Основные принципы работы ТЭС

На рис. 1 представлена типичная тепловая схема конденсационной установки на органическом топливе.

Рис. 1 Принципиальная тепловая схема ТЭС

1 — паровой котёл; 2 — турбина; 3 — электрогенератор; 4 — конденсатор; 5 — конденсатный насос; 6 — подогреватели низкого давления; 7 — деаэратор; 8 — питательный насос; 9 — подогреватели высокого давления; 10 — дренажный насос Эту схему называют схемой с промежуточным перегревом пара. Как известно из курса термодинамики, тепловая экономичность такой схемы при одних и тех же начальных и конечных параметрах и правильном выборе параметров промежуточного перегрева выше, чем в схеме без промежуточного перегрева.

Рассмотрим принципы работы ТЭС. Топливо и окислитель, которым обычно служит подогретый воздух, непрерывно поступают в топку котла (1). В качестве топлива используется уголь, торф, газ, горючие сланцы или мазут. Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. За счёт тепла, образующегося в результате сжигания топлива, вода в паровом котле нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар поступает по паропроводу в паровую турбину (2). Назначение которой превращать тепловую энергию пара в механическую энергию.

Все движущиеся части турбины жёстко связаны с валом и вращаются вместе с ним. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору следующим образом. Пар высокого давления и температуры, имеющий большую внутреннюю энергию, из котла поступает в сопла (каналы) турбины. Струя пара с высокой скоростью, чаще выше звуковой, непрерывно вытекает из сопел и поступает на рабочие лопатки турбины, укрепленные на диске, жёстко связанном с валом. При этом механическая энергия потока пара превращается в механическую энергию ротора турбины, а точнее говоря, в механическую энергию ротора турбогенератора, так как валы турбины и электрического генератора (3) соединены между собой. В электрическом генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

После паровой турбины водяной пар, имея уже низкое давление и температуру, поступает в конденсатор (4). Здесь пар с помощью охлаждающей воды, прокачиваемой по расположенным внутри конденсатора трубкам, превращается в воду, которая конденсатным насосом (5) через регенеративные подогреватели (6) подаётся в деаэратор (7).

Деаэратор служит для удаления из воды растворённых в ней газов; одновременно в нём, так же как в регенеративных подогревателях, питательная вода подогревается паром, отбираемым для этого из отбора турбины. Деаэрация проводится для того, чтобы довести до допустимых значений содержание кислорода и углекислого газа в ней и тем самым понизить скорость коррозии в трактах воды и пара.

Деаэрированная вода питательным насосом (8) через подогреватели (9) подаётся в котельную установку. Конденсат греющего пара, образующийся в подогревателях (9), перепускается каскадно в деаэратор, а конденсат греющего пара подогревателей (6) подаётся дренажным насосом (10) в линию, по которой протекает конденсат из конденсатора (4). [1].

Тепло проработавшего в турбинах рабочего тела можно использовать для нужд внешних тепловых потребителей (ТП).

Потребление тепла происходит по следующим направлениям:

• 1. Потребление для технологических целей;
• 2. Потребление для целей отопления и вентиляции жилых, общественных и производственных зданий;
• 3. Потребление для других бытовых нужд.

График технологического потребления тепла зависит от особенностей производства, режима работы и т. п. Сезонность потребления в этом случае имеет место только в сравнительно редких случаях. На большинстве же промышленных предприятиях разница между зимним и летним потреблением тепла для технологических целей незначительна. Небольшая разница получается только в случае применения части технологического пара для отопления, а также вследствие увеличения в зимнее время потерь тепла.

Для потребителей тепла на основании многочисленных эксплуатационных данных устанавливают энергетические показатели, т. е. нормы количества расходуемого различными видами производства тепла на единицу вырабатываемой продукции.

