Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

С 1970-х годов все большее значение приобретает использование природного газа. В 1985 году вводится в эксплуатацию Сургутская ГРЭС-2, крупнейшая тепловая электростанция СССР и впоследствии России. Проект станции предусматривал строительство восьми блоков мощностью по 800 МВт, таким образом станция должна была достигнуть мощности 6400 МВт и стать крупнейшей тепловой электростанцией в мире. В полном объеме эти планы реализовать не удалось, были построены только шесть блоков.

Виды тепловых электростанций

Стандартная тепловая электростанция представляет собой целый комплекс, включающий в себя различные устройства и оборудование, преобразующие топливную энергию в электричество и тепло. Подобные установки отличаются параметрами и техническими характеристиками, по которым и выполняется их классификация:

Теплоэлектроцентрали

Теплоэлектроцентрали, являясь источниками комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, имеют значительно больший, чем КЭС, коэффициент полезного действия (до 75 %). Это объясняется тем. что часть отработавшего в турбинах пара используется для нужд промышленного производства (технологии), отопления, горячего водоснабжения.

Этот пар или непосредственно поступает для производственных и бытовых нужд или частично используется для предварительного подогрева воды в специальных бойлерах (подогревателях), из которых вода через теплофикационную сеть направляется потребителям тепловой энергии.

Основное отличие технологии производства энергии на ТЭЦ в сравнении с КЭС состоит в специфике пароводяного контура. Обеспечивающего промежуточные отборы пара турбины, а также в способе выдачи энергии, в соответствии с которым основная часть ее распределяется на генераторном напряжении через генераторное распределительное устройство (ГРУ).

Связь ТЭЦ с другими станциями энергосистемы выполняется на повышенном напряжении через повышающие трансформаторы. При ремонте или аварийном отключении одного генератора недостающая мощность может быть передана из энергосистемы через эти же трансформаторы.

Для увеличения надежности работы ТЭЦ предусматривается секционирование сборных шин.

Так, при аварии на шинах и последующем ремонте одной из секций вторая секция остается в работе и обеспечивает питание потребителей по оставшимся под напряжениям линиям.

По таким схемам сооружаются промышленные ТЭЦ с генераторами до 60 мВт, предназначенные для питания местной нагрузки в радиусе 10 км.

На крупных современных ТЭЦ применяются генераторы мощностью до 250 мВт при общей мощности станции 500—2500 мВт.

Такие ТЭЦ сооружаются вне черты города и электроэнергия передается на напряжении 35—220 кВ, ГРУ не предусматривается, все генераторы соединяются в блоки с повышающими трансформаторами. При необходимости обеспечить питание небольшой местной нагрузки вблизи блочной ТЭЦ предусматриваются отпайки от блоков между генератором и трансформатором. Возможны и комбинированные схемы станции, при которых на ТЭЦ имеется ГРУ и несколько генераторов соединены по блочным схемам.

Тепловая электрическая станция (рисунок общего вида)

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.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Обозначения на схеме ТЭС

Обобщая все вышеописанное, получаем состав тепловой электростанции:

Топливное хозяйство в зависимости от вида используемого на станции топлива включает приемно-разгрузочное устройство, транспортные механизмы, топливные склады твердого и жидкого топлива, устройства для предвари-тельной подготовки топлива (дробильные установки для угля). В состав ма-зутного хозяйства входят также насосы для перекачки мазута, подогреватели мазута, фильтры.

Подготовка твердого топлива к сжиганию состоит из размола и сушки его в пылеприготовительной установке, а подготовка мазута заключается в его подогреве, очистке от механических примесей, иногда в обработке спецприсадками. С газовым топливом все проще. Подготовка газового топлива сводится в основном к регулированию давления газа перед горелками котла.

Шлак и уловленная зола удаляются обычно гидравлическим способом на золоотвалы.

При сжигании мазута и газа золоуловители не устанавливаются.

При сжигании топлива химически связанная энергия превращается в тепловую. В результате образуются продукты сгорания, которые в поверхностях нагрева котла отдают теплоту воде и образующемуся из нее пару.

Совокупность оборудования, отдельных его элементов, трубопроводов, по которым движутся вода и пар, образуют пароводяной тракт станции.

В котле вода нагревается до температуры насыщения, испаряется, а образующийся из кипящей котловой воды насыщенный пар перегревается. Из котла перегретый пар направляется по трубопроводам в турбину, где его тепловая энергия превращается в механическую, передаваемую на вал турбины. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор, отдает теплоту охлаждающей воде и конденсируется.

