Termoelektrana. Toplane (CHP) Termoelektrane Snaga

Kako bi plin bolje sagorijevao, kotlovi su opremljeni propuhom. Zrak se dovodi u kotao, koji služi kao oksidans tijekom izgaranja plina. Kako bi se smanjila razina buke, mehanizmi su opremljeni prigušivačima buke. Dimni plinovi koji nastaju tijekom izgaranja goriva ispuštaju se u dimnjak i raspršuju u atmosferu.

Vrući plin juri kroz dimnjak i zagrijava vodu prolazeći kroz posebne cijevi kotla. Prilikom zagrijavanja voda se pretvara u pregrijanu paru koja ulazi u parnu turbinu. Para ulazi u turbinu i počinje okretati lopatice turbine, koje su spojene na rotor generatora. Energija pare se pretvara u mehaničku energiju. U generatoru se mehanička energija pretvara u električnu energiju, rotor se nastavlja okretati, stvarajući izmjeničnu električnu struju u namotima statora.

Preko transformatora za povećanje i za transformatorsku trafostanicu vrši se opskrba potrošača električnom energijom preko dalekovoda. Para koja se ispušta u turbini šalje se u kondenzator, gdje se pretvara u vodu i vraća u kotao. U termoelektrani voda se kreće kružno. Rashladni tornjevi su dizajnirani za hlađenje vode. CHP postrojenja koriste ventilatorske i rashladne tornjeve. Voda u rashladnim tornjevima se hladi atmosferskim zrakom. Pritom se oslobađa para koju vidimo iznad rashladnog tornja u obliku oblaka. Voda u rashladnim tornjevima se pod pritiskom diže i poput vodopada pada u prednju komoru, odakle teče natrag u termoelektranu. Kako bi se smanjilo uvlačenje kapljica, rashladni tornjevi opremljeni su zamkama za vodu.

Opskrba vodom je osigurana iz rijeke Moskve. U zgradi za kemijsku obradu vode voda se pročišćava od mehaničkih nečistoća i dovodi u skupine filtara. U nekima se priprema do razine pročišćene vode za napajanje toplinske mreže, u drugima - do razine demineralizirane vode i koristi se za napajanje energetskih jedinica.

Zatvoren je i ciklus koji se koristi za opskrbu toplom vodom i daljinsko grijanje. Dio pare iz parne turbine šalje se u grijače vode. Zatim se topla voda šalje na točke grijanja, gdje dolazi do izmjene topline s vodom koja dolazi iz kuća.

Visoko kvalificirani Mosenergo stručnjaci podržavaju proizvodni proces 24 sata dnevno, opskrbljujući veliku metropolu električnom energijom i toplinom.

Kako radi agregat kombiniranog ciklusa?

Što je to i koji su principi rada termoelektrana? Opća definicija takvih objekata zvuči otprilike ovako - to su elektrane koje prerađuju prirodnu energiju u električnu energiju. U te svrhe koristi se i gorivo prirodnog podrijetla.

Princip rada termoelektrana. Kratki opis

Danas je upravo na takvim objektima najraširenije izgaranje pri čemu se oslobađa toplinska energija. Zadaća termoelektrana je korištenje te energije za proizvodnju električne energije.

Princip rada termoelektrana nije samo proizvodnja nego i proizvodnja toplinske energije, koja se također isporučuje potrošačima u obliku npr. tople vode. Osim toga, ovi energetski objekti proizvode oko 76% ukupne električne energije. Ova raširena uporaba je zbog činjenice da je dostupnost fosilnih goriva za rad stanice prilično velika. Drugi razlog bio je taj što je transport goriva od mjesta njegovog vađenja do same stanice prilično jednostavan i racionalan posao. Princip rada termoenergetskih postrojenja koncipiran je na način da je moguće iskoristiti otpadnu toplinu radnog fluida za njegovu sekundarnu opskrbu potrošača.

Razdvajanje stanica po vrsti

Važno je napomenuti da se toplinske stanice mogu podijeliti u vrste ovisno o vrsti topline koju proizvode. Ako je princip rada termoelektrane samo proizvodnja električne energije (odnosno ne isporuka toplinske energije potrošaču), onda se ona naziva kondenzacijska elektrana (KES).

Objekti namijenjeni proizvodnji električne energije, opskrbi parom, kao i opskrbi potrošača toplom vodom, umjesto kondenzacijskih imaju parne turbine. Također u takvim elementima stanice nalazi se srednja ekstrakcija pare ili uređaj za povratni tlak. Glavna prednost i princip rada ovog tipa termoelektrane (CHP) je da se otpadna para također koristi kao izvor topline i isporučuje potrošačima. Time se smanjuju gubici topline i količina rashladne vode.

Osnovni principi rada termoenergetskih postrojenja

Prije nego što prijeđemo na razmatranje samog principa rada, potrebno je razumjeti o kakvoj stanici govorimo. Standardni dizajn takvih objekata uključuje sustav kao što je srednje pregrijavanje pare. To je neophodno jer će toplinska učinkovitost kruga s međupregrijavanjem biti veća nego u sustavu bez njega. Jednostavnim riječima, princip rada termoelektrane s takvom shemom bit će puno učinkovitiji s istim početnim i završnim specificiranim parametrima nego bez njega. Iz svega ovoga možemo zaključiti da je osnova rada stanice organsko gorivo i zagrijani zrak.

Shema rada

Princip rada termoelektrane konstruiran je na sljedeći način. Gorivo, kao i oksidans, čiju ulogu najčešće ima zagrijani zrak, dovodi se kontinuiranim protokom u ložište kotla. Tvari kao što su ugljen, nafta, loživo ulje, plin, škriljevac i treset mogu djelovati kao gorivo. Ako govorimo o najčešćem gorivu na području Ruske Federacije, to je ugljena prašina. Nadalje, princip rada termoelektrana konstruiran je na način da toplina nastala izgaranjem goriva zagrijava vodu u parnom kotlu. Kao rezultat zagrijavanja, tekućina se pretvara u zasićenu paru, koja ulazi u parnu turbinu kroz izlaz pare. Glavna svrha ovog uređaja na stanici je pretvaranje energije ulazne pare u mehaničku energiju.

