, встречается с холодной поверхностью и конденсируется на них. Поскольку конденсация идёт при низкой температуре, которой соответствует низкое давление конденсации, то в конденсаторе создаётся глубокое разряжение (в 25-30 раз меньше атмосферного давления).
Для того чтобы конденсатор обеспечивал низкое давление за турбиной, и, соответственно, конденсацию пара требуется большое количество холодной воды. Для выработки 1 кВт ч электроэнергии требуется приблизительно 0,12 м 3 воды; один энергоблок НчГРЭС за 1с использует 10 м 3 воды. Поэтому ТЭС строят либо вблизи природных источников воды, либо строят искусственные водоёмы. В случае невозможности использования большого количества воды для конденсации пара, вместо использования водохранилища, вода может охлаждаться в специальных охладительных башнях - градирнях , которые благодаря своим размерам обычно являются самой заметной частью электростанции (рис.3.9).
Из конденсатора с помощью питательного насоса конденсат возвращается в парогенератор.
Рисунок 3.9. Внешний вид градирни ТЭЦ
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ЛЕКЦИИ 3
1. Структурная схема ТЭС и назначение её элементов – 3 балла.
2. Тепловая схема ТЭС – 3 балла.
3. Тепловой баланс ТЭС – 3 балла.
4. Парогенератор ТЭС. Назначение, типы, структурная схема, КПД – 3 балла.
5. Параметры пара на ТЭС – 5 баллов
6. Паровая турбина. Устройство. Разработки Лаваля и Парсонса – 3 балла.
7. Многоцилиндровые турбины – 3 балла.
8. КПД идеальной турбины – 5 баллов.
9. Конденсационные и теплофикационные паровые турбины – 3 балла.
10. Чем отличается КЭС от ТЭЦ? КПД КЭС и ТЭЦ – 3 балла.
11. Конденсатор ТЭС – 3 балла.
ОРГАНИЗАЦИОННО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ (ТЭС)
В зависимости от мощности оборудования и схем технологических связей между стадиями производства на современных ТЭС различают цеховую, бесцеховую и блочно-цеховую организационно-производственные структуры.
Цеховая организационно-производственная структура предусматривает деление технологического оборудования и территории ТЭС на отдельные участки и закрепление их за специализированными подразделениями – цехами, лабораториями. В этом случае основной структурной единицей является цех. Цехи в зависимости от их участия в производстве разделяют на основные и вспомогательные. Кроме того ТЭС могут иметь в своем составе и непромышленные хозяйства (жилищное и подсобное хозяйства, детские сады, дома отдыха санатории и т.д.).
Основные цеха принимают непосредственное участие в производстве энергии. К ним относят топливно-транспортный, котельный, турбинный, электрический и химический цехи.
В состав топливно-транспортного цеха включают участки железнодорожного хозяйства и топливоподачи со складом топлива. Этот цех организуют на электростанциях, которые сжигают твердое топливо или мазут при его доставке железнодорожным транспортом.
В состав котельного цеха включают участки подачи жидкого или газообразного топлива, пылеприготовление, золоудаление.
В турбинный цех входят: теплофикационное отделение, центральная насосная и водное хозяйство.
При двухцеховой производственной структуре, а также на крупных ТЭС котельный и турбинный цехи объединяют в единый котлотурбинный цех (КТЦ).
В ведении электрического цеха находятся: все электрическое оборудование ТЭС, электротехническая лаборатория, масляное хозяйство, электроремонтная мастерская.
Химический цех включает в себя химическую лабораторию и химическую водоочистку.
Вспомогательные цехи обслуживают основное производство. К ним относят: цех централизованного ремонта, ремонтно-строительный, тепловой автоматики и связи.
Непромышленные хозяйства непосредственно не связаны с производством энергии и обслуживают бытовые нужды работников ТЭС.
Бесцеховая организационно-производственная структура предусматривает специализацию подразделений на выполнении основных производственных функций: эксплуатация оборудования, его ремонтного обслуживания, технологического контроля. Это обуславливает создание вместо цехов производственных служб: эксплуатации, ремонтов, контроля и усовершенствования оборудования. В свою очередь, производственные службы делятся на специализированные участки.
Создание блочно-цеховой организационно-производственной структуры обусловлено появлением комплексных энергетических агрегатов-блоков. Оборудование блока осуществляет несколько фаз энергетического процесса – сжигание топлива в парогенераторе, производство электроэнергии в турбогенераторе, а иногда и ее преобразование в трансформаторе. В отличие от цеховой при блочно-цеховой структуре основным производственным подразделением электростанции являются блоки. Их включают в состав КТЦ, которые занимаются централизованной эксплуатацией основного и вспомогательного оборудования котлотурбинных блоков. Блочно-цеховая структура предусматривает сохранение основных и вспомогательных цехов, имеющих место при цеховой структуре, например топливно-транспортный цех (ТТЦ), химический и др.
Все типы организационно-производственной структуры предусматривают осуществление управления производством на основе единоначалия. На каждой ТЭС существует административно-хозяйственное, производственно-техническое и оперативно-диспетчерское управление.