Из конденсатора конденсат откачивается конденсационным насосом и, пройдя через подогреватели низкого давления (ПНД), поступает в деаэратор. Здесь он нагревается паром до температуры насыщения, при этом из него выделяются и удаляются в атмосферу кислород и углекислота для предотвращения коррозии оборудования. Деаэрированная вода, называемая питательной, насосом подается через подогреватели высокого давления (ПВД) в котел.

Конденсат в ПНД и деаэраторе, а также питательная вода в ПВД подогреваются паром, отбираемым из турбины. Такой способ подогрева означает возврат (регенерацию) теплоты в цикл и называется регенеративным подогревом. Благодаря ему уменьшается поступление пара в конденсатор, а следовательно, и количество теплоты, передаваемой охлаждающей воде, что приводит к повышению КПД паротурбинной установки.

Совокупность элементов, обеспечивающих конденсаторы охлаждающей водой, называется системой технического водоснабжения. К ней относятся: источник водоснабжения (река, водохранилище, башенный охладитель — градирня), циркуляционный насос, подводящие и отводящие водоводы. В конденсаторе охлаждаемой воде передается примерно 55% теплоты пара, поступающего в турбину; эта часть теплоты не используется для выработки электроэнергии и бесполезно пропадает.

На ТЭС существуют внутренние потери пара и конденсата, обусловленные неполной герметичностью пароводяного тракта, а также невозвратным расходом пара и конденсата на технические нужды станции. Они составляют приблизительно 1 — 1,5% от общего расхода пара на турбины.

На ТЭЦ могут быть и внешние потери пара и конденсата, связанные с отпуском теплоты промышленным потребителям. В среднем они составляют 35 — 50%. Внутренние и внешние потери пара и конденсата восполняются предварительно обработанной в водоподготавливающей установке добавочной водой.

Таким образом, питательная вода котлов представляет собой смесь турбинного конденсата и добавочной воды.

Электротехническое хозяйство станции включает электрический генератор, трансформатор связи, главное распределительное устройство, систему электроснабжения собственных механизмов электростанции через трансформатор собственных нужд.

Система управления осуществляет сбор и обработку информации о ходе технологического процесса и состоянии оборудования, автоматическое и дистанционное управление механизмами и регулирование основных процессов, автоматическую защиту оборудования.

Конденсатор: отработанный пар конденсируется в конденсаторе посредством циркуляции холодной воды. Здесь пар теряет свое давление и температуру, и он превращается обратно в воду. Конденсация необходима, потому что сжатие жидкости, которая находится в газообразном состоянии, требует огромного количества энергии по сравнению с энергией, необходимой для сжатия жидкости. Таким образом, конденсация увеличивает эффективность цикла.

Преимущества и недостатки теплоэлектростанции

Меньшая начальная стоимость по сравнению с другими генерирующими станциями. Требуется меньше земли по сравнению с гидроэлектростанцией. Топливо (то есть уголь) дешевле. Стоимость генерации меньше, чем у дизельных электростанций.

Он загрязняет атмосферу из-за образования большого количества дыма. Это одна из причин глобального потепления. Общая эффективность тепловой электростанции низкая (менее 30%).

Эффективность ТЭЦ

Огромное количество тепла теряется на разных стадиях завода. Большая часть тепла теряется в конденсаторе. Вот почему эффективность тепловых станций довольно низкая.

Тепловая эффективность. Отношение «теплового эквивалента механической энергии, передаваемой на вал турбины» к «теплоте сгорания угля», называется тепловой эффективностью.

Тепловая эффективность современных тепловых электростанций составляет около 30%. Это означает, что при сжигании угля 100 калорий тепла на валу турбины будет иметься механическая энергия, эквивалентная 30 калориям. Общая эффективность: отношение «тепловой эквивалент электрической мощности» к «теплоте сгорания угля» называется общей эффективностью. Общая эффективность тепловой установки составляет около 29% (немного меньше тепловой эффективности).

У этой паровой турбины хорошо видны лопатки рабочих колес.

Дата Категория: Физика

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

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

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

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

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

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

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

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

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

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.

Читайте также:  Основные виды деятельности компании

У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.

Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин — тепло. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.

В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.

У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Для некоторых турбин возможна работа на «ухудшенном вакууме» — до 20 кПа и более.

Разновидность тепловой электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централи

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов).

ТЭЦ конструктивно устроена, как конденсационная электростанция (КЭС, ГРЭС).

Главное отличие ТЭЦ от КЭС состоит в возможности отобрать часть тепловой энергии пара после того, как он выработает электрическую энергию.

В зависимости от вида паровой турбины, существуют различные отборы пара, которые позволяют забирать из нее пар с разными параметрами.

Турбины ТЭЦ позволяют регулировать количество отбираемого пара.

Отобранный пар конденсируется в сетевых подогревателях и передает свою энергию сетевой воде, которая направляется на пиковые водогрейные котельные и тепловые пункты.