Svi elementi turbine koji se mogu kretati usko su povezani s osovinom, zbog čega se okreću kao jedan mehanizam. Da bi se vratilo okretalo, parna turbina prenosi kinetičku energiju pare na rotor.

Strojarski dio stanice

Dizajn i princip rada termoelektrane u svom strojarskom dijelu povezan je s radom rotora. Para koja dolazi iz turbine ima vrlo visok tlak i temperaturu. Zbog toga se stvara velika unutarnja energija pare koja iz kotla teče u mlaznice turbine. Mlazovi pare, prolazeći kroz mlaznicu u kontinuiranom toku, velikom brzinom, koja je često čak i veća od brzine zvuka, djeluju na lopatice turbine. Ovi elementi su čvrsto pričvršćeni na disk, koji je zauzvrat usko povezan s osovinom. U tom se trenutku mehanička energija pare pretvara u mehaničku energiju rotora turbina. Ako preciznije govorimo o principu rada termoelektrana, onda mehanički utjecaj utječe na rotor turbogeneratora. To je zbog činjenice da su osovina konvencionalnog rotora i generatora međusobno čvrsto spojeni. A tu je i prilično dobro poznat, jednostavan i razumljiv proces pretvaranja mehaničke energije u električnu energiju u uređaju kao što je generator.

Kretanje pare nakon rotora

Nakon što vodena para prođe turbinu, njen tlak i temperatura značajno padaju, te ona ulazi u sljedeći dio stanice – kondenzator. Unutar ovog elementa, para se pretvara natrag u tekućinu. Za obavljanje ovog zadatka unutar kondenzatora se nalazi rashladna voda, koja se tamo dovodi kroz cijevi koje prolaze unutar stijenki uređaja. Nakon što se para ponovno pretvori u vodu, ispumpava se pumpom kondenzata i ulazi u sljedeći odjeljak - odzračivač. Također je važno napomenuti da dizana voda prolazi kroz regenerativne grijače.

Glavni zadatak odzračivača je uklanjanje plinova iz ulazne vode. Istodobno s operacijom čišćenja, tekućina se zagrijava na isti način kao kod regenerativnih grijača. U tu svrhu koristi se toplina pare koja se uzima od onoga što ulazi u turbinu. Glavna svrha postupka odzračivanja je smanjiti sadržaj kisika i ugljičnog dioksida u tekućini na prihvatljive vrijednosti. To pomaže smanjiti stopu korozije na putevima kroz koje se dovode voda i para.

Stanice za ugljen

Postoji velika ovisnost principa rada termoelektrana o vrsti goriva koje se koristi. S tehnološkog gledišta, najteža tvar za implementaciju je ugljen. Unatoč tome, sirovine su glavni izvor energije u takvim postrojenjima, čiji broj iznosi oko 30% ukupnog udjela stanica. Osim toga, planira se povećati broj takvih objekata. Također je vrijedno napomenuti da je broj funkcionalnih odjeljaka potrebnih za rad stanice puno veći nego kod drugih tipova.

Kako termoelektrane rade na ugljen?

Kako bi postaja radila kontinuirano, željezničkim se tračnicama stalno dovozi ugljen koji se istovaruje posebnim uređajima za istovar. Zatim postoje elementi poput onih preko kojih se istovareni ugljen doprema u skladište. Zatim gorivo ulazi u postrojenje za drobljenje. Ako je potrebno, moguće je zaobići proces isporuke ugljena u skladište i prenijeti ga izravno u drobilice iz uređaja za istovar. Nakon prolaska ove faze, zdrobljene sirovine ulaze u bunker sirovog ugljena. Sljedeći korak je dopremanje materijala kroz dodavače u mlinove ugljenog praha. Zatim se ugljena prašina, koristeći metodu pneumatskog transporta, dovodi u bunker za ugljenu prašinu. Na tom putu tvar zaobilazi elemente kao što su separator i ciklon, a iz spremnika već teče kroz dovode izravno do plamenika. Zrak koji prolazi kroz ciklon usisava se ventilatorom mlina i zatim dovodi u komoru za izgaranje kotla.

Nadalje, kretanje plina izgleda otprilike ovako. Hlapljiva tvar nastala u komori kotla za izgaranje prolazi sekvencijalno kroz takve uređaje kao što su plinski kanali kotlovskog postrojenja, zatim, ako se koristi sustav ponovnog zagrijavanja pare, plin se dovodi u primarni i sekundarni pregrijač. U ovom odjeljku, kao iu ekonomizatoru vode, plin predaje svoju toplinu za zagrijavanje radnog fluida. Zatim se ugrađuje element koji se naziva pregrijač zraka. Ovdje se toplinska energija plina koristi za zagrijavanje ulaznog zraka. Nakon prolaska kroz sve te elemente, hlapljiva tvar prelazi u sakupljač pepela, gdje se čisti od pepela. Nakon toga dimne pumpe izvlače plin i ispuštaju ga u atmosferu pomoću plinske cijevi.

Termoelektrane i nuklearne elektrane

Često se postavlja pitanje što je zajedničko termoelektranama i postoje li sličnosti u principima rada termoelektrana i nuklearnih elektrana.

Ako govorimo o njihovim sličnostima, postoji ih nekoliko. Prvo, obje su građene na način da za svoj rad koriste prirodni resurs koji je fosilan i izlučen. Osim toga, može se primijetiti da su oba objekta usmjerena na proizvodnju ne samo električne energije, već i toplinske energije. Sličnosti u principima rada su iu činjenici da termoelektrane i nuklearne elektrane imaju turbine i generatore pare uključene u proces rada. Nadalje, postoje samo neke razlike. To uključuje činjenicu da je, primjerice, cijena izgradnje i električne energije dobivene iz termoelektrana puno niža nego iz nuklearnih elektrana. No, s druge strane, nuklearne elektrane ne zagađuju atmosferu sve dok se otpad pravilno zbrinjava i ne dolazi do nezgoda. Dok termoelektrane zbog svog principa rada konstantno ispuštaju štetne tvari u atmosferu.

