Тепловая Электростанция
Тепловая электростанция
(или тепловая электрическая станция) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.
Главное направление в развитии энергетики СССР — преимущественное строительство крупных тепловых электростанций мощностью 1 млн. кет и выше на базе дешевых углей, природного газа и мазута с установочной единичной мощностью агрегатов 100, 150, 200 и 300 Мет. Т. э. производят 80% электроэнергии, вырабатываемой в стране, и являются основным типом электростанций.
Различают тепловые электростанции по типу принятых двигателей — паротурбинные (наиболее распространенные), газотурбинные, локомобильные и дизельные;
по характеру вырабатываемой энергии — конденсационные (производящие только электрическую энергию) и теплофикационные (вырабатывающие как электрическую, так и тепловую энергию);
по району обслуживания — гос. районные электростанции (ГРЭС) в крупных промышленных районах и центральные электрические станции (ЦЭС), обслуживающие отдельные промышленные предприятия, населенные пункты или сельскохозяйственные районы;
по степени загрузки — базовые (работающие с постоянной полной нагрузкой, покрывающие основную часть потребности в электроэнергии) пиковые (действующие в период пиковых нагрузок);
по характеру потребляемого энергетического топлива — на твердом (низкосортные угли, антрацитовый штыб, торф, сланец), жидком (мазут), газообразном (природный, доменный или коксовый газ).
Основные направления совершенствования технологического процесса выработки энергии на тепловой электростанции: повышение начальных параметров пара (до 300 am и 650°);
применение промежуточного перегрева пара (повышает экономичность теплового процесса);
укрупнение единичных мощностей агрегатов и самих ТЭ (турбогенераторы мощностью 200, 300, 500 и 800 Мет, ТЭ мощностью 1200, 1800 и 2400 Мвт) применение блочных схем и строит, конструкциях здании;
использование в качестве основного топлива природного газа мазута (сокращает удельную стоимость на 20—30% и сроки строительства тепловых электростанций);
автоматизация технологических процессов и централизация управления;
применение открытых установок основного оборудования (котлов, турбин, трансформаторов, масляных и воздушных выключателей и др., что сокращает объем работ в строительной части главного корпуса на 40—50%, стоимость и сроки строительства);
повышение напряжения высоковольтных линий электропередачи;
объединение электростанций в крупные энергетические системы и создание единой энергетической системы СССР.
Дальнейшая индустриализация строительства тепловых электростанций, обеспечивающая сокращение сроков и снижение стоимости строительства, предусматривает переход на изготовление всех строительных, конструкций на специализированных, оснащенных высокопроизводительной техникой базах и зданиях стройиндустрии с последующим крупноблочным монтажом конструкций на строительных площадках.
Тепловые электростанции большой мощности требует огромного количества охлаждающей воды, необходимой для конденсации отработанного пара. Прямоточная система применяется при наличии в непосредственной близости от ТЭ мощного источника водоснабжения, способного обеспечить станцию необходимым количеством воды в течение всего года. При этом поступающая на ТЭ охлаждающая вода однократно проходит через охлаждающие устройства и возвращается в источник уже несколько подогретой. При оборотной системе охлаждающая вода используется многократно благодаря отдаче тепла, полученного на ТЭ, специальным охлаждающим устройствам (естественным или искусств, прудам-охладителям, градирням с естественной или вентиляторной тягой и брызгальным бассейнам). Смешанная система представляет собой комбинацию систем прямоточной и оборотной.
Строительные и эксплуатационные экономические показатели ТЭ в значительной степени зависят от правильного решения генерального плана промышленной площадки и ситуационного плана строительства.
Все здания и сооружения тепловой электростанции подразделяются па две категории: основного производственного назначения (главный корпус, главный щит управления, открытые распределительные устройства и др.) и вспомогательные (служебный корпус, механические мастерские, компрессорная, склады горючих и смазочных материалов и пр.).