На ТЭЦ есть возможность перекрывать тепловые отборы пара, в этом случае ТЭЦ становится обычной КЭС.

Это дает возможность работать ТЭЦ по 2 м графикам нагрузки:

тепловому — электрическая нагрузка сильно зависит от тепловой нагрузки (тепловая нагрузка — приоритет);

электрическому — электрическая нагрузка не зависит от тепловой, либо тепловая нагрузка вовсе отсутствует, например, в летний период (приоритет — электрическая нагрузка).

Совмещение функций генерации тепла и электроэнергии (когенерация) выгодно, т. к. оставшееся тепло, которое не участвует в работе на КЭС, используется в отоплении.

Это повышает расчётный КПД в целом (35-43% у ТЭЦ и 30% у КЭС), но не говорит об экономичности ТЭЦ.

Основными же показателями экономичности являются удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении и КПД цикла КЭС.

При строительстве ТЭЦ необходимо учитывать близость потребителей тепла в виде горячей воды и пара, т. к. передача тепла на большие расстояния экономически нецелесообразна.

По типу соединения котлов и турбин теплоэлектроцентрали могут быть:

неблочные (с поперечными связями).

На блочных ТЭЦ котлы и турбины соединены попарно (иногда применяется дубль-блочная схема: 2 котла на 1 турбину).

Такие блоки имеют, как правило, большую электрическую мощность: 100-300 МВт.

Схема с поперечными связями позволяет перебросить пар от любого котла на любую турбину, что повышает гибкость управления станцией.

Однако для этого необходимо установить крупные паропроводы вдоль главного корпуса станции.

Кроме того, все котлы и все турбины, объединённые в схему, должны иметь одинаковые номинальные параметры пара (давление, температуру).

Если в разные годы на ТЭЦ устанавливалось основное оборудование разных параметров, должно быть несколько схем с поперечными связями.

Для принудительного изменения параметров пара может быть использовано редукционно-охладительное устройство (РОУ).

По типу паропроизводящих установок ТЭЦ могут быть:

с паровыми котлами,

с парогазовыми установками,

с ядерными реакторами (атомная ТЭЦ).

Могут быть также ТЭЦ без паропроизводящих установок — с газотурбинными установками.

Поскольку ТЭЦ часто строятся, расширяются и реконструируются в течение десятков лет (что связано с постепенным ростом тепловых нагрузок), то на многих станциях имеются установки разных типов.

Паровые котлы ТЭЦ различаются также по типу топлива:

По типу выдачи тепловой мощности различают турбины:

с регулируемыми теплофикационными отборами пара (в обозначении турбин, выпускаемых в России, присутствует буква «Т», например, Т-110/120-130),

с регулируемыми производственными отборами пара («П»),

с противодавлением («Р»).

Обычно имеется 1-2 регулируемых отбора каждого вида.

При этом количество нерегулируемых отборов, используемых для регенерации тепла внутри тепловой схемы турбины, может быть любым (как правило, не более 9, как для турбины Т-250/300-240).

Давление в производственных отборах (номинальное значение примерно 1-2 МПа) обычно выше, чем в теплофикационных (примерно 0,05-0,3 МПа).

Термин «противодавление» означает, что турбина не имеет конденсатора, а весь отработанный пар уходит на производственные нужды обслуживаемых предприятий.

Такая турбина не может работать, если нет потребителя пара противодавления.

В похожем режиме могут работать теплофикационные турбины (типа «Т») при полной тепловой нагрузке: в таком случае весь пар уходит в отопительный отбор, однако давление в конденсаторе поддерживается немногим более номинального (обычно не более 12-17 кПа).

Кроме того, выпускаются паровые турбины со смешанным типом отборов:

с регулируемыми теплофикационными и производственными отборами («ПТ»),

с регулируемыми отборами и противодавлением («ПР») и др.

На ТЭЦ могут одновременно работать турбины различных типов в зависимости от требуемого сочетания тепловых нагрузок.

В действительном цикле расширение пара в турбине происходит по линии 1-2′, т. е. используется только часть тепловыделения, AqK — внутренние потери энергии в турбине.

В гонку котла (Кт) поступает топливо и подогретый воздух. Образовавшиеся при сгорании топлива газы отсасываются из котла и выбрасываются наружу дымососом (высота дымовых груб составляет

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Рис. 2.2. Схема КЭС:

Э — экономайзер; ПН, КП, ЦП — питательный, конденсационный, циркуляционный насосы

Пропуск основного количества пара через конденсатор приводит к тому, что значительная часть тепловой энергии (до 70%) бесполезно уносится циркуляционной водой.