Tu leži glavna razlika u radu nuklearnih elektrana i termoelektrana. Ako se u termoelektranama toplinska energija izgaranja goriva najčešće prenosi u vodu ili pretvara u paru, onda se u nuklearnim elektranama energija uzima iz fisije atoma urana. Dobivena energija koristi se za zagrijavanje raznih tvari, a voda se ovdje koristi vrlo rijetko. Osim toga, sve tvari nalaze se u zatvorenim, zapečaćenim krugovima.

Gradsko grijanje

U nekim termoelektranama njihov dizajn može uključivati ​​sustav koji upravlja grijanjem same elektrane, kao i susjednog naselja, ako ga ima. Do mrežnih grijača ove instalacije para se odvodi iz turbine, a postoji i poseban vod za odvođenje kondenzata. Dovod i odvod vode vrši se posebnim cjevovodnim sustavom. Električna energija koja će se na taj način generirati oduzima se od električnog generatora i prenosi do potrošača, prolazeći kroz transformatore za povećanje.

Osnovna oprema

Ako govorimo o glavnim elementima koji rade u termoelektranama, to su kotlovnice, kao i turbinske jedinice uparene s električnim generatorom i kondenzatorom. Glavna razlika između glavne opreme i dodatne opreme je u tome što ima standardne parametre u smislu svoje snage, produktivnosti, parametara pare, kao i napona i struje itd. Također se može primijetiti da je vrsta i broj glavnih elemenata biraju se ovisno o tome koliko snage treba dobiti iz jedne termoelektrane, kao io načinu rada. Za detaljnije razumijevanje ove problematike može pomoći animacija principa rada termoelektrana.

Glavna vrsta elektrana u Rusiji su termoelektrane (CHP). Ove instalacije proizvode otprilike 67% električne energije u Rusiji. Na njihov položaj utječu faktori goriva i potrošača. Najjače elektrane nalaze se na mjestima gdje se proizvodi gorivo. Termoelektrane koje koriste visokokalorično transportno gorivo usmjerene su na potrošače.

Termoelektrane koriste široko dostupne izvore goriva, relativno su slobodno smještene i mogu proizvoditi električnu energiju bez sezonskih oscilacija. Njihova izgradnja se izvodi brzo i uključuje manje troškova rada i materijala. Ali TPP ima značajne nedostatke. Koriste neobnovljive izvore, niske su učinkovitosti (30-35%) i izrazito negativno utječu na okoliš. Termoelektrane diljem svijeta godišnje ispuste 200-250 milijuna tona pepela i oko 60 milijuna tona sumporovog dioksida 6 u atmosferu, a apsorbiraju i ogromne količine kisika. Utvrđeno je da ugljen u mikrodozama gotovo uvijek sadrži U 238, Th 232 i radioaktivni izotop ugljika. Većina termoelektrana u Rusiji nije opremljena učinkovitim sustavima za pročišćavanje dimnih plinova od sumpornih i dušikovih oksida. Iako su postrojenja koja rade na prirodni plin ekološki mnogo čišća od postrojenja na ugljen, škriljevac i loživo ulje, postavljanje plinovoda (osobito u sjevernim regijama) šteti okolišu.

Termoelektrana je sklop opreme i uređaja koji pretvaraju energiju goriva u električnu i (općenito) toplinsku energiju.

Termoelektrane se odlikuju velikom raznolikošću i mogu se klasificirati prema različitim kriterijima.

1. Prema namjeni i vrsti isporučene energije elektrane se dijele na regionalne i industrijske.

Gradske elektrane su samostalne javne elektrane koje opslužuju sve vrste potrošača u regiji (industrijska poduzeća, promet, stanovništvo i dr.). Gradske kondenzacijske elektrane, koje proizvode uglavnom električnu energiju, često zadržavaju svoj povijesni naziv - GRES (državne elektrane). Gradske elektrane koje proizvode električnu i toplinsku energiju (u obliku pare ili tople vode) nazivaju se kombiniranim toplinskim i elektranama (CHP). Kogeneracijska postrojenja su postrojenja za kombiniranu proizvodnju električne i toplinske energije. Njihova učinkovitost doseže 70% naspram 30-35% za IES. Kogeneracijska postrojenja su vezana za potrošače, jer Radijus prijenosa topline (para, topla voda) je 15-20 km. Maksimalna snaga CHP postrojenja manja je od snage CPP.

Državne elektrane i termoelektrane u pravilu imaju snagu veću od 1 milijun kW.

Industrijske elektrane su elektrane koje opskrbljuju toplinskom i električnom energijom određena proizvodna poduzeća ili njihove komplekse, na primjer postrojenje za kemijsku proizvodnju. Industrijske elektrane dio su industrijskih poduzeća kojima služe. Njihov kapacitet određen je potrebama industrijskih poduzeća za toplinskom i električnom energijom i u pravilu je znatno manji od kapaciteta regionalnih termoelektrana. Često industrijske elektrane rade na općoj električnoj mreži, ali nisu podređene dispečeru elektroenergetskog sustava. U nastavku se razmatraju samo regionalne elektrane.

2. Termoelektrane se prema vrsti goriva dijele na elektrane na organsko gorivo i na nuklearno gorivo.

Termoelektrane koje rade na fosilna goriva nazivaju se kondenzacijske elektrane (CPS). Nuklearno gorivo se koristi u nuklearnim elektranama (NE). U tom smislu će se ovaj termin koristiti u nastavku, iako su termoelektrane, nuklearne elektrane, plinske turbine (GTPP) i kombinirane elektrane (CGPP) također termoelektrane koje rade na principu pretvaranja toplinske energije. energije u električnu energiju.

Primarnu ulogu među toplinskim postrojenjima imaju kondenzacijske elektrane (CPS). Oni gravitiraju i prema izvorima goriva i prema potrošačima, te su stoga vrlo rašireni. Što je veći IES, to dalje može prenositi električnu energiju, tj. Povećanjem snage raste i utjecaj faktora goriva i energije.