Административно-хозяйственным руководителем ТЭС является директор, техническим ру4ководителем – главный инженер. Оперативно-диспетчерское управление осуществляет дежурный инженер электростанции. В оперативном отношении он подчинен дежурному диспетчеру ЭЭС.
Наименование и количество структурных подразделений, и необходимость введения отдельных должностей определяют в зависимости от нормативной численности промышленно-производственного персонала электростанции.
Указанные технологические и организационно-экономические особенности электроэнергетического производства сказываются на содержании и задачах управления деятельностью энергетических предприятий и объединений.
Главное требование, которое предъявляется к электроэнергетики, – это надежное и бесперебойное энергоснабжение потребителей, покрытие требуемого графика нагрузки. Это требование трансформируется в специфические показатели, которыми оценивается участие электростанции и сетевых предприятий в выполнении производственной программы энергообъединений.
Для электростанции устанавливается готовность к несению нагрузки, которая задается диспетчерским графиком. Для сетевых предприятий устанавливается график ремонтов оборудования и сооружений. В плане задаются и другие технико-экономические показатели: удельные расходы топлива на электростанциях, снижение потерь энергии в сетях, финансовые показатели. Однако производственная программа энергетических предприятий не может быть жестко определенна объемом производства или отпуска электрической энергии и теплоты. Это нецелесообразно из-за исключительной динамичности потребления и соответственно производства энергии.
Тем не менее, объем производства энергии является важным расчетным показателем, который определяет уровень многих других показателей (например, себестоимости) и результаты хозяйственной деятельности.
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.
Определение
Градирня
Характеристики
Классификация
Теплоелектроцентраль
Устройство мини-ТЭЦ
Назначение мини-ТЭЦ
Использование тепла мини-ТЭЦ
Топливо для мини-ТЭЦ
Мини-ТЭЦ и экология
Газотурбинный двигатель
Парогазовая установка
Принцип действия
Преимущества
Распространение
Конденсационная электростанция
История
Принцип работы
Основные системы
Влияние на окружающую среду
Современное состояние
Верхнетагильская ГРЭС
Каширская ГРЭС
Псковская ГРЭС
Ставропольская ГРЭС
Смоленская ГРЭС
Теплова́яэлектроста́нция это (или теплова́я электри́ческая ста́нция) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.
Основными узлами тепловой электрической станции являются:
Двигатели — силовые агрегаты тепловой электро станции
Электрогенераторы
Теплообменники ТЭС - теплоэлектростанции
Градирни.
Градирня
Гради́рня (нем. gradieren — сгущать соляной раствор; первоначально градирни служили для добычи соли выпариванием) — устройство для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями.
В настоящее время градирни в основном применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения теплообменных аппаратов (как правило, на тепловых электростанциях, ТЭЦ). В гражданском строительстве градирни используются при кондиционировании воздуха, например, для охлаждения конденсаторов холодильных установок, охлаждения аварийных электрогенераторов. В промышленности градирни используются для охлаждения холодильных машин, машин-формовщиков пластических масс, при химической очистке веществ.
Охлаждения происходит за счёт испарения части воды при стекании её тонкой плёнкой или каплями по специальному оросителю, вдоль которого в противоположном движению воды направлении подаётся поток воздуха. При испарении 1 % воды, температура оставшейся понижается на 5,48 °C.
Как правило, градирни используют там, где нет возможности использовать для охлаждения большие водоёмы (озёра, моря). Кроме того, данный способ охлаждения экологически более чистый.
Простой и дешёвой альтернативой градирням являются брызгальные бассейны, где вода охлаждается простым разбрызгиванием.
Характеристики
Основной параметр градирни — величина плотности орошения — удельная величина затраты воды на 1 мІ площади орошения.
Основные конструктивные параметры градирен определяются технико-экономическим расчётом в зависимости от объёма и температуры охлаждаемой воды и параметров атмосферы (температуры, влажности и т. д.) в месте установки.
Использование градирен в зимнее время, особенно в суровых климатических условиях, может быть опасно из-за вероятности обмерзания градирни. Происходит это чаще всего в том месте, где происходит соприкосновение морозного воздуха с небольшим количеством теплой воды. Для предотвращения обмерзания градирни и, соответственно, выхода её из строя следует обеспечивать равномерное распределение охлаждаемой воды по поверхности оросителя и следить за одинаковой плотностью орошения на отдельных участках градирни. Нагнетательные вентиляторы тоже часто подвергаются обледенению из-за неправильного использования градирни.
Классификация
В зависимости от типа оросителя, градирни бывают:
плёночные;
капельные;
брызгальные;
По способу подачи воздуха:
вентиляторные (тяга создаётся вентилятором);
башенные (тяга создаётся при помощи высокой вытяжной башни);
открытые (атмосферные), использующие силу ветра и естественную конвекцию при движении воздуха через ороситель.
Вентиляторные градирни наиболее эффективны с технической точки зрения, так как обеспечивают более глубокое и качественное охлаждение воды, выдерживают большие удельные тепловые нагрузки (однако требуют издержек электрической энергии для привода вентиляторов).