Вторая группа потребителей, снабжаемая теплом для целей отопления и вентиляции, характеризуется значительной равномерностью расхода тепла на протяжении суток и резкой неравномерностью расхода тепла в течении года: от нуля летом до максимума зимой.

Тепловая мощность отопления находится в прямой зависимости от температуры наружного воздуха, т. е. от климатических и метеорологических факторов.

При отпуске тепла со станции теплоносителями могут служить пар и горячая вода, подогреваемая в сетевых подогревателях паром из отборов турбин. Вопрос о выборе того или иного теплоносителя и его параметров решают, исходя из требований технологии производства. В некоторых случаях отработавший на производстве пар низкого давления (например, после паровых молотов) применяют для отопительно-вентиляционных целей. Иногда же пар применяют для отопления производственных зданий, чтобы избежать устройства отдельной системы отопления горячей водой.

Отпуск пара на сторону для целей отопления явно нецелесообразен, так как отопительные нужды легко удовлетворить горячей водой с оставлением всего конденсата греющего пара на станции.

Отпуск горячей воды для технологических целей производится сравнительно редко. Потребителями горячей воды являются только производства, расходующие ее для горячих промывок и других подобных им процессов, причем загрязненная вода уже не возвращается на станцию.

Горячая вода, отпускаемая для отопительно-вентиляционных целей, подогревается на станции в сетевых подогревателях паром из регулируемого отбора давлением 1,17−2,45 бар. При этом давлении вода нагревается до температуры 100−120.

Однако при низких температурах наружного воздуха отпуск больших количеств тепла при такой температуре воды становится нецелесообразным, так как количество циркулирующей в сети воды, а следовательно, и расход электроэнергии на ее перекачивание заметно увеличиваются. Поэтому, кроме основных подогревателей, питающихся паром из регулируемого отбора, устанавливают пиковые подогреватели, к которым греющий пар давлением 5,85−7,85 бар подводится из отбора более высокого давления или непосредственно из котлов через редукционно-охладительную установку.

Чем выше начальная температура воды, тем меньше расход электроэнергии на привод сетевых насосов, а также диаметр теплопроводов. В настоящее время в пиковых подогревателях воду чаще всего подогревают до температуры 150цию от потребителя, при чисто отопительной нагрузке имеет обычно температуру около 70. [2].

Преимущества горячей воды как теплоносителя для систем отопления и бытовых нужд заключаются в следующем:

• 1. При помощи горячей воды отпуск тепла может осуществляться на значительное расстояние (до 30 км, как это предусматривается в проектах теплоснабжения от мощных загородных ТЭЦ);
• 2. Регулирование отпуска тепла станций в водяных сетях осуществляется значительно проще и точнее, чем в паровых;
• 3. Водяные сети требуют меньших затрат при сооружении, чем паровые;

Отпуск тепла с горячей водой улучшает тепловую экономичность электростанции, так как для подогрева ее применяется пар более низких давлений, чем при отпуске пара. [1].

Для технологических процессов промышленные потребители используют тепловую энергию преимущественно в виде пара определенных параметров. Обычно требуется немного перегретый пар с давлением, которое изменяется в зависимости от вида потребителя в относительно широких пределах — от 0,2 — 0,3 до 1−2 МПа.

Возможны различные схемы отпуска пара и связанные с ними способы подготовки добавочной воды. Наиболее распространена схема непосредственного отпуска пара из отбора турбины с химическим обессоливанием добавочной воды, служащей для возмещения внешних и внутренних потерь пара и конденсата.

Наиболее сложной в техническом плане является организация работы ТЭС на угле. Вместе с тем доля таких электростанций в отечественной энергетике высока (~30%) и планируется её увеличение.

Технологическая схема такой электростанции, работающей на углях, показана на рис. 2.