КЭС размешают вблизи источников энергоресурсов (угля, газа, мазута). Единичная мощность блоков (агрегатов) составляет 500. 1200 МВт, тогда как мощность ЭС равна 2000. 3600 МВт. Особенность КЭС — низкая маневренность блоков. Гак, разворот турбины и набор наг рузки блоком из «холодного состояния» составляет от 3 до 10 ч.

Тепловой баланс КЭС приведен на рис. 2.3.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Рис. 2.3. Тепловой баланс КЭС Главным недостатком КЭС является ее малый КПД.

Теплоэлектроцентрали выполняют по такому же принципу, что и КЭС, но при этом чаеть отработанного поеле турбины пара отводитея к еетевым подогревателям (СИ).

Потребители получают тепло от сетевых подогревателей (СИ). Чем больше отбор пара из котла на цели теплофикации, тем меньше тепла уходит с циркуляционной водой, и КПД станции будет больше.

ТЭЦ строят вблизи потребителей тепла и поэтому они работают на привозном топливе, большая часть ЭЭ потребляется в прилегающем районе. ТЭЦ по КПД намного превосходят КЭС (у КЭС КПД — 25. 40 %, ТЭЦ — 60. 70 %).

Конструктивная схема КЭС показана на рис. 2.4.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Рис. 2.4. Схема конденсационной электростанции, работающей на угле:

I — топливный бункер; 2 — устройство пылеприготовления; 3 — подача воздуха;

Нар при температуре 600 °С и давлении 30 МПа передается в сопла диафрагм турбины, выполняющих роль преобразователя внутренней энергии пара в кинет ическую энергию упорядоченного движения молекул.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Рис. 2.5. Тепловая диаграмма цикла Ренкина

Газотурбинные установки (/ТУ)

ГТУ в качестве рабочего тела используют смесь продуктов сгорания с воздухом или нагретый воздух при большом давлении и высокой температуре. Тепловая энергия газов превращается в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Но принципу преобразования энергии Г’ГУ не отличаются от паровых ЭС. Схема ГТУ показана на рис. 2.6.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Рис. 2.6. Схема газотурбинной установки

Схема мини ТЭЦ на древесных отходах

Отходы производства лесоперерабатывающей промышленности, сельского хозяйства и агропромышленного комплекса – ценный энергетический ресурс, который позволит вам обеспечить потребности предприятия в электроэнергии и тепле для отопления и технологических процессов.

Строительство ТЭЦ или мини ТЭЦ на отходах — отличное решение, которое позволит использовать в качестве топлива отходы от всех предприятий деревообрабатывающей отрасли (ЦБК, фанерные, лесопильные предприятия), а также отходы сельского хозяйства и животноводства. Так, например, широко распространено строительство мини ТЭЦ на древесных отходах.

«Первый инженер» осуществляет поставку, при желании Заказчика – локализацию производства металлоемкого котельного оборудования, проектирует и выполняет строительство энергоисточников на биотопливе на котельных установках KABLITZ (Германия):

ТЭЦ и мини ТЭЦ на древесных отходах с паровыми турбинами

ТЭЦ на биомассе с паровыми турбинами позволит вам:

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Технологическая термомасляная установка (ТМУ) на биомассе

ТМУ на биомассе позволит вам:

Водогрейная котельная на биотопливе

Водогрейная котельная на биотопливе позволит:

«Первый инженер» — системный интегратор и партнер ведущего европейского производителя котельного оборудования Richard Kablitz GMbH (Германия) на территории Российской Федерации.

Мы предложим оптимальное техническое решение исходя из ваших требований и подготовим проект ТЭЦ, мини ТЭЦ или котельной на биотопливе.

Локализация

Изготовление металлоемкого оборудования Kablitz для ТЭЦ, мини ТЭЦ или котельной по чертежам производителя осуществляется на ведущих российских профильных предприятиях в непосредственной близости от заказчика.

Читайте также:  Рск энерго спб личный кабинет

Наши решения для ТЭЦ

Начните и вы: просто позвоните или напишите нам, чтобы получить техническую консультацию от специалиста департамента биоэнергетики «Первый инженер».

Виды тепловых электростанций начинаются с конденсационных. Такие ТЭЦ применяются исключительно для выработки электроэнергии. Чаще всего она аккумулируется, сразу не распространяясь. Конденсационный метод обеспечивает максимальный КПД, поэтому подобные принципы считаются оптимальными. Сегодня во всех странах выделяют отдельных объекты крупного масштаба, обеспечивающие обширные регионы.

Принцип работы тепловой электростанции

Основной принцип работы тепловой электростанции заключается в производстве тепловой энергии из органического топлива, которая в дальнейшем используется для выработки электрического тока.

