화력 발전소. 난방시설(CHP) 화력발전소 전력

가스 연소를 더 좋게 만들기 위해 보일러에는 드래프트 메커니즘이 장착되어 있습니다. 가스 연소 중에 산화제 역할을하는 공기가 보일러에 공급됩니다. 소음 수준을 줄이기 위해 메커니즘에는 소음 억제 장치가 장착되어 있습니다. 연료 연소 시 발생하는 배가스는 굴뚝으로 배출되어 대기 중으로 분산됩니다.

뜨거운 가스는 연도를 통해 돌진하여 특수 보일러 튜브를 통과하는 물을 가열합니다. 가열되면 물은 과열 증기로 변하여 증기 터빈으로 들어갑니다. 증기는 터빈으로 들어가 발전기 로터에 연결된 터빈 블레이드를 회전시키기 시작합니다. 증기 에너지는 기계적 에너지로 변환됩니다. 발전기에서는 기계적 에너지가 전기 에너지로 변환되고, 회 전자는 계속 회전하여 고정자 권선에 교류 전류를 생성합니다.

승압 변압기와 강압 변압기 변전소를 통해 전력선을 통해 소비자에게 전기가 공급됩니다. 터빈에서 배출된 증기는 응축기로 보내져 물로 변해 보일러로 되돌아갑니다. 화력발전소에서는 물이 원을 그리며 움직입니다. 냉각탑은 물을 냉각하도록 설계되었습니다. CHP 발전소는 팬과 타워 냉각탑을 사용합니다. 냉각탑의 물은 대기에 의해 냉각됩니다. 결과적으로 증기가 방출되어 냉각탑 위에서 구름 형태로 보입니다. 냉각탑의 물은 압력에 의해 상승하여 폭포처럼 전면 챔버로 떨어지며, 그곳에서 화력 발전소로 다시 흐릅니다. 물방울 혼입을 줄이기 위해 냉각탑에는 워터 트랩이 장착되어 있습니다.

모스크바 강에서 물 공급이 제공됩니다. 화학 수처리 건물에서는 물이 기계적 불순물로부터 정화되어 필터 그룹에 공급됩니다. 일부에서는 가열 네트워크에 공급하기 위해 정제수 수준으로 준비되고, 다른 경우에는 탈염수 수준으로 준비되어 전력 장치에 공급하는 데 사용됩니다.

온수공급과 지역난방에 사용되는 사이클도 폐쇄된다. 증기 터빈에서 나오는 증기의 일부는 온수기로 보내집니다. 다음으로, 뜨거운 물은 난방 지점으로 보내지며, 그곳에서 집에서 나오는 물과 열교환이 ​​일어납니다.

우수한 자격을 갖춘 Mosenergo 전문가들은 24시간 내내 생산 공정을 지원하여 거대한 대도시에 전기와 열을 공급합니다.

복합 사이클 전력 장치는 어떻게 작동합니까?

화력발전소란 무엇이며, 화력발전소의 작동 원리는 무엇입니까? 이러한 물체의 일반적인 정의는 대략 다음과 같이 들립니다. 이는 자연 에너지를 전기 에너지로 처리하는 발전소입니다. 천연 유래 연료도 이러한 목적으로 사용됩니다.

화력 발전소의 작동 원리. 간단한 설명

오늘날 열 에너지를 방출하는 연소가 가장 널리 퍼져 있는 곳은 바로 이러한 시설입니다. 화력 발전소의 임무는 이 에너지를 사용하여 전기 에너지를 생산하는 것입니다.

화력 발전소의 작동 원리는 발전뿐만 아니라 예를 들어 온수의 형태로 소비자에게 공급되는 열 에너지의 생산이기도 합니다. 또한 이러한 에너지 시설은 전체 전력의 약 76%를 생산합니다. 이러한 광범위한 사용은 발전소 운영을 위한 화석 연료의 가용성이 상당히 높다는 사실에 기인합니다. 두 번째 이유는 추출 장소에서 연료 충전소까지 연료를 운반하는 작업이 매우 간단하고 능률적이라는 것입니다. 화력 발전소의 작동 원리는 소비자에게 2차 공급을 위해 작동 유체의 폐열을 사용할 수 있도록 설계되었습니다.