В целях сокращения размеров промышленной площадки, объемов строительных работ, протяженности внутриплощадочных технологических, сантехнических и транспортных коммуникаций в типовом универсальном проекте ТЭ осуществлено объединение ряда производственно-вспомогательных объектов в одном здании. В объединенном вспомогательном корпусе размещены административно-производственные помещения для персонала станции, санитарно- бытовые устройства, химводоочистка, ремонтные мастерские, складские помещения и пр. Объединены в одном здании мазутное и масляное хозяйства, с насосными.
Применение блочных щитов управления позволило отказаться от сооружения отдельного здания главного щита управления для распределительных устройств высокого напряжения и расположить его в главном корпусе, в центральном щите управления.
Главный корпус тепловой электростанции, в котором размещаются котельные и турбинные агрегаты со вспомогательным оборудованием,— наиболее сложное и дорогостоящее сооружение (до 55—66% от общей стоимости ТЭ по разделу А — промышленное строительство). Из общей стоимости главного корпуса 65—70% падает на стоимость оборудования, а 30 — 35% — на стоимость строительно-монтажных работ.
В 1961—62 разработан типовой универсальный проект ТЭ для основных видов топлива (уголь, газ, мазут) в двух вариантах: для ТЭ с турбинами мощностью 100,150, 200 и 300 Мет и паровыми котлами производительностью 430—950 т/час и для ТЭ с турбинами мощностью 50—100 Мет с производственными и отопит, отборами и паровыми котлами производительностью 320—420т/час.
В зависимости от габаритов котла, меняется высота котельной, однако это не требует увеличения типовых размеров конструкций колонн, т. к. эти высоты отличаются между собой на величину модульного элемента колонн фасадной стены котельной, т. е. на 7,2 м.
По сравнению с действовавшими ранее типовыми проектами количество типовых размеров конструкций главного корпуса универсальной ТЭ, уменьшено в 2—3 раза, а по сравнению с общим количеством применявшихся в проектах типоразмеров — в 7 раз. Общее количество типовых размеров по главному корпусу и вспомогательным сооружениям промплощадки уменьшено более чем в 4 раза. Сборность конструкций главного корпуса, в т. ч. и фундаментов под турбогенераторы, превышает 90%.
При строительстве по универсальному проекту несколько увеличивается объем железобетона, однако это полностью окупается экономией, получаемой при изготовлении конструкций на зданиях и в процессе монтажа тепловых электростанций.
Увеличение мощности тепловых электростанций приводит к повышению количества золы и серы, выбрасываемых в атмосферу, что требует применения эффективных золоулавливающих устройств и высоких дымовых труб. Для очистки дымовых газов от летучей золы на ТЭ малой, а иногда и средней мощности применяются батарейные циклоны, жалюзийные золоуловители, центробежные скрубберы, имеющие относительно низкий кпд. На ТЭ большой мощности устанавливаются мокрые золоуловители, электрофильтры или комбинированные установки из мокрых золоуловителей или батарейных циклонов с электрофильтрами. Загрязнению воздушного бассейна также препятствует увеличение высоты дымовых труб (до 250 м) и выходных скоростей газов.
Мощная тепловая электростанция сжигает в сутки 10—20 тыс. тонн натурального твердого топлива. Для доставки такого количества угля на ТЭ в обращении должно находиться около 1500 угольных железнодорожных вагонов. Для ТЭ с расходом топлива 150—500 тонн в час до последнего времени приемных траншей, расположенных по обе стороны разгрузочной железнодорожной эстакады, подается на ленточные транспортеры системы топливоподачи котельной.
Принцип работы и основные энергетические характеристики тепловых электростанций
Электроэнергию на электростанциях производят за счет использования энергии, скрытой в различных природных ресурсах (уголь, газ, нефть, мазут, уран и др.), по достаточно простому принципу, реализовывая технологию преобразования энергии. Общая схема ТЭС отражает последовательность такого преобразования одних видов энергии в другие и использования рабочего тела (вода, пар) в цикле тепловой электростанции. Топливо (в данном случае уголь) сгорает в котле, нагревает воду и превращает ее в пар. Пар подается в турбины, преобразующие тепловую энергию пара в механическую энергию и приводящие в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.