Понятия ТЭС и ТЭЦ существенно различаются между собой. Первые установки относятся к так называемым чистым электростанциям, вырабатывающим только электрический ток. Каждая из них известна еще и как конденсационная электростанция – КЭС. ТЭЦ расшифровывается как теплоэлектроцентраль и является разновидностью ТЭС. Данные установки не только генерируют электричество, но и являются тепловыми, то есть дают тепло в системы отопления и горячего водоснабжения. Такое комбинированное использование требует специальных паровых турбин с противодавлением или системой промежуточного отбора пара.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Несмотря на разнообразие конструкций, работа всех ТЭС осуществляется по общей схеме. В котел постоянно подается топливо в виде угля, газа, торфа, мазута или горючих сланцев. На многих электростанциях используется заранее приготовленная угольная пыль. Вместе с топливом поступает воздух в подогретом виде, выполняющий функцию окислителя.

В процессе горения топлива создается тепло, нагревающее воду в паровом котле. Происходит образование насыщенного пара, подаваемого в паровую турбину через паропровод. Далее тепловая энергия становится механической.

Вал и остальные движущиеся части турбины связаны между собой и представляют единое целое. Струя пара под высоким давлением и при высокой температуре выходит из сопел и воздействует на лопатки турбины. Закрепленные на диске, они начинают вращаться и приводят в движение вал, соединенный с генератором. В результате вращения происходит преобразование механической энергии в электрический ток.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Пройдя через паровую турбину, пар снижает свою температуру и давление. Далее он попадает в конденсатор и прокачивается по трубкам, охлаждаемым водой. Здесь пар окончательно превращается в воду и поступает в деаэратор для очистки от растворенных газов. Очищенная вода с помощью насоса подается в котельную установку через подогреватель.

Характеристика тепловой энергетики России;

Значение электроэнергетики в в экономическом развитии России. Современные особенности развития отрасли.

Эта отрасль народного хозяйства решающим образом воз­действует не только на развитие, но и на территориальное раз­мещение промышленности и всех производительных сил общест­ва. По производству электроэнергии (786,9 млрд. кВт/ч, 1997 г.) Россия уступает лишь США.

На размещение предприятий электроэнергетики влияют два фактора: наличие топливно-энергетических ресурсов и основных потребителей энергии.

В стране существует Единая энергосистема. Передача элект­роэнергии на большие расстояния осуществляется с помощью высоковольтных линий электропередачи (ЛЭП). Многие промышленные предприятия ныне размещаются вдоль линий электропередачи.

Самая большая доля производства электроэнергии РФ при­ходится на тепловые станции (около 70%). Доля ГЭС в топливно-электроэнергетическом балансе – 20%, а атомных стан­ций – около 10%.

Важной особенностью развития современной энергетики яв­ляется строительство и использование атомных электростанций.

Огромное преимущество использования ядерной энергии сос­тоит в том, что при сжигании 1 кг урана (основной вид ядер­ного топлива) образуется столько же энергии, что и при сжига­нии 2500 т угля. Необходим лишь жесткий контроль за работой АЭС.

Важным направлением в развитии электроэнергетики яв­ляется также использование гидроэнергетических ресурсов. ГЭС используют воду – возобновляемый природный ресурс. Их КПД более – 80%.

Выработка электроэнергии на ГЭС сильно колеблется в течение года в связи с изменениями водного режима рек. Поэ­тому большое значение имеет согласование работы атомных, тепловых и гидроэлектростанций. Единая энергосистема страны повышает надежность снабжения электроэнергией предприятий народного хозяйства, выравнивает суточные и годовые графики производства и потребления энергии.

Россия является одним из крупнейших в мире экспортеров электроэнергии.

Тепловые электростанции — основные в составе электроэнергетики. Они сосредотачивают 2/3 всей установленной мощности и производят 2/3 электрической и тепловой энергии. Среди тепловых электростанций различают конденсационные (КЭС) — производящие только электроэнергию и теплофикационные (ТЭС), производящие электрическую и тепловую энергию.

По виду используемого топлива или источника энергии существуют установки, работающие на традиционном топливе (уголь, мазут, природный газ, сланцы), атомные электростанции (АЭС) и геотермические электростанции (ГеоТЭС). По характеру обслуживания потребителей и распространения энергии по территории различают тепловые электростанции районные (государственные районные электрические станции — ГРЭС), которые обеспечивают электроэнергией обширные территории, и центральные — теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), расположенные вблизи центра энергетических нагрузок и обеспечивающие энергией небольшие территории. Тепловые электростанции размещаются по территории страны следующим образом:

1) ориентируясь на потребителя, то есть в экономически развитых районах;

2) в районах добычи топлива. Тепловые электростанции обладают рядом преимуществ:

ü короткий срок и невысокие затраты на строительство;

ü могут работать в постоянном режиме;

ü используют разнообразные виды топлива, благодаря чему широко распространены по территории страны.