Типы
Котлотурбинные электростанции
Конденсационные электростанции (ГРЭС)
Теплоэлектроцентрали (теплофикационные электростанции, ТЭЦ)
Газотурбинные электростанции
Электростанции на базе парогазовых установок
Электростанции на основе поршневых двигателей
С воспламенением от сжатия (дизель)
C воспламенением от искры
Комбинированного цикла
Теплоелектроцентраль
Теплоэлектроцентра́ль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая производит не только электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов). Как правило, ТЭЦ должна работать по теплофикационному графику, то есть выработка электрической энергии зависит от выработки тепловой энергии.
При размещении ТЭЦ учитывается близость потребителей тепла в виде горячей воды и пара.
Мини-ТЭЦ
Мини-ТЭЦ — малая теплоэлектроцентраль.
Устройство мини-ТЭЦ
Мини-ТЭЦ — это теплосиловые установки, служащие для совместного производства электрической и тепловой энергии в агрегатах единичной мощностью до 25 МВт, независимо от вида оборудования. В настоящее время нашли широкое применение в зарубежной и отечественной теплоэнергетике следующие установки: противодавленческие паровые турбины, конденсационные паровые турбины с отбором пара, газотурбинные установки с водяной или паровой утилизацией тепловой энергии, газопоршневые, газодизельные и дизельные агрегаты с утилизацией тепловой энергии различных систем этих агрегатов. Термин когенерационные установки используется в качестве синонима терминов мини-ТЭЦ и ТЭЦ, однако он является более широким по значению, так как предполагает соместное производство (co — совместное, generation — производство) различных продуктов, которыми могут быть, как электрическая и тепловая энергия, так и другие продукты, например, тепловая энергия и углекислый газ, электрическая энергия и холод и т. д. Фактически термин тригенерация, предполагающий производство электричества, тепловой энергии и холода также является частным случаем когенерации. Отличительной особенностью мини-ТЭЦ является более экономичное использование топлива для произведенных видов энергии в сравнении с общепринятыми раздельными способами их производства. Это связано с тем, что электроэнергия в масштабах страны производится в основном в конденсационных циклах ТЭС и АЭС, имеющих электрический КПД на уровне 30-35 % при отсутствии теплового приобретателя . Фактически такое положение дел определяется сложившимся соотношением электрических и тепловых нагрузок населенных пунктов, их различным характером изменения в течение года, а также невозможностью передавать тепловую энергию на большие расстояния в отличие от электрической энергии.
Модуль мини-ТЭЦ включает газопоршневой, газотурбинный или дизельный двигатель, генератор электричества , теплообменник для утилизации тепла от воды при охлаждении двигателя, масла и выхлопных газов. К мини-ТЭЦ обычно добавляют водогрейный котел для компенсации тепловой нагрузки в пиковые моменты.
Назначение мини-ТЭЦ
Основное предназначение мини-ТЭЦ является выработка электрической и тепловой энергии из различных видов топлива.
Концепция строительства мини-ТЭЦ в непосредственной близости к приобретателю имеет ряд преимуществ (в сравнении с большими ТЭЦ):
позволяет избежать расходов на строитпреимуществогостоящих и опасных высоковольтных линий электропередач (ЛЭП);
исключаются потери при передаче энергии;
отпадает необходимость финансовых издержек на выполнение технических условий на подключение к сетям
централизованного электроснабжения;
бесперебойное снабжение электричеством приобретателя;
электроснабжение качественной электричеством, соблюдение заданных значений напряжения и частоты;
возможно, получение прибыли.
В современном мире строительство мини-ТЭЦ набирает обороты, преимущества очевидны.
Использование тепла мини-ТЭЦ
Значимую часть энергии сгорания топлива при выработке электричества составляет тепловая энергия.
Существует варианты использования тепла:
непосредственное использование тепловой энергии конечными потребителями (когенерация);
горячее водоснабжение (ГВС), отопление, технологические нужды (пар);
частичное преобразование тепловой энергии в энергию холода (тригенерация);
холод вырабатывается абсорбционной холодильной машиной, потребляющей не электрическую, а тепловую энергию, что дает возможность достаточно эффективно использовать тепло летом для кондиционирования помещений или для технологических нужд;
Топливо для мини-ТЭЦ
Виды используемого топлива
газ: магистральный, Природный газ сжиженный и другие горючие газы;
жидкое топливо: , дизтопливо, биодизель и другие горючие жидкости;
твердое топливо: уголь, древесина, торф и прочие разновидности биотоплива.
Наиболее эффективным и недорогим топливом в Российской Федерации является магистральный Природный газ , а так же попутный газ.
Мини-ТЭЦ и экология
Использование в практических целях отработавшего тепла двигателей электростанций, является отличительной особенностью мини-ТЭЦ и носит название когенерация (теплофикация).
Комбинированное производство энергии двух видов на мини - тэц способствуют гораздо более экологичному использованию топлива по сравнению с раздельной выработкой электричества и тепловой энергии на котельных установках.