Современная тепловая электростанция – это сложное предприятие, включающее большое количество различного оборудования. Состав оборудования электростанции зависит от выбранной тепловой схемы, вида используемого топлива и типа системы водоснабжения.
Основное оборудование электростанции включает: котельные и турбинные агрегаты с электрическим генератором и конденсатором. Эти агрегаты стандартизованы по мощности, параметрам пара, производительности, напряжению и силе тока и т.д. Тип и количество основного оборудования тепловой электростанции соответствуют заданной мощности и предусмотренному режиму её работы. Существует и вспомогательное оборудование, служащее для отпуска теплоты потребителям и использования пара турбины для подогрева питательной воды котлов и обеспечения собственных нужд электростанции. К нему относится оборудование систем топливоснабжения, деаэрационно-питательной установки, конденсационной установки, теплофикационной установки (для ТЭЦ), систем технического водоснабжения, маслоснабжения, регенеративного подогрева питательной воды, химводоподготовки, распределения и передачи электроэнергии.
На всех паротурбинных установках применяется регенеративный подогрев питательной воды, существенно повышающий тепловую и общую экономичность электростанции, поскольку в схемах с регенеративным подогревом потоки пара, отводимые из турбины в регенеративные подогреватели, совершают работу без потерь в холодном источнике (конденсаторе). При этом для одной и той же электрической мощности турбогенератора расход пара в конденсаторе снижается и в результате к.п.д. установки растет.
Тип применяемого парового котла зависит от вида топлива, используемого на электростанции. Для наиболее распространённых топлив (ископаемые угли, газ, мазут, фрезторф) применяются котлы с (П), (Т)-образной и башенной компоновкой и топочной камерой, разработанной применительно к тому или иному виду топлива. Для топлив с легкоплавкой золой используются котлы с жидким шлакоудалением. При этом достигается высокое (до 90%) улавливание золы в топке и снижается абразивный износ поверхностей нагрева. Из этих же соображений для высокозольных топлив, таких как сланцы и отходы углеобогащения, применяются паровые котлы с четырехходовой компоновкой. На тепловых электростанциях используются, как правило, котлы барабанной или прямоточной конструкции.
Турбины и электрогенераторы согласуются по шкале мощности. Каждой турбине соответствует определенный тип генератора. Для блочных тепловых конденсационных электростанций мощность турбин соответствует мощности блоков, а число блоков определяется заданной мощностью электростанции. В современных блоках используются конденсационные турбины мощностью 150, 200, 300, 500, 800 и 1200 МВт с промежуточным перегревом пара.
На ТЭЦ применяются турбины с противодавлением (типа Р), с конденсацией и производственным отбором пара (типа П), с конденсацией и одним или двумя теплофикационными отборами (типа Т), а также с конденсацией, промышленным и теплофикационными отборами пара (типа ПТ). Турбины типа ПТ также могут иметь один или два теплофикационных отбора. Выбор типа турбины зависит от величины и соотношения тепловых нагрузок. Если преобладает отопительная нагрузка, то в дополнение к турбинам ПТ могут быть установлены турбины типа Т с теплофикационными отборами, а при преобладании промышленной нагрузки – турбины типов ПР и Р с промышленным отбором и противодавлением.
В настоящее время на ТЭЦ наибольшее распространение имеют установки электрической мощностью 100 и 50 МВт, работающие на начальных параметрах 12,7 МПа, 540–560°С. Для ТЭЦ крупных городов созданы установки электрической мощностью 175–185 МВт и 250 МВт (с турбиной Т-250-240). Установки с турбинами Т-250-240 являются блочными и работают при сверхкритических начальных параметрах (23,5 МПа, 540/540°С).