К негативным сторонам тепловой энергетики относятся:

ü высокие эксплуатационные расходы и высокая себестоимость электроэнергии;

ü низкий коэффициент полезного действия (КПД) — 40-70 %;

ü с экологической точки зрения — это наиболее «грязные»электростанции.

Первостепенную роль среди тепловых установок играют конденсационные электростанции. Тяготея одновременно к источникам топлива и к местам потребления электроэнергии, они имеют наиболее широкое распространение. Самые крупные тепловые электростанции (2 млн. кВт и более) расположены в Центральном районе — Конаковская и Костромская ГРЭС, в Поволжье — Заинская ГРЭС, на Урале — Ириклинская, Пермская, Рефтинская и Троицкая ГРЭС, в Восточной Сибири — Назаровская ГРЭС, в Западной Сибири — Сургутские ГРЭС-1 и ГРЭС-2 (последняя является крупнейшей тепловой электростанцией в России). Ряд КЭС действует на углях открытой добычи (Березовская), попутном (Сургутские) и природном газе. Ориентация КЭС па топливные базы эффективна при наличии ресурсов дешевого и нетранспортабельного топлива (бурый уголь открытой добычи, попутный газ, торф, мазут). КЭС, использующие высококалорийное топливо, тяготеют к местам потребления.

Теплоэлектроцентрали в отличие от КЭС привязаны только к потребителям, так как радиус передачи тепловой Энергии (пар, горячая вода) весьма невелик (максимум 10-12 км). ТЭЦ представляют собой установки по комбинированному производству электроэнергии и тепла, в связи с чем коэффициент полезного использования топлива здесь повышается до 70 % против 30-35 % на КЭС. Максимальная мощность ТЭЦ меньше, чем КЭС. ТЭЦ обеспечивают 1/3 общего теплопотребления.

Геотермические электростанции, в основе работы которых лежит использование глубинной теплоты земных недр, принципиально напоминают ТЭЦ, но в противоположность последним связаны не с потребителями, а с источниками энергии. Первая ГеоТЭС — Паужетская (11 тыс. кВт)- сооружена на Камчатке. Там же заканчивается строительство Мутновской ГеоТЭС проектной мощностью 150-200 тыс

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 энергетики окажутся альтернативные виды, но пока их применение остается нецелесообразным.

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

Конденсационные (КЭС)

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

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.

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.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

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.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник — http://www.techcult.ru/technology/5057-princip-raboty-i-ustrojstvo-tec-tes
Источник — http://pue8.ru/elektrotekhnik/26-teplovye-elektricheskie-stancii.html
Источник — http://energoworld.ru/theory/sxema-teplovoj-elektricheskoj-stancii-testec/
Источник — http://energymuseum.ru/printsipialynaya-shema-i-rabota-tts/
Источник — http://information-technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/243-kak-rabotaet-teplovaya-elektrostantsiya-tets
Источник — http://manbw.ru/analitycs/steam-turbines.html
Источник — http://neftegaz.ru/tech-library/elektrostantsii/142466-teploelektrotsentral-tets/
Источник — http://studme.org/276586/tehnika/printsipy_ustroystva_teplovyh_elektricheskih_stantsiy
Источник — http://1-engineer.ru/solutions/stroitelstvo-mini-tec-i-kotelnye-na-biotoplive/
Источник — http://madenergy.ru/stati/princip-raboty-teplovyh-ehlektrostancij.html

Другие виды топлива для ТЭС

Помимо традиционных видов топлива тепловые электростанции применяют в своей работе и другие источники энергии. Одним из таких энергоресурсов является мазут, который использовался на многих электростанциях во второй половине 20-го века.

В современных условиях цена продуктов нефтепереработки существенно увеличилась, поэтому мазут перестал быть основным топливом. Его частично используют угольные электростанции для растопки. Эксплуатационные качества мазута аналогичны с природным газом, однако при его сжигании в большом количестве выделяется оксид серы, загрязняющий окружающую среду.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

В 20-м веке некоторые ТЭС работали на торфе. В настоящее время этот ресурс практически не используется из-за низкой эффективности по сравнению с газом и углем. Установки на дизельном топливе применяются на небольших объектах, где не требуются значительные объемы электроэнергии. В основном, они предназначены для удаленных районов, расположенных на значительном расстоянии от сетей централизованного электроснабжения.