Рис. 2 Технологическая схема пылеугольной ТЭС

1 — железнодорожные вагоны; 2 — разгрузочные устройства; 3 — склад; 4 — ленточные транспортёры; 5 — дробильная установка; 6 — бункера сырого угля; 7 — пылеугольные мельницы; 8 — сепаратор; 9 — циклон; 10 — бункер угольной пыли; 11 — питатели; 12 — мельничный вентилятор; 13 — топочная камера котла; 14 — дутьевой вентилятор; 15 — золоуловители; 16 — дымососы; 17 — дымовая труба; 18 — подогреватели низкого давления; 19 — подогреватели высокого давления; 20 — деаэратор; 21 — питательные насосы; 22 — турбина; 23 — конденсатор турбины; 24 — конденсатный насос; 25 — циркуляционные насосы; 26 — приемный колодец; 27 — сбросной колодец; 28 — химический цех; 29 — сетевые подогреватели; 30 — трубопровода; 31 — линия отвода конденсата; 32 — электрическое распределительное устройство; 33 — багерные насосы отопление электрический энергетический конденсационный Топливо в железнодорожных вагонах (1) поступает к разгрузочным устройствам (2), откуда с помощью ленточных транспортёров (4) направляется на склад (3), со склада топливо подаётся в дробильную установку (5). Имеется возможность подавать топливо в дробильную установку и непосредственно от разгрузочных устройств. Из дробильной установки топливо поступает в бункера сырого угля (6), а оттуда через питатели — в пылеугольные мельницы (7). Угольная пыль пневматически транспортируется через сепаратор (8) и циклон (9) в бункер угольной пыли (10), а оттуда питателями (11) к горелкам. Воздух из циклона засасывается мельничным вентилятором (12) и подаётся в топочную камеру котла (13).

Газы, образующиеся при горении в топочной камере, после выхода из неё проходят последовательно газоходы котельной установки, где в пароперегревателе (первичном и вторичном, если осуществляется цикл с промежуточным перегревом пара) и водяном экономайзере отдают теплоту рабочему телу, а в воздухоподогревателе — подаваемому в паровой котёл воздуху. Затем в золоуловителях (15) газы очищаются от летучей золы и через дымовую трубу (17) дымососами (16) выбрасываются в атмосферу.

Шлак и зола, выпадающие под топочной камерой, воздухоподогревателем и золоуловителями, смываются водой и по каналам поступают к багерным насосам (33), которые перекачивают их на золоотвалы.

Воздух, необходимый для горения, подаётся в воздухоподогреватели парового котла дутьевым вентилятором (14). Забирается воздух обычно из верхней части котельной и (при паровых котлах большой производительности) снаружи котельного отделения.

Перегретый пар от парового котла (13) поступает к турбине (22).

Конденсат из конденсатора турбины (23) подаётся конденсатными насосами (24) через регенеративные подогреватели низкого давления (18) в деаэратор (20), а оттуда питательными насосами (21) через подогреватели высокого давления (19) в экономайзер котла.

Потери пара и конденсата восполняются в данной схеме химически обессоленной водой, которая подаётся в линию конденсата за конденсатором турбины.

Охлаждающая вода подаётся в конденсатор из приемного колодца (26) водоснабжения циркуляционными насосами (25). Подогретая вода сбрасывается в сбросной колодец (27) того же источника на некотором расстоянии от места забора, достаточном для того, чтобы подогретая вода не подмешивалась к забираемой. Устройства для химической обработки добавочной воды находятся в химическом цехе (28).

В схемах может быть предусмотрена небольшая сетевая подогревательная установка для теплофикации электростанции и прилегающего посёлка. К сетевым подогревателям (29) этой установки пар поступает от отборов турбины, конденсат отводится по линии (31). Сетевая вода подводится к подогревателю и отводится от него по трубопроводам (30).

Выработанная электрическая энергия отводится от электрического генератора к внешним потребителям через повышающие электрические трансформаторы.

Для снабжения электроэнергией электродвигателей, осветительных устройств и приборов электростанции имеется электрическое распределительное устройство собственных нужд (32).