Особенностью работы электрических станций в сети является то, что общее количество электрической энергии, вырабатываемой ими в каждый момент времени, должно полностью соответствовать потребляемой энергии. Основная часть электрических станций работает параллельно в объединенной энергетической системе, покрывая общую электрическую нагрузку системы, а ТЭЦ одновременно и тепловую нагрузку своего района. Есть электростанции местного значения, предназначенные для обслуживания района и не подсоединенные к общей энергосистеме.
При работе с полной нагрузкой оборудование электростанции развивает номинальную или максимально длительную мощность (производительность), которая является основной паспортной характеристикой агрегата. На этой наибольшей мощности (производительности) агрегат должен длительно работать при номинальных значениях основных параметров. Одной из основных характеристик электростанции является ее установленная мощность, которая определяется как сумма номинальных мощностей всех электрогенераторов и теплофикационного оборудования с учетом резерва.
Режимы работы с установившимися нагрузками, но отличающимися от расчетных, или с неустановившимися нагрузками называют нестационарными или переменными режимами. При переменных режимах одни параметры остаются неизменными и имеют номинальные значения, другие – изменяются в определенных допустимых пределах. Так, при частичной нагрузке блока давление и температура пара перед турбиной могут оставаться номинальными, в то время как вакуум в конденсаторе и параметры пара в отборах изменятся пропорционально нагрузке. Возможны также нестационарные режимы, когда изменяются все основные параметры. Такие режимы имеют место, например, при пуске и остановке оборудования, сбросе и набросе нагрузки на турбогенераторе, при работе на скользящих параметрах и называются нестационарными.
Тепловая нагрузка электростанции используется для технологических процессов и промышленных установок, для отопления и вентиляции производственных, жилых и общественных зданий, кондиционирования воздуха и бытовых нужд. Для производственных целей обычно требуется пар давлением от 0,15 до 1,6 МПа. Однако, чтобы уменьшить потери при транспортировке и избежать необходимости непрерывного дренирования воды из коммуникаций, с электростанции пар отпускают несколько перегретым. На отопление, вентиляцию и бытовые нужды ТЭЦ подает обычно горячую воду с температурой от 70 до 180°С.
Тепловая нагрузка, определяемая расходом тепла на производственные процессы и бытовые нужды (горячее водоснабжение), зависит от наружной температуры воздуха. В условиях Украины летом эта нагрузка (так же как и электрическая) меньше зимней. Промышленная и бытовая тепловые нагрузки изменяются в течение суток, кроме того, среднесуточная тепловая нагрузка электростанции, расходуемая на бытовые нужды, меняется в рабочие и выходные дни. Типичные графики изменения суточной тепловой нагрузки промышленных предприятий и горячего водоснабжения жилого района.
Эффективность работы ТЭС характеризуется различными технико-экономическими показателями, одни из которых оценивают совершенство тепловых процессов (к.п.д., расходы теплоты и топлива), а другие характеризуют условия, в которых работает ТЭС. Например, на рис. 1.9 (а,б) приведены примерные тепловые балансы ТЭЦ и КЭС.
Как видно из рисунков, комбинированная выработка электрической и тепловой энергии обеспечивает значительное повышение тепловой экономичности электростанций благодаря уменьшению потерь теплоты в конденсаторах турбин.
Наиболее важными и полными показателями работы ТЭС являются себестоимости электроэнергии и теплоты.
Тепловые электростанции имеют как преимущества, так и недостатки в сравнении с другими типами электростанций.
Можно указать следующие достоинства ТЭС:
относительно свободное территориальное размещение, связанное с широким распространением топливных ресурсов;
способность (в отличие от ГЭС) вырабатывать энергию без сезонных колебаний мощности;
площади отчуждения и вывода из хозяйственного оборота земли под сооружение и эксплуатацию ТЭС, как правило, значительно меньше, чем это необходимо для АЭС и ГЭС;
ТЭС сооружаются гораздо быстрее, чем ГЭС или АЭС, а их удельная стоимость на единицу установленной мощности ниже по сравнению с АЭС.