Читайте также:  Мэс волгоград

Самые мощные ТЭС

В настоящее время лидером тепловой энергетики по праву считается тепловая электростанция Туокетуо, находящаяся в Китае в провинции Внутренняя Монголия. До недавних пор она являлась лишь третьей в мире, уступая по мощности ТЭС, расположенным в Тайчжуне и Сургуте. В результате проведенной реконструкции в 2017 году добавились два энергоблока по 660 Мвт каждый, после чего общая мощность станции достигла 6720 мегаватт. После этого Сургутская ГРЭС стала занимать 3-е место в мире и 1-е – в России.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

В российской Энергосистеме доля тепловых электростанций составляет около 70%, а общее количество в натуральных цифрах – 358 единиц. Самые крупные ТЭС расположены возле крупных месторождений полезных ископаемых, используемых в качестве топлива. Установки, применяющие мазут, привязаны к крупным нефтеперерабатывающим предприятиям.

Крупнейшей российской ТЭС является Сургутская, производительность которой составляет 5600 МВт. На карте географическое положение объекта определяется на примерно одинаковом расстоянии от Нефтеюганска и Ханты-Мансийска.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Строительство объекта началось в 1979 году, а в 1985 году был введен в эксплуатацию 1-й энергоблок. Далее за 3 года в строй вступили все оставшиеся энергоблоки, производительностью 800 МВт. Работа станции осуществляется на попутном газе, образованном в местах разрабатываемых газовых месторождений. Такой газ должен утилизироваться, однако он превратился в энергетический ресурс. К настоящему времени построены еще 2 энергоблока по 400 МВт, что позволило вывести станцию на проектную мощность.

Следует отметить еще одну крупную российскую ГРЭС – Рефтинскую. Она работает на каменном угле, а производительность составляет 3800 мегаватт. Объект расположен примерно в 100 км от Екатеринбурга. Строительство велось с 1963 по 1980 годы, в течение всего периода энергоблоки вводились в строй поэтапно.

https://youtube.com/watch?v=k8LPoUf3-ps%3Ffeature%3Doembed

ТЭС на угле

Уголь уже давно стал одним из основных источников энергии в повседневной жизни и производственной деятельности людей. Широкое распространение данного вида топлива стало возможным благодаря его доступности. Во многих месторождениях он расположен в нескольких метрах от поверхности земли и может добываться более дешевым открытым способом. Кроме того, уголь не требует каких-то особых условий хранения и складируется в обычные кучи неподалеку от объекта.

Промышленное использование угля началось в конце 18-го века. В дальнейшем, когда появился железнодорожный транспорт, уголь стал источником движущей силы для паровозов. Позднее он стал применяться на первых тепловых электростанциях, построенных в конце 19-го века. Многие ТЭС и в настоящее время работают на угле.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

На самых первых электростанциях сжигание угля осуществлялось путем его укладки на колосниковые решетки. Загрузка топлива и удаление шлака выполнялось вручную. Постепенно эти процессы были механизированы и уголь попадал на решетки из верхнего бункера. Решетка приводилась в движение и отработанный шлак ссыпался в специальный приемник.

Современные тепловые электростанции уже давно не пользуются кусковым углем. Вместо него в котлы загружается угольная пыль, получаемая в дробилках или мельницах. Подача топлива к горелкам производится сжатым воздухом. Попадая в топку, угольная пыль вперемешку с воздухом начинает гореть, выделяя большое количество тепла.

Внутреннее устройство парового котла

Внутри котла находится большое количество изогнутых труб, по которым течет нагретая вода. Эта конструкция труб позволяет увеличить количество тепла, передаваемого воде, тем самым создавая больше пара.

В данный момент в паровых котлах используется метод факельного сжигания топлива в топке. Топка собой представляет вертикальную шахту, топливо попадая в нее вместе с воздухом непрерывно продолжает движение по камерной топке. Котел содержит в себе определенное устройства, например – горелка, с помощью нее в топку попадает топливо и воздух. В топке есть система труб, которая служит как поверхность нагрева. Поверхности нагрева можно разделить на три вида, в зависимости от способа передачи тепла:

К радиационным поверхностям нагрева относят топочные экраны, они представляют собой плоские трубные системы. У данной поверхности тип передачи тепла – излучение.

Конвективные поверхности – это поверхность нагрева, которая за счет конвекции получает тепло. К ним относят пароперегреватели и водяные экономайзеры.

Радиационно-конвективная поверхность совмещает в себе две предыдущих поверхности, то есть она воспринимает теплоту как в процессе излучения, так и в процессе конвекции. К ней обычно относят ширмовую поверхность нагрева котла.

На разных этапах работы электростанции теряется большое количество тепла, в то время как большая часть теряется в конденсаторе. Вот почему их эффективность так низка.

