ТЭЦ схема и принцип работы

Эколого-технологическая характеристика теплоэнергетики.

Теплоэнергетика — это отрасль теплотехники, занимающаяся преобразованием теплоты в другие виды энергии, главным образом в механическую и через неё в электрическую. Основу современной энергетики составляют тепловые электростанции (ТЭС), использующие для этого химическую энергию органического топлива (уголь, газ, мазут, торф). Они делятся на:

· Паротурбинные электростанции (преобразование потенциальной энергии сжатого и нагретого до высокой температуры пара в кинетическую энергию вращения ротора турбины)

· Газотурбинные электростанции

· Парогазовые электростанции (содержат дваотдельных двигателя: паросиловой и газотурбинный; на одном валу с турбиной находится генератор, который за счёт вращения ротора вырабатывает электрический ток; газ нагревает воду и образующийся водяной пар; паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор)

Суммарно тепловые станции обеспечивают около 2/3 от общей выработки всех электростанций мира.

ТЭС подразделяют на следующие типы:

· Станции, где идет отбор воды для отопления называют ТЭЦ (тепловые электроцентрали). Забирается вода, очищается, греется, паром вращаются турбины, вырабатывается ток. Горячая вода используется для отопления. Они размещаются близко от потребителя и очень водоемкие. ТЭЦ тяготеют к потребителю независимо от топлива, на котором они работают.

· КЭС — почти как ТЭС, только вода для отопления не используется. Охлаждается в специальных ёмкостях — градирнях, и вновь запускается в технологический процесс.

· Крупные КЭС называют ГРЭС (государственная районная электрическая станция; больше 1000 МВт). Самой крупной в России и второй в мире является Сургутская ГРЭС-2.

Паротурбинные электростанции. На современных тепловых электростанциях большой мощности превращение теплоты в работу производится в циклах, использующих в качестве основного рабочего тела водяной пар высоких давления и температуры. Водяной пар производится парогенераторами (паровыми котлами), в топках которых сжигаются различные виды органического топлива: уголь, мазут, газ и др. В парогенераторе за счёт тепла сжигаемого топлива вода, нагнетаемая в парогенератор насосом, превращается в водяной пар, который затем поступает в турбину, вращающую электрогенератор. Тепловая энергия пара преобразуется в турбине в механическую работу, которая, в свою очередь, преобразуется в генераторе в электроэнергию. Из турбины отработавший пар поступает в конденсатор, где конденсируется (превращается в воду). Насос нагнетает конденсат в парогенератор, замыкая, таким образом, цикл.

Газотурбинные электростанции. Большинство современных газотурбинных установок работает по схеме непрерывного сгорания топлива и выполняется по открытому (разомкнутому) или закрытому (замкнутому) циклу в зависимости от вида сжигаемого топлива. В газотурбинных установках открытого цикла в качестве топлива используется жидкое малосернистое газотурбинное топливо или природный газ, которые подаются в камеру сгорания. Необходимый для сгорания топлива воздух очищается в комплексном воздухоочистительном устройстве (фильтре) и сжимается в компрессоре. Для получения заданной температуры газов перед газовой турбиной в камере сгорания поддерживается нужный избыток воздуха с учётом теоретической температуры горения топлива, вида топлива, способа его сжигания и др. Горячие газы являются рабочим телом в газовой турбине, где они расширяются, а затем выбрасываются в дымовую трубу. Газотурбинные установки замкнутого цикла позволяют использовать как твёрдое, так и высокосернистое жидкое топливо (мазут), сжигаемое в камере сгорания, где установлен подогреватель рабочего тела, обычно воздуха. Включение в схему воздухоохладителя уменьшает работу сжатия в компрессоре, а регенератора – повышает экономичность газотурбинной установки.

Парогазовые электростанции. Парогазовые установки с высоконапорным парогенератором работают на природном газе или на жидком газотурбинном топливе. Воздушный компрессор подаёт сжатый воздух в кольцевой зазор корпуса высоконапорного парогенератора и в дополнительную камеру сгорания, где его температура повышается. Горячие газы после сжигания топлива в топочной камере используются для генерации пара и его перегрева. После промежуточного перегревателя – последней поверхности нагрева высоконапорного парогенератора – газы с температурой примерно 700° поступают в дополнительную камеру сгорания, где догреваются до 900° и поступают в газовую турбину. Отработавшие в газовой турбине газы направляются в трёхступенчатый газоводяной экономайзер, где они охлаждаются питательной водой и основным конденсатом паровой турбины.

Теплоэлектроцентраль – тепловая электростанция, вырабатывающая электрическую энергию и теплоту, отпускаемую потребителям в виде пара и горячей воды. Использование отработанной теплоты паровой турбины является отличительной особенностью ТЭЦ и называется теплофикация. Комбинированное производство энергии двух видов способствует более экономичному использованию топлива по сравнению с его использованием при раздельной выработке электроэнергии на конденсационных электростанциях и тепловой энергии в котельных установках.

Мы поможем в написании ваших работ!

Превращение природных энергетических ресурсов в электричество осуществляется с помощью специальных установок, функционирующих на различных принципах. Среди них наиболее широкое распространение получили тепловые электростанции, применяющие для работы жидкое, твердое и газообразное органическое топливо. Они вырабатывают более 70% всей мировой электроэнергии и располагаются поблизости от месторождений природных ресурсов. Многие ТЭС производят не только электричество, но и тепловую энергию.

Виды тепловых электростанций

Стандартная тепловая электростанция представляет собой целый комплекс, включающий в себя различные устройства и оборудование, преобразующие топливную энергию в электричество и тепло.


Подобные установки отличаются параметрами и техническими характеристиками, по которым и выполняется их классификация:

• В соответствии с видами и назначением поставляемой электроэнергии, тепловые станции могут быть районными и промышленными. Районные установки известны как ГРЭС или КЭС и предназначены для обслуживания всех потребителей региона. Электростанции, вырабатывающие тепло, называются ТЭЦ. Мощность районных станций превышает 1 млн. кВт. Промышленные электростанции предназначены для электро- и теплоснабжения конкретных предприятий и производственных комплексов. Их мощность значительно меньше, чем у ГРЭС и устанавливается в соответствии с потребностями того или иного объекта.
• Все типы тепловых электростанций работают на различных источниках энергии. Прежде всего, это обычные органические ресурсы, используемые большинством ТЭС и продукты нефтепереработки. Наибольшее распространение получили уголь, природный газ, мазут. Наиболее прогрессивные установки работают на ядерном топливе и называются атомными электростанциями – АЭС.
• Силовые установки, преобразующие энергию тепла в электричество, бывают паротурбинными, газотурбинными и смешанной парогазовой конструкции.
• Технологическая схема паропроводов ТЭС может быть разной. В блочных конструкциях тепловые электрические станции используют одинаковые энергетические установки или энергоблоки. В них пар от котла подается лишь к собственной турбине и после конденсации он вновь возвращается в свой котел. По данной схеме построено большинство ГРЭС (КЭС) и ТЭЦ. Другой вариант предполагает использование поперечных связей, когда пар от котлов подается к общему коллектору – паропроводу, обеспечивающему работу всей паровых турбин станции.
• По параметрам начального давления ТЭС могут быть с критическим и сверхкритическим давлением. В первом случае российские стандарты для ТЭС-ТЭЦ составляют 8,8-12,8 Мпа или 90-130 атмосфер. Второй вариант имеет более высокие параметры, составляющие 23,5 Мпа или 240 атмосфер. В таких конструкциях используется промежуточный перегрев и блочная схема.

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.

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.

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.

ТЭС на угле

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

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

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

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

Газовые ТЭС

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

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

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

Другие виды топлива для ТЭС

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

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

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

КПД тепловой электростанции

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

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

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

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.

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.

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.

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

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

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

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

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

Принцип работы

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

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

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

Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой. Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО₂, которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.

Теплоснабжение

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

Как работают ТЭС на газе

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

Новые технологии сжигания угля

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

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

Чистое сжигание угля (Clean Coal)

Особенность данного метода состоит в том, что вместо воздуха в качестве окислителя при сжигании угольной пыли используется выделенный из воздуха чистый кислород. В результате, из дымовых газов удаляется вредная примесь – NОx. Остальные вредные примеси отфильтровываются в процессе нескольких ступеней очистки. Оставшийся на выходе СО₂ закачивается в емкости под большим давлением и подлежит захоронению на глубине до 1 км.

Метод «oxyfuel capture»

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

Метод «pre-combustion»

Уголь сжигается в «обычном» режиме – в котле в смеси с воздухом. После этого удаляется зола и SO₂ – оксид серы. Далее происходит удаление СО₂ с помощью специального жидкого абсорбента, после чего он утилизируется путем захоронения.

Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира

Первенство принадлежит китайской ТЭС Tuoketuo мощностью 6600 МВт (5 эн/бл. х 1200 МВт), занимающей площадь 2,5 кв. км. За ней следует ее «соотечественница» — Тайчжунская ТЭС мощностью 5824 МВт. Тройку лидеров замыкает крупнейшая в России Сургутская ГРЭС-2 – 5597,1 МВт. На четвертом месте польская Белхатувская ТЭС – 5354 МВт, и пятая – Futtsu CCGT Power Plant (Япония) – газовая ТЭС мощностью 5040 МВт.

Электрическая станция представляет собой энергетическую установку, преобразующую какой-либо вид энергии в электрическую и иногда – тепловую. Тип станции зависит от того, какой тип энергоносителя на ней установлен. Тепловые электростанции (ТЭС) наиболее распространены, так как для их работы необходима тепловая энергия, получаемая при сжигании органического топлива. На них производится около 75% мировой электроэнергии. Тепловой электростанцией является электростанция, преобразующая энергию углеводородного ископаемого топлива в электрическую и тепловую энергию.

Что такое тепловая электрическая станция (ТЭС)

Тепловые электростанции (ТЭС) наиболее распространены среди других типов электростанций. Органическая энергия образуется при сжигании органического, не возобновляемого топлива. Это и плюс, и минус. Органического топлива по-прежнему много, но одним из основных недостатков является то, что продукты сгорания этого органического топлива значительно наносят вред окружающей среде.

ТЭС функционирует следующим образом: при сгорании топлива выделяется колоссальное количество тепловой энергии, которая, в свою очередь, нагревает воду. Затем из этой воды образуется пар, который подается в турбогенератор. Турбины начинают вращаться, приводя в движение части электрического генератора. Таким образом, мы получаем электрическую энергию.

Тепловые электростанции могут иметь как паровые, так и газовые турбины. Наиболее распространенными являются электростанции с паровыми турбинами. Они делятся на следующие типы:

• Тепловые электроцентрали (ТЭЦ)
• Конденсационные электрические станции (КЭС)

Тепловые электроцентрали (ТЭЦ)

Тепловые электростанции (ТЭЦ) по сути являются теми же тепловыми электростанциями, но основное различие заключается в том, что помимо электрической энергии они также могут генерировать тепловую энергию, которая затем поступает в систему центрального отопления, а оттуда в жилые здания или промышленные предприятия. Этот процесс доступен благодаря теплофикационным турбинам и турбинам с отбором пара. Поэтому ТЭЦ имеет довольно высокий коэффициент полезного действия (КПД) – до 75%.

ТЭЦ особенно актуальны для России, где центральное отопление активно используется для обеспечения теплом жилых и промышленных зданий из-за холодного климата.

ТЭЦ по принципу работы аналогичны конденсационным электростанциям (КЭС). Однако они различаются долей производства тепловых и электрических носителей, а также по конструкции паровой турбины.

Схема работы теплоэлектроцентрали

Рассмотрим принципиальную схему работы теплоэлектроцентрали. Топливо постоянно подается в топку котла вместе с окислителем, за который обычно принимается подогретый воздух. Кроме того, тепло, выделяемое при сжигании органического топлива, нагревает воду в паровом котле. В результате этого процесса мы получаем превращение жидкости в пар, поступающий в паровую турбину. Основная задача этого устройства на станции заключается в преобразовании энергии поступающего пара в механическую.

Все элементы турбины тесно связаны с валом, что заставляет их вращаться как единый механизм. Чтобы привести этот вал во вращение, необходимо передать кинетическую энергию пара на ротор, этот процесс происходит в паровой турбине. Однако пар, выходящий из турбины, имеет высокую температуру и давление. Из-за этого возникает высокая внутренняя энергия пара, которая затем поступает в сопла турбины.

Пар, непрерывным потоком с огромной скоростью проходит через сопло и таким образом происходит воздействие на лопатки турбины, закрепленные на диске, который в свою очередь непосредственно связан с валом. Пар заставляет лопатки вращаться при этом происходим известный нам процесс преобразования механической энергии в электрическую.

После того, как пар проходит через турбину, давление и температура резко падают, и часть пара попадает в следующую часть станции – конденсатор, в котором пар переходит в жидкое состояние. Для выполнения этой задачи в конденсаторе находится охлаждающая вода. В конденсаторе поддерживается постоянный вакуум с помощью эжектора. Оставшийся пар используется для нагрева очищенной воды в подогревателях сетевой воды для отопления, а конденсат подается в парогенераторы через деаэратор при помощи насосов.

После обратного превращения пара в воду он попадает в деаэратор путем откачки с помощью конденсатного насоса. Основная задача деаэратора – удалить газ из поступающей воды, чтобы снизить содержание углекислого газа и кислорода до приемлемых значений. Это позволяет уменьшить коррозию на путях, по которым идет подача воды и пара. Одновременно с процессом очистки жидкость нагревается теплом отобранного пара.

Конденсационные электростанции (КЭС)

Конденсационная электростанция (КЭС) является тепловой электростанцией, которая может генерировать только электрическую энергию. Его название напрямую связано с его принципом работы, на КЭС используются конденсатор. Помимо КЭС, по этому принципу работает и атомная электростанция, различия существуют только в используемом топливе.

Исторически в СССР, КЭС включенные в единую энергосистему СССР получили наименование «ГРЭС» — государственная районная электростанция. Название происходит от государственной принадлежности и от использования местного энергоресурса (торф, бурый уголь и т.д.) и расчёта для преимущественного электроснабжения конкретного энергетического района.

В число особенностей конденсационных электростанций входит максимальное преобразование пара в механическую энергию, которая вращает ротор турбогенератора, а затем и в электрическую энергию.

В последнее время новые или недавно введенные в эксплуатацию электростанции устанавливают энергоблоки ПГУ вместо обычных электростанций с конденсационными турбинами. Они состоят из газовых турбин. Такие агрегаты с газовыми комбинированными установками являются более экономичным вариантом, чем тот же энергоблок с конденсационной турбиной.

Действительно, пар можно брать из таких энергоблоков ПГУ для обогрева жилых зданий и близлежащих предприятий, но в большинстве случаев эти агрегаты предназначены для покрытия пиковых электрических нагрузок из-за их высокой маневренности. Однако для высвобождения тепловой энергии требуется постоянная нагрузка в течение длительного времени. Таким образом, энергоблоки ПГУ в основном производят только электроэнергию.

Тепловая схема конденсационной электростанции

Ниже приведена схема работы конденсационной установки на органическом топливе.

Электростанции с конденсационной системой (КЭС) играют значительную роль среди тепловых электростанций. Их принцип работы строится следующим образом:

1. В паровой котел, с циркулирующей очищенной (питательной) водой, поступает топливо и нагревается с образованием пара при температуре 400-650°С.
2. Далее этот пар по паропроводу под высоким давлением попадает в паровую турбину, а затем этот пар используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе и в итоге поступает в конденсатор.
3. Конденсат из конденсатора подается в парогенераторы через деаэратор при помощи насосов.

Этот тип электростанций имеет низкий КПД (30-40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора.

Газопоршневые электростанции

Газопоршневая электростанция (ГПЭС) – станция, которая работает на основе поршневого двигателя внутреннего сгорания и генератора переменного тока, вырабатывающая тепловую и электрическую энергию.

При условиях когда невозможно подключить удаленные объекты к централизованным сетям электро и теплоснабжения, как правило используют газопоршневые электрогенераторные установки, они более автономны.

Газопоршневая электростанция может вырабатывать не только электрическую и тепловую энергии, но и холод. В первом случае такая технология называется когенерацией, а во втором – тригенерацией. Холод используется для вентиляции, охлаждения складов, а также для промышленного холодоснабжения, то есть для охлаждения систем.

В качестве топлива в основном используется природный газ, но также допускается использование других видов газа, например: попутный нефтяной газ, жидкий газ (СПГ), очистной газ. Перед использованием альтернативного вида топлива проводится тщательный анализ этого газа, чтобы он соответствовал определенным требованиям.

Недостаток данной станции представляет собой большой выброс вредных веществ в окружающую среду, за счет выхлопа при сгорании моторного масла. Чтобы уменьшить вредное воздействие на окружающую среду устанавливают дорогостоящие катализаторы, а также строят высокие дымовые трубы.

А к достоинствам можно отнести то, что станция может полноценно работать как на сжиженном газе, так и на сжатом, для станции требуется только чтобы она была подключена к баллону с сжиженным газом.

Принцип работы газопоршневой электростанции

Рассмотрим принцип работы газопоршневой электростанции. На газопоршневые двигатели по топливопроводу подается топливо в виде горючего газа. Пока газ сжигается образуется механическая энергия, которая передается на генератор, где вырабатывается электроэнергия.

Все газопоршневые электростанции в обязательном порядке должны иметь у себя жидкостную систему охлаждения, которая снабжена охлаждающим радиатором.

Во время работы электростанции вырабатывается огромное количество тепла, которое превосходит объемы вырабатываемой электроэнергии. Поэтому точно также как теплоэлектроцентрали они обеспечивают подачу тепла и электроэнергии на предприятия.