В то же время ТЭС обладают крупными недостатками:
для эксплуатации ТЭС обычно требуется гораздо больше персонала, чем для ГЭС, что связано с обслуживанием весьма масштабного по объему топливного цикла;
работа ТЭС зависит от поставок топливных ресурсов (уголь, мазут, газ, торф, горючие сланцы);
переменность режимов работы ТЭС снижают эффективность, повышают расход топлива и приводят к повышенному износу оборудования;
существующие ТЭС характеризуются относительно низким к.п.д. (в основном до 40%);
ТЭС оказывают прямое и неблагоприятное воздействие на окружающую среду и не являются экологически «чистыми» источниками электроэнергии.
Наибольший ущерб экологии окружающих регионов приносят электростанции, работающие на угле, особенно высокозольном. Среди ТЭС наиболее «чистыми» являются станции, использующие в своем технологическом процессе природный газ.
По оценкам экспертов, ТЭС всего мира выбрасывают в атмосферу ежегодно около 200–250 млн. тонн золы, более 60 млн. тонн сернистого ангидрида, большое количество оксидов азота и углекислого газа (вызывающего так называемый парниковый эффект и приводящего к долгосрочным глобальным климатическим изменениям), поглощая большое количество кислорода. Кроме того, к настоящему времени установлено, что избыточный радиационный фон вокруг тепловых электростанций, работающих на угле, в среднем в мире в 100 раз выше, чем вблизи АЭС такой же мощности (уголь в качестве микропримесей почти всегда содержит уран, торий и радиоактивный изотоп углерода). Тем не менее, хорошо отработанные технологии строительства, оборудования и эксплуатации ТЭС, а также меньшая стоимость их сооружения приводят к тому, что на ТЭС приходится основная часть мирового производства электроэнергии. По этой причине совершенствованию технологий ТЭС и снижению отрицательного влияния их на окружающую среду во всем мире уделяется большое внимание.
Общие сведения, классификация паровых и водогрейных котлов.
Котел – это устройство, предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного или горячей воды за счет тепла, выделяемого при сжигании топлива.
Основными элементами котла являются топка и теплообменные поверхности. Специальное устройство котла, в котором происходит сжигание топлива, называется топкой или топочной камерой. Некоторые типы котлов, например котлы-утилизаторы, не имеют топки. В этом случае получение пара или подогрев воды осуществляются за счет теплоты горячих газов, образующихся при каком-либо технологическом процессе.
Газовый тракт котла, т.е. та часть котла, по которой движутся продукты сгорания, разделен на отдельные газоходы. Взаимное расположение газоходов, определяющее траекторию движения продуктов сгорания и расположение поверхностей нагрева, называется компоновкой. Наиболее распространенными в настоящее время являются П-образная, Т-образная и башенная компоновки. Можно выделить и конвективные газоходы, по которым движутся уже относительно холодные газы.
В котел подается вода, которая называется питательной. Питательная вода в котле нагревается, а затем превращается в насыщенный или перегретый пар требуемых параметров. Под параметрами пара подразумеваются его давление и температура. Основным потребителем водяного пара, вырабатываемого в котельных установках, являются паросиловые установки, а также он может использоваться для технологических нужд.
Преобразование питательной воды в пар происходит в поверхностях нагрева котла. К поверхностям нагрева котла относятся испарительные, пароперегревательные и экономайзерные поверхности. Испарительные поверхности нагрева обычно располагаются в топке котла или непосредственно за ней. В них вода нагревается до температуры насыщения и образуется так называемая пароводяная смесь. Пароперегреватели предназначены для получения перегретого пара.
ПОИСК
ИНФОРМАЦИЯ 8-800-222-2233