Тепловая эффективность – это безразмерная мера мощности устройства, использующего тепловую энергию, или иным образом отношение тепла, преобразованного в цикле в работу к теплу, подведенному в цикле к рабочему телу. Чем выше этот показатель, тем лучше цикл. На современных тепловых электростанциях тепловой КПД составляет 30%.

На большинстве тепловых электростанций в электроэнергию превращаются только 40% теплоты, которая выделяется в результате сгорания топлива, все остальное выбрасывается в окружающую среду. Однако на некоторых электростанциях это остаточное тепло используется для обогрева близлежащих домов и предприятий. С помощью такой системы вы можете увеличить отдачу на 80%.

Тепловые электростанции России

Крупнейшие тепловые электростанции России:

Газовые ТЭС

Вторым после угля по своей значимости является природный газ, используемый многими ТЭС. Данный вид топлива обладает несомненными преимуществами. Вредные выбросы, отравляющие атмосферу, значительно ниже, чем при сжигании угля. После сжигания не остается побочных продуктов в виде шлака или золы.

Эксплуатация ТЭС на газе становится значительно проще, поскольку в этом случае не требуется приготовление угольной пыли. Газу не требуется какая-либо специальная подготовка, и он сразу готов к использованию. Газовые тепловые электростанции считаются более маневренными, что немаловажно в ситуациях с изменяющимися нагрузками.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Эффективность и коэффициент полезного действия газовых ТЭС значительно увеличились при переходе в рабочий режим с циклом парогазовых установок. Сжигание топлива производится не в котле, а в газовой турбине. Такие установки предназначены только для газа и не могут работать на угольной пыли.

Как работают ТЭС на газе

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

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.

Преимущества и недостатки тепловых электростанций

Ниже в таблице приведены основные преимущества и недостатки тепловых электростанций перед другими видами объектов электрогенерации

Тепловые электростанции очень разнообразны и могут быть разделены по различным характеристикам.

Классификация ТЭС по назначению

В зависимости от типа и назначения отпускаемой энергии тепловые электростанции делятся на:

Классификация ТЭС по типу теплосиловых установок

Тепловые электростанции в зависимости от типа теплосиловых установок делятся на:

Классификация ТЭС по технологической схеме

По технологической схеме паропроводов тепловые электростанции подразделяются на блочные и с поперечными связями.

а) блочная; б) с поперечными связями; К – котел; Т – турбина

1 – магистраль питательной воды, 2 – регулирующий питательный клапан, 3 – паровой котел, 4, 19 – главная паровая и встроенная задвижки, 5 – коллектор перегретого пара, 6 – турбина, 7 – генератор, 8 – конденсатор, 9, 10 – цилиндры высокого и среднего давления, 11, 13 – конденсатные насосы I и II ступеней, 12 – блочная обессоливающая установка, 14, 18 – подогреватели низкого и высокого давления, 15 – деаэратор, 16, 17 – бустерный и питательный насосы, 20 – промежуточный пароперегреватель.

Классификация ТЭС по начальным параметрам

В соответствии с начальным уровнем давления тепловые электростанции делятся на:

Тепловая энергетика России

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 14 августа 2022 года; проверки требует 1 правка.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

КПД тепловой электростанции

Основным показателем любой тепловой электростанции является ее коэффициент полезного действия. Например, для угольных ТЭС существует термический КПД, определяемый количеством угля, необходимого для выработки 1 кВт*ч электроэнергии. Если в начале 20-х годов прошлого века этот показатель составлял 15,4 кг, то в 60-е годы он снизился до 3,95 кг. В дальнейшем расход угля вновь незначительно поднялся до 4,6 кг.

Причиной такого подъема стали газоочистители, уловители пыли и золы, из-за которых угольная электростанция снизила выходную мощность на 10%. Многие станции пользуются более чистым в экологическом плане углем, что также привело к увеличению потребления топлива.

Особенности теплоэнергетики, устройство и принцип работы тепловых электростанций

Процентное выражение термического КПД тепловой электростанции составляет не более 36%, что связано с высокими тепловыми потерями, вызываемыми отходящими газами при горении. У атомных электростанций, отличающимися низкими температурами и давлением термический КПД еще ниже – 32%. Самый высокий показатель у газотурбинных установок, оборудованных котлами-утилизаторами и дополнительными паровыми турбинами. КПД электростанций с таким оборудованием превышает 40%. Этот показатель полностью зависит от величины рабочих температур и давления пара.

Современные паротурбинные электростанции используют промежуточный перегрев пара. После того как он частично отработает в турбине, происходит его отбор в промежуточной точке для последующего повторного нагрева до первоначальной температуры. Система промежуточного перегрева может состоять из двух ступеней и более, что способствует значительному увеличению термического КПД.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *