.2. ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ТЕПЛОТЫ НА ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ
20:41
Тепловая электростанция — это предприятие, продукцией которого является электроэнергия, а также теплота, отпускаемая в виде пара или горячей воды, а «сырьем» — органическое топливо (уголь, нефть, мазут, торф, сланцы и др.). Оборудование электростанции как раз и служит для экономичного преобразования химической энергии топлива в электрическую. Рассмотрим для конкретности технологический процесс производства электроэнергии и тепла на ТЭС, работающей на угле (рис. 1.1).
Рис 1.1. Схема простейшей паротурбинной электростанции, работающей на угле
Основными элементами рассматриваемой электростанции являются котельная установка, производящая пар высоких параметров; турбинная или паротурбинная установка, преобразующая теплоту пара в механическую энергию вращения ротора турбоагрегата, и электрические устройства (генератор, трансформаторы и т. д.), обеспечивающие выработку электроэнергии. Основным элементом котельной установки является котел. Прибывающий на ТЭС в специальных вагонах уголь разгружается, дробится до размера кусков 20—25 мм и ленточным транспортером подается в бункер 19, вмещающий запас угля на несколько часов работы. Из размалывается до пылевидного состояния. В мельницу непрерывно специальным дутьевым вентилятором 9 подается горячий воздух, нагреваемый в воздухоподогревателе 8. Горячий воздух смешивается с угольной пылью и через горелки котла подается в его топку — камеру, в которой происходит горение топлива. При горении пылевидного топлива образуется факел, представляющий собой мощный источник лучистой энергии, температура факела превышает 1500 °С. Таким образом, при горении топлива его химическая энергия превращается в тепловую и лучистую энергию факела. Стены топки облицованы экранами 20 — трубами, к которым подается питательная вода из экономайзера 7. На схеме изображен так называемый прямоточный котел, в экранах которого питательная вода, проходя только один раз, нагревается и испаряется, превращаясь в сухой насыщенный пар. Широкое распространение получили барабанные котлы, в экранах которых осуществляется многократная циркуляция питательной воды, а отделение пара от котловой воды происходит в барабане. Сухой насыщенный пар поступает в пароперегреватель 6, в котором повышается его температура и, следовательно, потенциальная энергия. Газообразные продукты сгорания топлива, отдав свою основную теплоту питательной воде, поступают на трубы экономайзера 7 и воздухоподогреватель 8, в которых они охлаждаются до температуры 140— 160 °С и направляются с помощью дымососа 11 к дымовой' трубе 12. В электрофильтрах 10 происходит улавливание сухой летучей золы. Дымосос и дымовая труба создают разрежение в топке и газоходах котла; кроме того, дымовая труба рассеивает вредные продукты сгорания в верхних слоях атмосферы, не допуская их высокой концентрации в нижних слоях. Зола, образующаяся при горении топлива и не унесенная потоком газов, удаляется из донной части топки и транспортируется на золоотвалы. Полученный на выходе из котельной установки пар высоких параметров поступает по паропроводу 4 к паровой турбине 3. Расширяясь в ней, пар вращает ее ротор, соединенный с ротором электрического генератора 2, в обмотках которого образуется электрический ток. Трансформаторы 1 повышают его напряжение для уменьшения потерь в линиях электропередачи, передают часть выработанной энергии на питание собственных нужд "ГЭС, а остальное — в электрическую систему. И котел, и турбина могут работать только при очень высоком качестве питательной воды и пара, допускающем ничтожные примеси других веществ. Кроме того, расходы пара огромны (например, в энергоблоке 1200 МВт за 1 с испаряется, проходит через турбину и конденсируется более 1 т воды). Поэтому нормальная работа энергоблока возможна только при создании замкнутого цикла циркуляции рабочего тела высокой чистоты. Пар, покидающий турбину 3, поступает в конденсатор 17 — теплообменник, по трубкам которого непрерывно протекает холодная вода, подаваемая циркуляционным насосом 18 из реки, водохранилища или специального охладительного устройства (градирни). Пар, поступающий из турбины в межтрубное пространство конденсатора, конденсируется и стекает вниз; образующийся конденсат конденсатным насосом 16 подается через регенеративный подогреватель 15 в деаэратор 5. В подогревателе 15 температура конденсата повышается за счет теплоты пара, отбираемого из турбины. Это позволяет уменьшить расход топлива в котле и повысить экономичность электростанции. В деаэраторе происходит деаэрация — удаление из конденсата растворенных в нем газов, нарушающих работу котла. Одновременно бак деаэратора представляет собой емкость для питательной воды котла. Из деаэратора питательная вода питательным насосом 14, приводимым в действие электродвигателем или специальной паровой