Kao organsko gorivo za termoelektrane koriste se plinovita, tekuća i kruta goriva. Usredotočenost na baze goriva događa se u prisutnosti jeftinih i neprenosivih resursa goriva (smeđi ugljen iz Kansk-Achinsk bazena) ili u slučaju elektrana koje koriste treset, škriljevac i loživo ulje (takva CPP su obično povezana s centrima za rafiniranje nafte ). Većina termoelektrana u Rusiji, posebno u europskom dijelu, koristi prirodni plin kao glavno gorivo, a loživo ulje kao pomoćno gorivo, koristeći potonje, zbog visoke cijene, samo u ekstremnim slučajevima; Takve termoelektrane nazivamo plinsko-uljnim elektranama. U mnogim regijama, uglavnom u azijskom dijelu Rusije, glavno gorivo je termalni ugljen - niskokalorični ugljen ili visokokalorični ugljeni otpad (antracit ugljen - AS). Budući da se prije izgaranja takav ugljen melje u posebnim mlinovima do prašnjavog stanja, takve se termoelektrane nazivaju ugljeni prah.

3. Prema vrsti termoenergetskih postrojenja koja se koriste u termoelektranama za pretvaranje toplinske energije u mehaničku energiju rotacije rotora turbinskih jedinica, razlikuju se parnoturbinske, plinskoturbinske i kombinirane elektrane.

Osnovu parnoturbinskih elektrana čine parnoturbinski agregati (PTU) koji za pretvaranje toplinske energije u mehaničku koriste najsloženiji, najsnažniji i iznimno napredan energetski stroj – parnu turbinu. PTU je glavni element termoelektrana, termoelektrana i nuklearnih elektrana.

Termoelektrane na plinske turbine (GTPP) opremljeni su plinskim turbinskim jedinicama (GTU) koje rade na plinovito ili, u ekstremnim slučajevima, tekuće (dizel) gorivo. Budući da je temperatura plinova iza plinskoturbinskog postrojenja prilično visoka, oni se mogu koristiti za opskrbu toplinskom energijom vanjskih potrošača. Takve elektrane nazivaju se GTU-CHP. Trenutno u Rusiji postoji jedna plinska turbinska elektrana (GRES-3 nazvana po Klassonu, Elektrogorsk, Moskovska regija) kapaciteta 600 MW i jedna plinska turbinska kogeneracijska elektrana (u gradu Elektrostal, Moskovska regija).

Termoelektrane kombiniranog ciklusa opremljeni su plinskoturbinskim jedinicama s kombiniranim ciklusom (CCGT), koje su kombinacija plinskoturbinskih jedinica i parnoturbinskih jedinica, što omogućuje visoku učinkovitost. CCGT-CHP postrojenja mogu biti projektirana kao kondenzacijska (CCP-CHP) i s opskrbom toplinskom energijom (CCP-CHP). U Rusiji postoji samo jedna operativna CCGT-CHP (PGU-450T) s kapacitetom od 450 MW. Državna elektrana Nevinnomyssk upravlja agregatom PGU-170 snage 170 MW, au Južnoj termoelektrani Sankt Peterburga postoji agregat PGU-300 snage 300 MW.

4. Prema tehnološkoj shemi parovoda termoelektrane se dijele na blok termoelektrane i termoelektrane s križnim vezama.

Modularne termoelektrane sastoje se od zasebnih, najčešće istovrsnih, elektrana – agregata. U agregatu svaki kotao dovodi paru samo u svoju turbinu, iz koje se nakon kondenzacije vraća samo u svoj kotao. Sve snažne državne elektrane i termoelektrane, koje imaju tzv. međupregrijavanje pare, grade se po blok shemi. Rad kotlova i turbina u termoelektranama s križnim vezama osigurava se drugačije: svi kotlovi termoelektrane opskrbljuju parom jedan zajednički parovod (kolektor) i iz njega se napajaju sve parne turbine termoelektrane. Prema ovoj shemi grade se CES bez međupregrijavanja i gotovo sva kogeneracijska postrojenja s subkritičnim početnim parametrima pare.

5. Na temelju razine početnog tlaka razlikuju se termoelektrane subkritičnog tlaka i natkritičnog tlaka (SCP).

Kritični tlak je 22,1 MPa (225,6 at). U ruskoj toplinskoj i energetskoj industriji početni parametri su standardizirani: termoelektrane i kombinirane toplinske i elektrane izgrađene su za subkritični tlak od 8,8 i 12,8 MPa (90 i 130 atm), a za SKD - 23,5 MPa (240 atm) . TE s nadkritičnim parametrima iz tehničkih razloga izvode se s međupregrijavanjem i prema blok shemi. Često se termoelektrane ili termoelektrane grade u više faza – u redovima čekanja, čiji se parametri poboljšavaju puštanjem u pogon svake nove faze.

Razmotrimo tipičnu kondenzacijsku termoelektranu na organsko gorivo (slika 3.1).

Riža. 3.1. Toplinska bilanca plinsko ulje i

ugljeni prah (brojevi u zagradi) termoelektrana

Gorivo se dovodi u kotao i za njegovo sagorijevanje ovdje se dovodi oksidans - zrak koji sadrži kisik. Zrak se uzima iz atmosfere. Ovisno o sastavu i toplini izgaranja, za potpuno izgaranje 1 kg goriva potrebno je 10-15 kg zraka, pa je zrak ujedno i prirodna „sirovina“ za proizvodnju električne energije za čiju isporuku izgaranju zoni potrebno je imati snažne kompresore visokih performansi. Kao rezultat kemijske reakcije izgaranja, u kojoj se ugljik C goriva pretvara u okside CO 2 i CO, vodik H 2 u vodenu paru H 2 O, sumpor S u okside SO 2 i SO 3 itd., izgaranje goriva nastaju produkti – mješavina raznih plinova visoke temperature. Upravo je toplinska energija produkata izgaranja goriva izvor električne energije koju proizvode termoelektrane.