Замена котельных, нерационально использующих топливо и загрязняющих атмосферу городов и посёлков, мини-ТЭЦ способствует не только значительной экономии топлива, но и повышению чистоты воздушного бассейна, улучшению общего экологического состояния.
Источник энергии для газопоршневых и газотурбинных мини-ТЭЦ, как правило, . Природный или попутный газ органическое топливо, не загрязняющее атмосферу твёрдыми выбросами
Газотурбинный двигатель
Газотурбинный двигатель (ГТД, ТРД) — тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа.
Сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подаётся топливо, которое, сгорая, образует большое количество продуктов сгорания под высоким давлением. Затем в газовой турбине энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счёт вращения струёй газа лопаток, часть которой расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на приводимый агрегат. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТД. Газотурбинные двигатели имеют самую большую удельную мощность среди ДВС, до 6 кВт/кг.
Простейший газотурбинный двигатель имеет только одну турбину, которая приводит компрессор и одновременно является источником полезной мощности. Это накладывает ограничение на режимы работы двигателя.
Иногда двигатель выполняется многовальным. В этом случае имеется несколько последовательно стоящих турбин, каждая из которых приводит свой вал. Турбина высокого давления (первая после камеры сгорания) всегда приводит компрессор двигателя, а последующие могут приводить как внешнюю нагрузку (винты вертолёта или корабля, мощные электрогенераторы и т.д.), так и дополнительные компрессоры самого двигателя, расположенные перед основным.
Преимущество многовального двигателя в том, что каждая турбина работает при оптимальном числе оборотов и нагрПреимущество грузке, приводимой от вала одновального двигателя, была бы очень плоха приемистость двигателя, то есть способность к быстрой раскрутке, так как турбине требуется поставлять мощность и для обеспечения двигателя большим количеством воздуха (мощность ограничивается количеством воздуха), и для разгона нагрузки. При двухвальной схеме легкий ротор высокого давления быстро выходит на режим, обеспечивая двигатель воздухом, а турбину низкого давления большим количеством газов для разгона. Также есть возможность использовать менее мощный стартер для разгона при пуске только ротора высокого давления.
Парогазовая установка
Парогазовая установка — электрогенерирующая станция, служащая для производства тепло- и электричества. Отличается от паросиловых и газотурбинных установок повышенным КПД.
Принцип действия
Парогазовая установка состоит из двух отдельных установок: паросиловой и газотурбинной. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. Топливом может служить как Природный газ, так и продукты нефтяной промышленности (мазут , солярка). На одном валу с турбиной находится первый генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газотурбину, продукты сгорания отдают ей лишь часть своей энергии и на выходе из газотурбины все ещё имеют высокую температуру. С выхода из газотурбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине (температура дымовых газов около 500 градусов по Цельсию позволяет получать перегретый пар при давлении около 100 атмосфер). Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор.
Преимущества
Парогазовые установки имеют электрический КПД порядка 51—58 %, в то время как у работающих отдельно паросиловых или газотурбинных установок он колеблется в районе 35—38 %. Благодаря этому не только снижается затрата топлива, но и уменьшается выброс парниковых газов.
Поскольку парогазовая установка более эффективно извлекает тепло из продуктов сгорания, можно сжигать топливо при более высоких температурах, в результате уровень выбросов оксида азота в атмосферу ниже чем у установок других типов.
Относительно низкая стоимость производства.
Распространение
Несмотря на то, что преимущества парогазового цикла были впервые доказаны еще в 1950-х годах советским академиком Христиановичем, этот тип энергогенерирующих установок не получил в Российской Федерации широкого применения. В СССР были построены несколько экспериментальных ПГУ. Примером могут служить энергоблоки мощностью 170 МВт на Невинномысской ГРЭС и мощностью 250 МВт на Молдавской ГРЭС. В последние годы в Российской Федерации введены в эксплуатацию ряд мощных парогазовых энергоблоков. Среди них:
2 энергоблока мощностью 450 МВт каждый на Северо-западной ТЭЦ в Санкт-Петербурге;
1 энергоблок мощностью 450 МВт на Калининградской ТЭЦ-2;
1 ПГУ мощностью 220 МВт на Тюменской ТЭЦ-1;
2 ПГУ мощностью 450 МВт на ТЭЦ-27 и 1 ПГУ на ТЭЦ-21 в Москве;
1 ПГУ мощностью 325 МВт на Ивановской ГРЭС;
2 энергоблока мощностью 39 МВт каждый на Сочинской ТЭС
По состоянию на сентябрь 2008 г. в Российской Федерации в различных стадиях проектирования или строительства находятся несколько ПГУ.
В Европе и США подобные установки функционируют на большинстве тепловых электростанций.