турбиной, подается в котел. Таким образом замыкается технологический пароводяной цикл преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения ротора турбоагрегата. Снабжение потребителей теплотой осуществляется с помощью отборов пара из турбины подобно тому, как это делается для регенеративного подогрева питательной воды. Промышленный потребитель обычно использует пар непосредственно из отборов турбин. Для целей теплофикации пар из так называемого отопительного отбора турбины направляется в сетевые подогреватели, в трубках которых циркулирует сетевая (отопительная) вода. Сетевые подогреватели устанавливают прямо на электростанции. Рассмотренная установка для производства электроэнергии называется моноблоком: один котел вырабатывает пар только для одной турбины. Наряду с ними на ТЭС существуют дубль-блоки-установки, в которых один котел снабжает две турбины. Мощные ГРЭС оборудуются блоками мощностью 120—1200 МВт. Наиболее крупные ТЭС в нашей стране достигли мощности 3600 МВт. Ограничения по мощности электростанций связаны с трудностями их обеспечения охлаждающей водой и требованиями охраны окружающей среды. Компоновку энергетических установок на ТЭЦ, исходя из требований надежности снабжения потребителей тепловой энергией, выполняют по-другому. Все котлы ТЭЦ работают на один или несколько общих паропроводов (коллекторов пара), а из них питаются все турбины электростанции. Такая компоновка называется неблочной. Раньше она использовалась и для конденсационных электростанций. Рассмотренная нами схема ТЭС является очень упрощенной. В ней отсутствуют: обычно используемый промежуточный перегрев пара; подогреватели высокого давления, устанавливаемые между питательным насосом и котлом; конденсатоочистка, очищающая конденсат, идущий из конденсатора; водоподготовительная установка, восполняющая потери воды из технологического контура, и другое оборудование, без которого ТЭС работать не может. Но представление всех связей даже для такой простой схемы, как на рис. 1.1, вызывает немалые трудности. Поэтому для изображения оборудования электростанции во всей его взаимосвязи по пару, конденсату, питательной воде используют тепловые схемы — графическое изображение отдельных элементов и трубопроводов с помощью условных обозначений (см. приложение 1). Привыкнув к условным обозначениям, легко прочитать даже самую сложную тепловую схему. Пример тепловой схемы рассмотренной ТЭС приведен на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Упрощенная тепловая схема электростанции, показанной на рис. 1.1: 1 — котел; 2 — турбина; 3 — генератор; 4 — конденсатор; 5 — циркуляционный насос; 6 — конденсатный насос; 7 — подогреватель; 8 — питательный насос; 9 — деаэратор
studopedia.org - Студопедия.Орг - 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования(0.006 с)...
Рис 1.1. Схема простейшей паротурбинной электростанции, работающей на угле
Основными элементами рассматриваемой электростанции являются котельная установка, производящая пар высоких параметров; турбинная или паротурбинная установка, преобразующая теплоту пара в механическую энергию вращения ротора турбоагрегата, и электрические устройства (генератор, трансформаторы и т. д.), обеспечивающие выработку электроэнергии. Основным элементом котельной установки является котел. Прибывающий на ТЭС в специальных вагонах уголь разгружается, дробится до размера кусков 20—25 мм и ленточным транспортером подается в бункер 19, вмещающий запас угля на несколько часов работы. Из размалывается до пылевидного состояния. В мельницу непрерывно специальным дутьевым вентилятором 9 подается горячий воздух, нагреваемый в воздухоподогревателе 8. Горячий воздух смешивается с угольной пылью и через горелки котла подается в его топку — камеру, в которой происходит горение топлива. При горении пылевидного топлива образуется факел, представляющий собой мощный источник лучистой энергии, температура факела превышает 1500 °С. Таким образом, при горении топлива его химическая энергия превращается в тепловую и лучистую энергию факела. Стены топки облицованы экранами 20 — трубами, к которым подается питательная вода из экономайзера 7. На схеме изображен так называемый прямоточный котел, в экранах которого питательная вода, проходя только один раз, нагревается и испаряется, превращаясь в сухой насыщенный пар. Широкое распространение получили барабанные котлы, в экранах которых осуществляется многократная циркуляция питательной воды, а отделение пара от котловой воды происходит в барабане. Сухой насыщенный пар поступает в пароперегреватель 6, в котором повышается его температура и, следовательно, потенциальная энергия. Газообразные продукты сгорания топлива, отдав свою основную теплоту питательной воде, поступают на трубы экономайзера 7 и воздухоподогреватель 8, в которых они охлаждаются до температуры 140— 160 °С и направляются с помощью дымососа 11 к дымовой' трубе 12. В электрофильтрах 10 происходит улавливание сухой летучей золы. Дымосос и дымовая труба создают разрежение в топке и газоходах котла; кроме того, дымовая труба рассеивает вредные продукты сгорания в верхних слоях атмосферы, не допуская их высокой концентрации в нижних слоях. Зола, образующаяся при горении топлива и не унесенная потоком газов, удаляется из донной части топки и транспортируется на золоотвалы. Полученный на выходе из котельной установки пар высоких параметров поступает по паропроводу 4 к паровой турбине 3. Расширяясь в ней, пар вращает ее ротор, соединенный с ротором электрического генератора 2, в обмотках которого образуется электрический ток. Трансформаторы 1 повышают его напряжение для уменьшения потерь в линиях электропередачи, передают часть выработанной энергии на питание собственных нужд "ГЭС, а остальное — в электрическую систему. И котел, и турбина могут работать только при очень высоком качестве питательной воды и пара, допускающем ничтожные примеси других веществ. Кроме того, расходы пара огромны (например, в энергоблоке 1200 МВт за 1 с испаряется, проходит через турбину и конденсируется более 1 т воды). Поэтому нормальная работа энергоблока возможна только при создании замкнутого цикла циркуляции рабочего тела высокой чистоты. Пар, покидающий турбину 3, поступает в конденсатор 17 — теплообменник, по трубкам которого непрерывно протекает холодная вода, подаваемая циркуляционным насосом 18 из реки, водохранилища или специального охладительного устройства (градирни). Пар, поступающий из турбины в межтрубное пространство конденсатора, конденсируется и стекает вниз; образующийся конденсат конденсатным насосом 16 подается через регенеративный подогреватель 15 в деаэратор 5. В подогревателе 15 температура конденсата повышается за счет теплоты пара, отбираемого из турбины. Это позволяет уменьшить расход топлива в котле и повысить экономичность электростанции. В деаэраторе происходит деаэрация — удаление из конденсата растворенных в нем газов, нарушающих работу котла. Одновременно бак деаэратора представляет собой емкость для питательной воды котла. Из деаэратора питательная вода питательным насосом 14, приводимым в действие электродвигателем или специальной паровой турбиной, подается в котел. Таким образом замыкается технологический пароводяной цикл преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения ротора турбоагрегата. Снабжение потребителей теплотой осуществляется с помощью отборов пара из турбины подобно тому, как это делается для регенеративного подогрева питательной воды. Промышленный потребитель обычно использует пар непосредственно из отборов турбин. Для целей теплофикации пар из так называемого отопительного отбора турбины направляется в сетевые подогреватели, в трубках которых циркулирует сетевая (отопительная) вода. Сетевые подогреватели устанавливают прямо на электростанции. Рассмотренная установка для производства электроэнергии называется моноблоком: один котел вырабатывает пар только для одной турбины. Наряду с ними на ТЭС существуют дубль-блоки-установки, в которых один котел снабжает две турбины. Мощные ГРЭС оборудуются блоками мощностью 120—1200 МВт. Наиболее крупные ТЭС в нашей стране достигли мощности 3600 МВт. Ограничения по мощности электростанций связаны с трудностями их обеспечения охлаждающей водой и требованиями охраны окружающей среды. Компоновку энергетических установок на ТЭЦ, исходя из требований надежности снабжения потребителей тепловой энергией, выполняют по-другому. Все котлы ТЭЦ работают на один или несколько общих паропроводов (коллекторов пара), а из них питаются все турбины электростанции. Такая компоновка называется неблочной. Раньше она использовалась и для конденсационных электростанций. Рассмотренная нами схема ТЭС является очень упрощенной. В ней отсутствуют: обычно используемый промежуточный перегрев пара; подогреватели высокого давления, устанавливаемые между питательным насосом и котлом; конденсатоочистка, очищающая конденсат, идущий из конденсатора; водоподготовительная установка, восполняющая потери воды из технологического контура, и другое оборудование, без которого ТЭС работать не может. Но представление всех связей даже для такой простой схемы, как на рис. 1.1, вызывает немалые трудности. Поэтому для изображения оборудования электростанции во всей его взаимосвязи по пару, конденсату, питательной воде используют тепловые схемы — графическое изображение отдельных элементов и трубопроводов с помощью условных обозначений (см. приложение 1). Привыкнув к условным обозначениям, легко прочитать даже самую сложную тепловую схему. Пример тепловой схемы рассмотренной ТЭС приведен на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Упрощенная тепловая схема электростанции, показанной на рис. 1.1: 1 — котел; 2 — турбина; 3 — генератор; 4 — конденсатор; 5 — циркуляционный насос; 6 — конденсатный насос; 7 — подогреватель; 8 — питательный насос; 9 — деаэратор