Dalje, unutar kotla, toplina se prenosi iz dimnih plinova na vodu koja se kreće unutar cijevi. Nažalost, ne može se sva toplinska energija koja se oslobađa kao rezultat izgaranja goriva prenijeti u vodu iz tehničkih i ekonomskih razloga. Produkti izgaranja goriva (dimni plinovi), ohlađeni na temperaturu od 130–160 °C, izlaze iz termoelektrane kroz dimnjak. Dio topline odnesen dimnim plinovima, ovisno o vrsti goriva, načinu rada i kvaliteti rada, iznosi 5–15%.

Dio toplinske energije koji ostaje unutar kotla i prenosi se u vodu osigurava stvaranje pare s visokim početnim parametrima. Ova se para šalje u parnu turbinu. Na izlazu iz turbine održava se duboki vakuum pomoću uređaja koji se naziva kondenzator: tlak iza parne turbine je 3–8 kPa (sjetimo se da je atmosferski tlak na razini od 100 kPa). Stoga se para, ulazeći u turbinu s visokim tlakom, kreće u kondenzator, gdje je tlak nizak, i širi se. Upravo širenje pare osigurava pretvorbu njezine potencijalne energije u mehanički rad. Parna turbina konstruirana je na način da se energija širenja pare pretvara u vrtnju njezina rotora. Rotor turbine spojen je s rotorom elektrogeneratora u čijim statorskim namotima nastaje električna energija koja je konačni korisni proizvod (dobro) rada termoelektrane.

Kondenzator, koji ne samo da osigurava nizak tlak iza turbine, već također uzrokuje kondenzaciju pare (pretvaranje u vodu), zahtijeva velike količine hladne vode za rad. Ovo je treća vrsta “sirovine” koja se isporučuje termoelektranama, a za rad termoelektrana nije ništa manje važna od goriva. Stoga se termoelektrane grade ili u blizini postojećih prirodnih izvora vode (rijeka, more), ili se grade umjetni izvori (rashladni bazen, rashladni tornjevi za zrak i dr.).

Glavni gubitak topline u termoenergetskim postrojenjima nastaje zbog prijenosa kondenzacijske topline na rashladnu vodu, koja je zatim predaje u okolinu. Više od 50% topline dovedene u termoelektranu s gorivom gubi se s toplinom rashladne vode. Osim toga, rezultat je toplinsko onečišćenje okoliša.

Dio toplinske energije goriva troši se unutar termoelektrane ili u obliku topline (npr. za zagrijavanje loživog ulja koje se u gustom obliku u željezničkim cisternama dovodi u termoelektranu) ili u obliku električne energije ( npr. za pogon elektromotora pumpi raznih namjena). Ovaj dio gubitaka nazivamo vlastitim potrebama.

Za normalan rad termoelektrana, osim “sirovina” (gorivo, rashladna voda, zrak), potrebno je i puno drugih materijala: ulja za rad sustava za podmazivanje, regulaciju i zaštitu turbina, reagensi (smole) za čišćenje radne tekućine, brojni popravni materijali.

Naposljetku, snažne termoelektrane opslužuje veliki broj osoblja koje osigurava kontinuirani rad, održavanje opreme, analizu tehničkih i ekonomskih pokazatelja, opskrbu, upravljanje itd. Otprilike, možemo pretpostaviti da 1 MW instalirane snage zahtijeva 1 osobu i, prema tome, osoblje moćne termoelektrane je nekoliko tisuća ljudi. Svaka kondenzacijska parna turbinska elektrana uključuje četiri obvezna elementa:

· energetski kotao, ili jednostavno kotao, u koji se dovodi napojna voda pod visokim pritiskom, gorivo i atmosferski zrak za izgaranje. U ložištu kotla odvija se proces izgaranja - kemijska energija goriva pretvara se u toplinsku i radijacijsku energiju. Napojna voda teče kroz sustav cijevi koji se nalazi unutar kotla. Gorivo koje gori je snažan izvor topline, koja se prenosi na napojnu vodu. Potonji se zagrijava do točke vrenja i isparava. Nastala se para u istom kotlu pregrijava iznad vrelišta. Ova para, s temperaturom od 540 °C i tlakom od 13-24 MPa, dovodi se u parnu turbinu kroz jedan ili više cjevovoda;

· turbinski agregat koji se sastoji od parne turbine, električnog generatora i uzbudnika. Parna turbina, u kojoj se para ekspandira do vrlo niskog tlaka (oko 20 puta manjeg od atmosferskog), pretvara potencijalnu energiju komprimirane i zagrijane pare u kinetičku energiju vrtnje rotora turbine. Turbina pokreće električni generator, koji kinetičku energiju vrtnje rotora generatora pretvara u električnu struju. Električni generator sastoji se od statora, u čijim se električnim namotima stvara struja, i rotora, koji je rotirajući elektromagnet kojeg pokreće pobudnik;

· Kondenzator služi za kondenzaciju pare koja dolazi iz turbine i stvaranje dubokog vakuuma. To omogućuje vrlo značajno smanjenje potrošnje energije za naknadnu kompresiju dobivene vode i istovremeno povećanje učinkovitosti pare, tj. dobiti više snage od pare koju stvara kotao;

· napojna pumpa za dovod napojne vode u kotao i stvaranje visokog tlaka ispred turbine.

Dakle, u PTU-u se nad radnim fluidom odvija kontinuirani ciklus pretvaranja kemijske energije izgorjelog goriva u električnu energiju.

Uz navedene elemente, pravi STP dodatno sadrži veliki broj pumpi, izmjenjivača topline i drugih uređaja potrebnih za povećanje njegove učinkovitosti. Tehnološki proces proizvodnje električne energije u termoelektrani na plin prikazan je na sl. 3.2.

Glavni elementi elektrane koja se razmatra (slika 3.2) su kotlovsko postrojenje koje proizvodi paru visokih parametara; turbina ili parnoturbinski sklop koji toplinu pare pretvara u mehaničku energiju vrtnje rotora turbine te električni uređaji (električni generator, transformator i dr.) koji osiguravaju proizvodnju električne energije.