Конденсационная электростанция
Конденсационная электростанция (КЭС) — тепловая электростанция, производящая только электрическую энергию. Исторически получила наименование «ГРЭС» — государственная районная электростанция. С течением времени термин «ГРЭС» потерял свой первоначальный смысл («районная») и в современном понимании означает, как правило, конденсационную электростанцию (КЭС) большой мощности (тысячи МВт), работающую в объединённой энергосистеме наряду с другими крупными электростанциями. Однако следует учитывать, что не все станции, имеющие в своём названии аббревиатуру «ГРЭС», являются конденсационными, некоторые из них работают как теплоэлектроцентрали.
История
Первая ГРЭС «Электропередача», сегодняшняя «ГРЭС-3», сооружена под Москвой в г. Электрогорске в 1912—1914 гг. по инициативе инженера Р. Э. Классона. Основное топливо — торф, мощность — 15 МВт. В 1920-х планом ГОЭЛРО предусматривалось строительство нескольких тепловых электростанций, среди которых наиболее известна Каширская ГРЭС.
Принцип работы
Вода, нагреваемая в паровом котле до состояния перегретого пара (520—565 градусов Цельсия), вращает паровую турбину, приводящую в движение турбогенератор.
Избыточное тепло выбрасывается в атмосферу (близлежащие водоёмы) через конденсационные установки в отличие от теплофикационных электростанций, отдающих избыточное тепло на нужды близлежащих объектов (например, отопление домов).
Конденсационная электростанция как правило работает по циклу Ренкина.
Основные системы
КЭС является сложным энергетическим комплексом, состоящим из зданий, сооружений, энергетического и иного оборудования, трубопроводов, арматуры, контрольно-измерительных приборов и автоматики. Основными системами КЭС являются:
котельная установка;
паротурбинная установка;
топливное хозяйство;
система золо- и шлакоудаления, очистки дымовых газов;
электрическая часть;
техническое водоснабжение (для отвода избыточного тепла);
система химической очистки и подготовки воды.
При проектировании и строительстве КЭС ее системы размещаются в зданиях и сооружениях комплекса, в первую очередь в главном корпусе. При эксплуатации КЭС персонал, управляющий системами, как правило, объединяется в цеха (котлотурбинный, электрический, топливоподачи, химводоподготовки, тепловой автоматики и т. п.).
Котельная установка располагается в котельном отделении главного корпуса. В южных районах Российской Федерации котельная установка может быть открытой, то есть не иметь стен и крыши. Установка состоит из паровых котлов (парогенераторов) и паропроводов. Пар от котлов передается турбинам по паропроводам «острого» пара. Паропроводы различных котлов, как правило, не соединяются поперечными связями. Такая схема называется «блочной».
Паротурбинная установка располагается в машинном зале и в деаэраторном (бункерно-деаэраторном) отделении главного корпуса. В нее входят:
паровые турбины с электрическим генератором на одном валу;
конденсатор, в котором пар, прошедший турбину, конденсируется с образованием воды (конденсата);
конденсатные и питательные насосы, обеспечивающие возврат конденсата (питательной воды) к паровым котлам;
рекуперативные подогреватели низкого и высокого давления (ПНД и ПВД) — теплообменники, в которых питательная вода подогревается отборами пара от турбины;
деаэратор (служащий также ПНД), в котором вода очищается от газообразных примесей;
трубопроводы и вспомогательные системы.
Топливное хозяйство имеет различный состав в зависимости от основного топлива, на которое рассчитана КЭС. Для угольных КЭС в топливное хозяйство входят:
размораживающее устройство (т. н. «тепляк», или «сарай») для оттаивания угля в открытых полувагонах;
разгрузочное устройство (как правило, вагоноопрокидыватель);
угольный склад, обслуживаемый краном-грейфером или специальной перегрузочной машиной;
дробильная установка для предварительного измельчения угля;
конвейеры для перемещения угля;
системы аспирации, блокировки и другие вспомогательные системы;
система пылеприготовления, включая шаровые, валковые, или молотковые углеразмольные мельницы.
Система пылеприготовления, а также бункера угля располагаются в бункерно-деаэраторном отделении главного корпуса, остальные устройства топливоподачи — вне главного корпуса. Изредка устраивается центральный пылезавод. Угольный склад рассчитывается на 7-30 дней непрерывной работы КЭС. Часть устройств топливоподачи резервируется.
Топливное хозяйство КЭС на Природном газе наиболее просто: в него входит газораспределительный пункт и газопроводы. Однако на таких электростанциях в качестве резервного или сезонного источника используется мазут , поэтому устраивается и мазутное хозяйство. Мазутное хозяйство сооружается и на угольных электростанциях, где применяется для растопки котлов. В мазутное хозяйство входят:
приемно-сливное устройство;
мазутохранилище со стальными или железобетонными резервуарами;
мазутная насосная станция с подогревателями и фильтрами мазута;
трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой;
противопожарная и другие вспомогательные системы.
Система золошлакоудаления устраивается только на угольных электростанциях. И зола, и шлак — негорючие остатки угля, но шлак образуется непосредственно в топке котла и удаляется через лётку (отверстие в шлаковой шахте), а зола уносится с дымовыми газами и улавливается уже на выходе из котла. Частицы золы имеют значительно меньшие размеры (порядка 0,1 мм), чем куски шлака (до 60 мм). Системы золошлакоудаления могут быть гидравлические, пневматические или механические. Наиболее распространённая система оборотного гидравлического золошлакоудаления состоит из смывных аппаратов, каналов, багерных насосов, пульпопроводов, золошлакоотвалов, насосных и водоводов осветлённой воды.
Выброс дымовых газов в атмосферу является наиболее опасным воздействием тепловой электростанции на окружающую природу. Для улавливания золы из дымовых газов после дутьевых вентиляторов устанавливают фильтры различных типов (циклоны, скрубберы, электрофильтры, рукавные тканевые фильтры), задерживающие 90—99 % твердых частиц. Однако для очистки дыма от вредных газов они непригодны. За рубежом, а в последнее время и на отечественных электростанциях (в том числе газо-мазутных), устанавливают системы десульфуризации газов известью или известняком (т. н. deSOx) и каталитического восстановления оксидов азота аммиаком (deNOx). Очищенный дымовой газ выбрасывается дымососом в дымовую трубу, высота которой определяется из условий рассеивания оставшихся вредных примесей в атмосфере.
Электрическая часть КЭС предназначена для производства электрической энергии и её распределения потребителям. В генераторах КЭС создается трехфазный электрический ток напряжением обычно 6—24 кВ. Так как с повышением напряжения потери энергии в сетях существенно уменьшаются, то сразу после генераторов устанавливаются трансформаторы, повышающие напряжение до 35, 110, 220, 500 и более кВ. Трансформаторы устанавливаются на открытом воздухе. Часть электрической энергии расходуется на собственные нужды электростанции. Подключение и отключение отходящих к подстанциям и потребителям линий электропередачи производится на открытых или закрытых распределительных устройствах (ОРУ, ЗРУ), оснащенных выключателями, способными соединять и разрывать электрическую цепь высокого напряжения без образования электрической дуги.
Система технического водоснабжения обеспечивает подачу большого количества холодной воды для охлаждения конденсаторов турбин. Системы разделяются на прямоточные, оборотные и смешанные. В прямоточных системах вода забирается насосами из естественного источника (обычно из реки) и после прохождения конденсатора сбрасывается обратно. При этом вода нагревается примерно на 8—12 °C, что в ряде случаев изменяет биологическое состояние водоёмов. В оборотных системах вода циркулирует под воздействием циркуляционных насосов и охлаждается воздухом. Охлаждение может производиться на поверхности водохранилищ-охладителей или в искусственных сооружениях: брызгальных бассейнах или градирнях.
В маловодных районах вместо системы технического водоснабжения применяются воздушно-конденсационные системы (сухие градирни), представляющие собой воздушный радиатор с естественной или искусственной тягой. Это решение обычно вынужденное, так как они дороже и менее эффективны с точки зрения охлаждения.
Система химводоподготовки обеспечивает химическую очистку и глубокое обессоливание воды, поступающей в паровые котлы и паровые турбины, во избежание отложений на внутренних поверхностях оборудования. Обычно фильтры, ёмкости и реагентное хозяйство водоподготовки размещается во вспомогательном корпусе КЭС. Кроме того, на тепловых электростанциях создаются многоступенчатые системы очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, маслами, водами обмывки и промывки оборудования, ливневыми и талыми стоками.
Влияние на окружающую среду
Воздействие на атмосферу. При горении топлива потребляется большое количество кислорода, а также происходит выброс значительного количества продуктов сгорания таких как: летучая зола, газообразные окислы серы азота, часть которых имеет большую химическую активность.
Воздействие на гидросферу. Прежде всего сброс воды из конденсаторов турбин, а также промышленные стоки.
Воздействие на литосферу. Для захоронения больших масс золы требуется много места. Данные загрязнения снижаются использованием золы и шлаков в качестве строительных материалов.
Современное состояние
В настоящее время в Российской Федерации работают типовые ГРЭС мощностью 1000—1200, 2400, 3600 МВт и несколько уникальных, используются агрегаты по 150, 200, 300, 500, 800 и 1200 МВт. Среди них следующие ГРЭС (входящие в состав ОГК):
Верхнетагильская ГРЭС — 1500 МВт;
Ириклинская ГРЭС — 2430 МВт;
Каширская ГРЭС — 1910 МВт;
Нижневартовская ГРЭС — 1600 МВт;
Пермская ГРЭС — 2400 МВт;
Уренгойская ГРЭС — 24 МВт.
Псковская ГРЭС — 645 МВт;
Серовская ГРЭС — 600 МВт;
Ставропольская ГРЭС — 2400 МВт;
Сургутская ГРЭС-1 — 3280 МВт;
Троицкая ГРЭС — 2060 МВт.
Гусиноозёрская ГРЭС — 1100 МВт;
Костромская ГРЭС — 3600 МВт;
Печорская ГРЭС — 1060 МВт;
Харанорская ГРЭС — 430 МВт;
Черепетская ГРЭС — 1285 МВт;
Южноуральская ГРЭС — 882 МВт.
Берёзовская ГРЭС — 1500 МВт;
Смоленская ГРЭС — 630 МВт;
Сургутская ГРЭС-2 — 4800 МВт;
Шатурская ГРЭС — 1100 МВт;
Яйвинская ГРЭС — 600 МВт.
Конаковская ГРЭС — 2400 МВт;
Невинномысская ГРЭС — 1270 МВт;
Рефтинская ГРЭС — 3800 МВт;
Среднеуральская ГРЭС — 1180 МВт.
Киришская ГРЭС — 2100 МВт;
Красноярская ГРЭС-2 — 1250 МВт;
Новочеркасская ГРЭС — 2400 МВт;
Рязанская ГРЭС (блоки № 1-6 — 2650 МВт и блок № 7 (вошедшая в состав Рязанской ГРЭС бывшая ГРЭС-24 — 310 МВт) — 2960 МВт;
Череповецкая ГРЭС — 630 МВт.
Верхнетагильская ГРЭС
Верхнетаги́льская ГРЭС — тепловая электростанция в Верхнем Тагиле (Свердловская область), работающая в составе «ОГК-1». В эксплуатации с 29 мая 1956 года.
Станция включает 11 энергоблоков электрической мощностью 1497 МВт и тепловой — 500 Гкал/ч. Топливо станции: Природный газ (77 %), уголь (23 %). Численность персонала — 1119 человек.
Строительство станции проектной мощностью 1600 МВт началось в 1951 году. Целью строительства было обеспечение тепловой и электрической энергией Новоуральского электрохимического комбината. В 1964 году электростанция достигла проектной мощности.
С целью улучшения теплоснабжения городов Верхний Тагил и Новоуральск была произведена станции:
Четыре конденсационных турбоагрегата К-100-90(ВК-100-5)ЛМЗ были заменены на теплофикационные турбины Т-88/100-90/2,5.
На ТГ-2,3,4 установлены сетевые подогреватели типа ПСГ-2300-8-11 для нагрева сетевой воды в схеме теплоснабжения Новоуральска.
На ТГ-1,4 установлены сетевые подогреватели для теплоснабжения Верхнего Тагила и промплощадки.
Все работы выполнялись по проекту ХФ ЦКБ.
В ночь с 3 на 4 января 2008 года на Сургутской ГРЭС-2 произошла авария: частичное обрушение кровли над шестым энергоблоком мощностью 800 МВт привело к остановке двух энергоблоков. Ситуацию осложняло то, что ещё один энергоблок (№ 5) был на ремонте: В итоге были остановлены энергоблоки № 4, 5, 6. Эту аварию удалось локализовать к 8 января. Весь этот времени ГРЭС работала в особенно напряжённом режиме.
В срок соответственно до 2010 года и 2013 года планируется строительство двух новых энергоблоков (топливо — Природный газ).
На ГРЭС существует проблема выбросов в окружающую среду. «ОГК-1» подписала контракт с «Инженерным центром энергетики Урала» на 3,068 млн рублей, который предусматривает разработку проекта реконструкции котла Верхнетагильской ГРЭС, который приведёт к снижению выбросов для соблюдения нормативов ПДВ.
Каширская ГРЭС
Каши́рская ГРЭС имени Г. М. Кржижановского в городе Кашира Московской области, на берегу Оки.
Историческая станция, построена под личным контролем В. И. Ленина по плану ГОЭЛРО. На момент ввода в строй станция мощностью 12 МВт была второй по мощности электростанцией в Европе .
Станция была построена по плану ГОЭЛРО, строительство велось под личным контролем В. И. Ленина. Строилась в 1919—1922 годах, для строительства на месте села Терново возведён рабочий посёлок Новокаширск. Пущена 4 июня 1922 года, стала одной из первых советских районных ТЭС.
Псковская ГРЭС
Псковская ГРЭС — государственная районная электростанция, расположена в 4,5 километрах от поселка городского типа Дедовичи — районного центра Псковской области, на левом берегу реки Шелонь. С 2006 года является филиалом ОАО «ОГК-2».
Высоковольтные ЛЭП связывают Псковскую ГРЭС с Белоруссией, Латвией и Литвой. Материнская организация считает это преимуществом: существует канал экспортирования энергоресурсов, который активно используется.
Установленная мощность ГРЭС 430 МВт, она включает в себя два высоко маневренных энергоблока по 215 МВт. Эти энергоблоки построены и введены в эксплуатацию в 1993 и 1996 годах. Первоначальпреимуществом рвой очереди включал в себя строительство трёх энергоблоков.
Основной вид топлива — Природный газ, он поступает на станцию через ответвление магистрального экспортного газопровода. Энергоблоки были изначально созданы для работы на фрезерном торфе; они были реконструированы по проекту ВТИ для сжигания Природного газа.
Издержка электричества на собственные нужды составляет 6,1 %.
Ставропольская ГРЭС
Ставропольская ГРЭС — тепловая электростанция Российской Федерации. Находится в городе Солнечнодольск Ставропольского края.