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:

• радиационные (экранные трубы),
• радиационно-конвективные (фестон, ширмовый пароперегреватель)
• конвективные (конвективный пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель).

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.

Типы тепловых электростанций

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:

1. Районные электростанции – это независимые электростанции, обслуживающие потребителей района (жилые здания, промышленные предприятия и т.д.). Районные электростанции могут вырабатывать как электрическую энергию (та же ГРЭС), так и тепловую энергию (ТЭЦ).
2. Промышленные электростанции. Этот тип электростанций обслуживает производственные предприятия, которые к ним присоединены тепловой и электрической энергией. Мощность промышленных электростанций напрямую зависит от потребностей предприятий. В принципе, эта мощность намного меньше, чем у районных электростанций.

Классификация ТЭС по типу теплосиловых установок

Тепловые электростанции в зависимости от типа теплосиловых установок делятся на:

1. Паротурбинные электростанции. Основой их работы, как следует из их названия, являются паротурбинные установки (ПТУ) с паровой турбиной.
2. Газотурбинные электростанции. Они основаны на газотурбинных установках (ГТУ).
3. Парогазовые электростанции. К ним относятся парогазовые установки (ПГУ), которые представляют собой комбинацию газотурбинных и паротурбинных установок, которые обеспечивают высокую эффективность.

Классификация ТЭС по технологической схеме

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

1. Блочные тепловые электростанции. Принцип их работы прост, они состоят из отдельных агрегатов, в которых находится котел, каждый котел имеет свою турбину, в которую он подает пар. Если выйдет из строя только один котел или турбина, это приведет к отключению всей установки. Блочные схемы очень экономичны, так как длина трубопроводов сокращается. По этой схеме часто строятся все мощные ГРЭС и ТЭЦ.

2. Тепловые электростанции с поперечными связями. Разница между этими тепловыми электростанциями заключается в том, что котлы могут подавать пар абсолютно в любой коллектор. Они оснащены переключающими клапанами для предотвращения несчастных случаев и повышения надежности станции. По схеме с поперечными соединениями строится КЭС без промежуточного перегрева.

Классификация ТЭС по начальным параметрам

 В соответствии с начальным уровнем давления тепловые электростанции делятся на:

• докритического давления – до 22,1 МПа.
  • низкого – 3,4 МПа
  • среднего – 8,8 МПа
  • высокого – 12,8 МПа
• сверхкритического давления – свыше 23,5 МПа.
• суперсверхкритического давления – 30 МПа, с температурой пара 600 – 620 °С.

Преимущества и недостатки тепловых электростанций

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

Эффективность ТЭЦ

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%.

• At  – тепло, преобразованное в цикле в работу
• Q1 – тепло, подведенное в цикле к рабочему телу
• Q2 – тепло, отданное в цикле рабочим телом в окружающую среду

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%.

Заключение

В этой статье были изучены виды и типы тепловых электростанций. Мы рассмотрели принципы работы конденсационных станций и теплоэлектроцентралей, установили их особенности и основные параметры. Рекомендуем также ознакомиться статьей про геотермальные тепловые электростанции.

Ключевое слово — в полях. Подальше от жилья. У меня сосед чуть по морде не получил из-за вертушки на флюгере. Вы не представляете, как бесит это жужжание в любой час суток.

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

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

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

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

Конденсационные электростанции часто называют государственными районными электрическими станциями (ГРЭС). КЭС в основном располагаются вблизи районов добычи топлива или водоемов, используемых для охлаждения и конденсации пара, отработавшего в турбинах.

Теплоэлектроцентрали

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

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

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

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

Для увеличения надежности работы ТЭЦ предусматривается секционирование сборных шин.

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

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

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

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

Тепловая электрическая станция (рисунок общего вида)

Тепловая электрическая станция (рисунок общего вида)

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

Обозначения на схеме ТЭС:

Описание технологической схемы ТЭС:

Обобщая все вышеописанное, получаем состав тепловой электростанции:

• топливное хозяйство и система подготовки топлива;
• котельная установка: совокупность самого котла и вспомогательного оборудования;
• турбинная установка: паровая турбина и ее вспомогательное оборудование;
• установка водоподготовки и конденсатоочистки;
• система технического водоснабжения;
• система золошлокоудаления (для ТЭС, работающих, на твердом топливе);
• электротехническое оборудование и система управления электрооборудованием.

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

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

Шлак и уловленная зола удаляются обычно гидравлическим способом на золоотвалы.

При сжигании мазута и газа золоуловители не устанавливаются.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.