Glavni element kotlovske instalacije je kotao. Plin za rad kotla dovodi se iz plinske distribucijske stanice spojene na glavni plinovod (nije prikazan na slici) do plinske distribucijske točke (GDP) 1. Ovdje se njegov tlak smanjuje na nekoliko atmosfera i dovodi do plamenika. 2 koji se nalazi u dnu kotla (takvi plamenici se nazivaju plamenici za ložište).

Riža. 3.2. Tehnološki proces proizvodnje električne energije u termoelektranama na plin

Sam kotao je struktura u obliku slova U s plinskim kanalima pravokutnog poprečnog presjeka. Njegov lijevi dio naziva se ložište. Unutrašnjost ložišta je slobodna iu njoj izgara gorivo, u ovom slučaju plin. Da biste to učinili, posebno puhalo 28 kontinuirano dovodi vrući zrak u plamenike, zagrijan u grijaču zraka 25. Na sl. Na slici 3.2 prikazan je tzv. rotirajući grijač zraka čije se akumulacijsko kućište u prvoj polovici okretaja zagrijava ispušnim dimnim plinovima, a u drugoj polovici okretaja zagrijava zrak koji dolazi iz atmosfere. Za povećanje temperature zraka koristi se recirkulacija: dio dimnih plinova koji izlaze iz kotla koristi se posebnim recirkulacijskim ventilatorom 29 doveden u glavni zrak i pomiješan s njim. Vrući zrak se miješa s plinom i dovodi kroz plamenike kotla u njegovo ložište - komoru u kojoj izgara gorivo. Prilikom sagorijevanja nastaje baklja koja je snažan izvor energije zračenja. Dakle, kada gorivo izgara, njegova kemijska energija se pretvara u toplinsku i radijacijsku energiju baklje.

Zidovi peći obloženi su zaslonima 19 - cijevima na koje se napojna voda dovodi iz ekonomajzera 24. Dijagram prikazuje takozvani kotao s izravnim protokom, u čijim zaslonima napojna voda prolazi kroz sustav cijevi kotla samo jednom. , zagrijava se i isparava, pretvarajući se u suhu zasićenu paru. Široko se koriste kotlovi s bubnjem, u zaslonima kojih napojna voda više puta cirkulira, a para se odvaja od kotlovske vode u bubnju.

Prostor iza ložišta kotla dosta je gusto ispunjen cijevima unutar kojih se kreće para ili voda. Izvana se ove cijevi ispiru vrućim dimnim plinovima koji se postupno hlade krećući se prema dimnjaku 26.

Suha zasićena para ulazi u glavni pregrijač koji se sastoji od stropa 20, zaslona 21 i konvektivnih 22 elemenata. U glavnom pregrijaču povećava se njegova temperatura, a time i potencijalna energija. Para visokih parametara dobivena na izlazu iz konvektivnog pregrijača napušta kotao i kroz parovod ulazi u parnu turbinu.

Snažna parna turbina obično se sastoji od više zasebnih turbina – cilindara.

17 para se dovodi u prvi cilindar - visokotlačni cilindar (HPC) izravno iz kotla, pa ima visoke parametre (za SKD turbine - 23,5 MPa, 540 °C, tj. 240 at/540 °C). Na izlazu iz HPC-a tlak pare je 3–3,5 MPa (30–35 at), a temperatura 300–340 °C. Ako bi para nastavila ekspandirati u turbini preko ovih parametara do tlaka u kondenzatoru, postala bi toliko vlažna da bi dugotrajni rad turbine bio nemoguć zbog erozivnog trošenja njezinih dijelova u zadnjem cilindru. Stoga se iz HPC-a relativno hladna para vraća natrag u kotao u tzv. međupregrijač 23. U njemu para ponovno dolazi pod utjecaj vrućih plinova kotla, temperatura joj raste na početnu (540°C). °C). Rezultirajuća para se šalje u cilindar srednjeg tlaka (MPC) 16. Nakon ekspanzije u MPC do tlaka od 0,2–0,3 MPa (2–3 at) para ulazi u jedan ili više identičnih cilindara niskog tlaka (LPC) 15.

Dakle, šireći se u turbini, para okreće svoj rotor, povezan s rotorom električnog generatora 14, u čijim namotima statora nastaje električna struja. Transformator povećava napon kako bi smanjio gubitke u dalekovodima, dio proizvedene energije predaje za napajanje vlastitih potreba termoelektrane, a ostatak električne energije otpušta u elektroenergetski sustav.

I kotao i turbina mogu raditi samo s vrlo visokom kvalitetom napojne vode i pare, dopuštajući samo neznatne nečistoće drugih tvari. Osim toga, utrošak pare je ogroman (npr. u agregatu od 1200 MW više od 1 tone vode ispari, prođe kroz turbinu i kondenzira se u 1 sekundi). Stoga je normalan rad agregata moguć samo stvaranjem zatvorenog ciklusa cirkulacije radnog fluida visoke čistoće.

Para koja napušta turbinu LPC ulazi u kondenzator 12 - izmjenjivač topline, kroz čije cijevi kontinuirano teče rashladna voda, koju opskrbljuje cirkulacijska pumpa 9 iz rijeke, rezervoara ili posebnog uređaja za hlađenje (rashladni toranj).

Rashladni toranj je armiranobetonski šuplji ispušni toranj (Slika 3.3) visine do 150 m i promjera izlaza od 40-70 m, koji stvara gravitaciju za zrak koji ulazi odozdo kroz ploče za usmjeravanje zraka.

Uređaj za navodnjavanje (sprinkler) ugrađen je unutar rashladnog tornja na visini od 10-20 m. Zrak koji se kreće prema gore uzrokuje isparavanje nekih kapljica (otprilike 1,5–2%), čime se hladi voda koja dolazi iz kondenzatora i zagrijava se u njemu. Ohlađena voda skuplja se dolje u bazenu, teče u prednju komoru 10, a odatle se pomoću cirkulacijske pumpe 9 dovodi u kondenzator 12 (slika 3.2).

Uz cirkulirajuću vodu koristi se i vodoopskrba direktnim tokom, pri čemu rashladna voda ulazi u kondenzator iz rijeke i ispušta se u njega nizvodno. Para koja dolazi iz turbine u prsten kondenzatora se kondenzira i teče prema dolje; Rezultirajući kondenzat dovodi kondenzatna pumpa 6 kroz skupinu niskotlačnih regenerativnih grijača (LPH) 3 u deaerator 8. U LPH, temperatura kondenzata raste zbog topline kondenzacije pare preuzete iz turbina. To omogućuje smanjenje potrošnje goriva u kotlu i povećanje učinkovitosti elektrane. U deaeratoru 8 dolazi do deaeracije - uklanjanja iz kondenzata plinova otopljenih u njemu koji ometaju rad kotla. Istodobno, spremnik odzračivača je spremnik za napojnu vodu kotla.

Iz deaeratora se napojna voda dovodi u skupinu visokotlačnih grijača (HPH) pomoću napojne pumpe 7 koju pokreće elektromotor ili posebna parna turbina.

Regenerativno zagrijavanje kondenzata u HDPE i HDPE je glavni i vrlo isplativ način povećanja učinkovitosti termoelektrana. Para, koja se širila u turbini od ulaza do odvodnog cjevovoda, stvarala je određenu snagu, a kada je ušla u regenerativni grijač, svoju kondenzacijsku toplinu predala je napojnoj vodi (a ne vodi za hlađenje!), povećavajući joj temperaturu a time i uštedu potrošnje goriva u kotlu. Temperatura napojne vode kotla iza HPH, tj. prije ulaska u kotao, iznosi 240–280°C, ovisno o početnim parametrima. Time se zatvara tehnološki parno-vodeni ciklus pretvaranja kemijske energije goriva u mehaničku energiju vrtnje rotora turbine.

Namjena termoelektrane sastoji se od pretvaranja kemijske energije goriva u električnu energiju. Kako se pokazalo da je takvu transformaciju praktički nemoguće izvesti izravno, potrebno je najprije kemijsku energiju goriva pretvoriti u toplinu, koja nastaje izgaranjem goriva, zatim toplinu pretvoriti u mehaničku energiju i, na kraju, ovo potonje pretvoriti u električnu energiju.

Na donjoj slici prikazana je najjednostavnija shema toplinskog dijela elektroenergetske centrale, koja se često naziva i parna elektrana. Gorivo se spaljuje u peći. pri čemu . Dobivena toplina prenosi se na vodu u parnom kotlu. Kao rezultat toga, voda se zagrijava, a zatim isparava, stvarajući takozvanu zasićenu paru, odnosno paru iste temperature kao i kipuća voda. Zatim se toplina dovodi do zasićene pare, što rezultira stvaranjem pregrijane pare, tj. pare koja ima višu temperaturu od vode koja isparava pri istom tlaku. Pregrijana para se dobiva iz zasićene pare u pregrijaču, koji je u većini slučajeva zavojnica čeličnih cijevi. Para se kreće unutar cijevi, dok izvana zavojnicu peru vrući plinovi.

Kad bi tlak u kotlu bio jednak atmosferskom tlaku, tada bi vodu trebalo zagrijati na temperaturu od 100 °C; s daljnjim zagrijavanjem počelo bi brzo isparavati. Rezultirajuća zasićena para također bi imala temperaturu od 100 °C. Pri atmosferskom tlaku, para će biti pregrijana ako je njezina temperatura iznad 100 °C. Ako je tlak u kotlu viši od atmosferskog, tada zasićena para ima temperaturu iznad 100 °C. Temperatura zasićenog Što je veći tlak, veća je i para. Trenutno se parni kotlovi s tlakom blizu atmosferskog uopće ne koriste u energetskom sektoru. Mnogo je isplativije koristiti parne kotlove dizajnirane za mnogo veći tlak, oko 100 atmosfera ili više. Temperatura zasićene pare je 310° C ili više.

Iz pregrijača se pregrijana vodena para dovodi čeličnim cjevovodom u toplinski stroj, najčešće -. U postojećim parnim elektranama elektrana drugi se motori gotovo nikada ne koriste. Pregrijana vodena para koja ulazi u toplinski stroj sadrži veliku količinu toplinske energije koja se oslobađa kao rezultat izgaranja goriva. Zadaća toplinskog stroja je pretvaranje toplinske energije pare u mehaničku energiju.

Tlak i temperatura pare na ulazu u parnu turbinu, koji se obično nazivaju , značajno su viši od tlaka i temperature pare na izlazu iz turbine. Obično se nazivaju tlak i temperatura pare na izlazu iz parne turbine, jednaki tlaku i temperaturi u kondenzatoru. Trenutno, kao što je već spomenuto, energetska industrija koristi paru s vrlo visokim početnim parametrima, s tlakom do 300 atmosfera i temperaturom do 600 ° C. Konačni parametri, naprotiv, odabrani su niski: tlak od oko 0,04 atmosfere, tj. 25 puta manje od atmosferske, a temperatura je oko 30 °C, tj. blizu temperature okoline. Kada para ekspandira u turbini, zbog smanjenja tlaka i temperature pare, količina toplinske energije sadržane u njoj značajno se smanjuje. Budući da se proces širenja pare odvija vrlo brzo, tijekom tog vrlo kratkog vremena nema vremena da se dogodi bilo kakav značajniji prijenos topline iz pare u okolinu. Gdje odlazi višak toplinske energije? Poznato je da je, prema osnovnom zakonu prirode - zakonu o održanju i transformaciji energije, nemoguće uništiti ili dobiti "ni iz čega" bilo koju, pa i najmanju količinu energije. Energija može samo prelaziti iz jedne vrste u drugu. Očito je da se u ovom slučaju radi upravo o takvoj transformaciji energije. Višak toplinske energije prethodno sadržan u pari pretvorio se u mehaničku energiju i može se koristiti po vlastitom nahođenju.

Kako radi parna turbina opisano je u članku o.

Ovdje ćemo samo reći da mlaz pare koji ulazi u lopatice turbine ima vrlo veliku brzinu, često veću od brzine zvuka. Mlaz pare okreće disk parne turbine i osovinu na kojoj je disk postavljen. Osovina turbine može biti spojena, na primjer, na električni stroj - generator. Zadaća generatora je pretvaranje mehaničke energije vrtnje osovine u električnu energiju. Tako se kemijska energija goriva u parnoj elektrani pretvara u mehaničku energiju, a zatim u električnu energiju, koja se može pohraniti u AC UPS.

Para koja je obavila rad u motoru ulazi u kondenzator. Kroz kondenzatorske cijevi kontinuirano se pumpa rashladna voda, koja se obično uzima iz neke prirodne vodene površine: rijeke, jezera, mora. Voda za hlađenje preuzima toplinu od pare koja ulazi u kondenzator, pri čemu se para kondenzira, odnosno pretvara u vodu. Voda nastala kao posljedica kondenzacije pumpa se u parni kotao, u kojem ponovno isparava, te se cijeli proces ponovno ponavlja.

To je, u principu, rad parne elektrane termoelektrane. Kao što vidite, para služi kao posrednik, takozvani radni fluid, uz pomoć kojeg se kemijska energija goriva, pretvorena u toplinsku, pretvara u mehaničku.

Ne treba, naravno, misliti da je dizajn modernog, snažnog parnog kotla ili toplinskog stroja tako jednostavan kao što je prikazano na gornjoj slici. Naprotiv, kotao i turbina, koji su najvažniji elementi parne elektrane, imaju vrlo složenu strukturu.

Sada počinjemo objašnjavati rad.

Prema općeprihvaćenoj definiciji, termoelektrane- to su elektrane koje proizvode električnu energiju pretvaranjem kemijske energije goriva u mehaničku energiju vrtnje osovine elektrogeneratora.

Prvi TE pojavio se krajem 19. st. u New Yorku (1882.), a 1883. izgrađena je prva termoelektrana u Rusiji (St. Petersburg). Od svoje pojave upravo su termoelektrane dobile najveću raširenost s obzirom na sve veće potrebe za energijom na početku tehnogenog doba. Sve do sredine 70-ih godina prošlog stoljeća rad termoelektrana bio je dominantan način proizvodnje električne energije. Na primjer, u SAD-u i SSSR-u udio termoelektrana u ukupnoj primljenoj električnoj energiji iznosio je 80%, au cijelom svijetu oko 73-75%.

Gore navedena definicija, iako široka, nije uvijek jasna. Pokušat ćemo vlastitim riječima objasniti opći princip rada termoelektrana bilo kojeg tipa.

Proizvodnja električne energije u termoelektranama odvija se kroz mnogo uzastopnih faza, ali opće načelo njezina rada vrlo je jednostavno. Prvo se gorivo sagorijeva u posebnoj komori za izgaranje (parni kotao), pri čemu se oslobađa velika količina topline, koja vodu koja cirkulira kroz posebne sustave cijevi unutar kotla pretvara u paru. Stalno rastući tlak pare okreće rotor turbine, koji prenosi rotacijsku energiju na osovinu generatora, a kao rezultat toga nastaje električna struja.

Sustav para/voda je zatvoren. Para se nakon prolaska kroz turbinu kondenzira i ponovno pretvara u vodu koja dodatno prolazi kroz sustav grijača i ponovno ulazi u parni kotao.

Postoji više vrsta termoelektrana. Trenutačno među termoelektranama najviše termoelektrane s parnim turbinama (TPES). U elektranama ovog tipa toplinska energija izgorjelog goriva koristi se u generatoru pare, gdje se postiže vrlo visok tlak vodene pare, koji pokreće rotor turbine, a time i generator. Kao gorivo takve termoelektrane koriste lož ulje ili dizel, kao i prirodni plin, ugljen, treset, škriljevac, odnosno sve vrste goriva. Učinkovitost TPES-a je oko 40%, a njihova snaga može doseći 3-6 GW.

GRES (državna elektrana)- prilično dobro poznato i poznato ime. Ovo nije ništa drugo nego termoelektrana s parnom turbinom, opremljena posebnim kondenzacijskim turbinama koje ne iskorištavaju energiju ispušnih plinova i ne pretvaraju je u toplinu, primjerice za grijanje zgrada. Takve elektrane nazivamo i kondenzacijskim elektranama.

U istom slučaju ako TPES opremljene posebnim toplinskim turbinama koje pretvaraju sekundarnu energiju otpadne pare u toplinsku energiju koja se koristi za potrebe komunalnih ili industrijskih usluga, tada su to elektrane za kombiniranu toplinu i električnu energiju ili kombinirane toplinske i elektrane. Na primjer, u SSSR-u, državne regionalne elektrane činile su oko 65% električne energije proizvedene u elektranama na parne turbine, i, sukladno tome, 35% - za termoelektrane.

Postoje i druge vrste termoelektrana. U plinskoturbinskim elektranama ili GTPP-ovima, generator rotira plinska turbina. Kao gorivo u takvim termoelektranama koristi se prirodni plin ili tekuće gorivo (dizel, loživo ulje). Međutim, učinkovitost takvih elektrana nije jako visoka, oko 27-29%, pa se koriste uglavnom kao rezervni izvori električne energije za pokrivanje vršnih opterećenja na električnoj mreži, ili za opskrbu električnom energijom manjih naselja.

Termoelektrane s parno-plinskom turbinom (SGPP). To su elektrane kombiniranog tipa. Opremljeni su mehanizmima parne turbine i plinske turbine, a njihova učinkovitost doseže 41-44%. Ove elektrane također omogućuju povrat topline i njezinu pretvorbu u toplinsku energiju koja se koristi za grijanje zgrada.

Glavni nedostatak svih termoelektrana je vrsta goriva koje se koristi. Sve vrste goriva koje se koriste u termoelektranama nezamjenjivi su prirodni resursi koji polako ali sigurno nestaju. Zato se danas, uz korištenje nuklearnih elektrana, razvija mehanizam za proizvodnju električne energije iz obnovljivih ili drugih alternativnih izvora energije.