Загрузка электростанции позволяет осуществлять экспортные поставки электричества за рубеж: в Грузию и в Азербайджан. При этом гарантируется поддержание перетоков в системообразующей электрической сети Объединенной энергосистемы Юга на допустимых уровнях.
Входит в состав Оптовой генерирующей организации № 2 (ОАО «ОГК-2»).
Издержка электричества на собственные нужды станции составляет 3,47 %.
Основным топливом станции является Природный газ, но в качестве резервного и аварийного топлива станцией может использоваться мазут. Топливный баланс по состоянию на 2008 год: газ — 97 %, мазут — 3 %.
Смоленская ГРЭС
Смоленская ГРЭС — тепловая электростанция Российской Федерации. Входит в состав Оптовой генерирующей фирмы № 4 (ОАО «ОГК-4») с 2006.
12 января 1978 был введён в эксплуатацию первый блок ГРЭС, проектирование которой началось в 1965, а строительство — в 1970. Станция расположена в посёлке Озёрный Духовщинского района Смоленской области. Первоначально предполагалось использовать в качестве топлива торф, но по причине отставания строительства торфодобывающих предприятий использовались другие виды топлива (подмосковный уголь , интинский уголь, сланец, хакасский уголь). Всего сменилось 14 видов топлива. С 1985 окончательно установлено, что энергию будут получать из Природного газа и угля.
Сегодняшняя установленная мощность ГРЭС составляет 630 МВт.
Источники
Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции. Под ред. В. Я. Гиршфельда. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 328 с.
http://ru.wikipedia.org/
Энциклопедия инвестора . 2013 .
Синонимы : Словарь синонимовтеплоэлектростанция - — EN heat and power station Power station which produces both electricity and hot water for the local population. A CHP (Combined Heat and Power Station) plant may operate on almost … Справочник технического переводчика
теплоэлектростанция - šiluminė elektrinė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heat power plant; steam power plant vok. Wärmekraftwerk, n rus. тепловая электростанция, f; теплоэлектростанция, f pranc. centrale électrothermique, f; centrale thermique, f; usine… … Fizikos terminų žodynas
теплоэлектростанция - теплоэлектростанция, теплоэлектростанции, теплоэлектростанции, теплоэлектростанций, теплоэлектростанции, теплоэлектростанциям, теплоэлектростанцию, теплоэлектростанции, теплоэлектростанцией, теплоэлектростанциею, теплоэлектростанциями,… … Формы слов - и; ж. Предприятие, вырабатывающее электрическую энергию и тепло … Энциклопедический словарь
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.
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;
- промежуточный пароперегреватель;
- часть высокого давления (ЧВД или ЦВД);
- часть низкого давления (ЧНД или ЦНД);
- электрический генератор;
- трансформатор собственных нужд;
- трансформатор связи;
- главное распределительное устройство;
- конденсатный насос;
- циркуляционный насос;
- источник водоснабжения (например, река);
- (ПНД);
- водоподготовительная установка (ВПУ);
- потребитель тепловой энергии;
- насос обратного конденсата;
- деаэратор;
- питательный насос;
- (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.
Необходимый для горения топлива воздух подается в топочное пространство котла дутьевыми вентиляторами (ДВ). Продукты сгорания топлива — дымовые газы — отсасываются дымососами (ДС) и отводятся через дымовые трубы в атмосферу. Совокупность каналов (воздуховодов и газоходов) и различных элементов оборудования, по которым проходит воздух и дымовые газы, образует газовоздушный тракт тепловой электростанции (теплоцентрали). Входящие в его состав дымососы, дымовая труба и дутьевые вентиляторы составляют тягодутьевую установку. В зоне горения топлива входящие в его состав негорючие (минеральные) примеси претерпевают химико-физические превращения и удаляются из котла частично в виде шлака, а значительная их часть выносится дымовыми газами в виде мелких частиц золы. Для защиты атмосферного воздуха от выбросов золы перед дымососами (для предотвращения их золового износа) устанавливают золоуловители.
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.
На современных ТЭС и ТЭЦ с агрегатами единичной мощностью 200 МВт и выше применяют промежуточный перегрев пара. В этом случае турбина имеет две части: часть высокого и часть низкого давления. Отработавший в части высокого давления турбины пар направляется в промежуточный перегреватель, где к нему дополнительно подводится теплота. Далее пар возвращается в турбину (в часть низкого давления) и из нее поступает в конденсатор. Промежуточный перегрев пара увеличивает КПД турбинной установки и повышает надежность ее работы.
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.
Эти потери значительно уменьшаются, если отбирать из турбины частично отработавший пар и его теплоту использовать для технологических нужд промышленных предприятий или подогрева воды на отопление и горячее водоснабжение. Таким образом, станция становится теплоэлектроцентралью (ТЭЦ), обеспечивающей комбинированную выработку электрической и тепловой энергии. На ТЭЦ устанавливаются специальные турбины с отбором пара — так называемые теплофикационные. Конденсат пара, отданного тепловому потребителю, возвращается на ТЭЦ насосом обратного конденсата.
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.