유형별 역 구분

열 스테이션은 생산하는 열의 종류에 따라 여러 유형으로 나눌 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 화력 발전소의 작동 원리가 단지 전기 에너지를 생산하는 것(즉, 소비자에게 열에너지를 공급하지 않는 것)이라면 이를 응축 발전소(CES)라고 합니다.

전기 에너지 생산, 증기 공급 및 소비자에게 온수 공급을 위한 시설에는 응축 터빈 대신 증기 터빈이 있습니다. 또한 스테이션의 이러한 요소에는 중간 증기 추출 또는 배압 장치가 있습니다. 이러한 형태의 화력발전소(CHP)의 주요 장점 및 운영원리는 폐증기를 열원으로도 활용하여 소비자에게 공급한다는 점이다. 이는 열 손실과 냉각수의 양을 줄입니다.

화력 발전소의 기본 작동 원리

작동 원리 자체를 고려하기 전에 우리가 말하는 스테이션의 종류를 이해하는 것이 필요합니다. 이러한 시설의 표준 설계에는 증기의 중간 과열과 같은 시스템이 포함됩니다. 이는 중간 과열도가 있는 회로의 열 효율이 그렇지 않은 시스템보다 높기 때문에 필요합니다. 간단히 말해서, 이러한 방식을 사용하는 화력 발전소의 작동 원리는 동일한 초기 및 최종 지정 매개변수를 사용하는 경우가 없는 경우보다 훨씬 더 효율적입니다. 이 모든 것에서 우리는 역 운영의 기본이 유기 연료와 가열된 공기라는 결론을 내릴 수 있습니다.

작업 계획

화력발전소의 작동 원리는 다음과 같이 구성된다. 연료 물질과 산화제는 가열된 공기에 의해 가장 흔히 수행되는 역할을 하며 보일러 용광로에 연속적으로 공급됩니다. 석탄, 석유, 연료유, 가스, 셰일, 이탄 등의 물질이 연료 역할을 할 수 있습니다. 러시아 연방 영토에서 가장 흔한 연료에 대해 이야기하면 석탄 먼지입니다. 또한, 화력발전소의 운전원리는 연료를 태워 발생한 열로 증기보일러의 물을 가열하는 방식으로 구성된다. 가열의 결과로 액체는 포화 증기로 변환되어 증기 배출구를 통해 증기 터빈으로 들어갑니다. 스테이션에서 이 장치의 주요 목적은 유입되는 증기의 에너지를 기계 에너지로 변환하는 것입니다.

움직일 수 있는 터빈의 모든 요소는 샤프트에 밀접하게 연결되어 있어 단일 메커니즘으로 회전합니다. 샤프트를 회전시키기 위해 증기 터빈은 증기의 운동 에너지를 로터로 전달합니다.

역의 기계적인 부분

기계 부분에서 화력 발전소의 설계 및 작동 원리는 로터의 작동과 관련이 있습니다. 터빈에서 나오는 증기는 압력과 온도가 매우 높습니다. 이로 인해 보일러에서 터빈 노즐로 흐르는 높은 내부 에너지의 증기가 생성됩니다. 연속 흐름으로 노즐을 통과하는 증기 제트가 종종 음속보다 빠른 고속으로 터빈 블레이드에 작용합니다. 이러한 요소는 디스크에 단단히 고정되어 있으며, 디스크는 샤프트에 밀접하게 연결되어 있습니다. 이 시점에서 증기의 기계적 에너지는 로터 터빈의 기계적 에너지로 변환됩니다. 화력 발전소의 작동 원리에 대해 더 정확하게 이야기하면 기계적 충격이 터보 발전기의 로터에 영향을 미칩니다. 이는 기존의 회전자와 발전기의 축이 서로 긴밀하게 결합되어 있기 때문입니다. 그리고 발전기와 같은 장치에서 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 꽤 잘 알려져 있고 간단하며 이해하기 쉬운 프로세스가 있습니다.

로터 이후의 증기 이동

수증기가 터빈을 통과한 후 압력과 온도가 크게 떨어지고 스테이션의 다음 부분인 응축기로 들어갑니다. 이 요소 내부에서 증기는 다시 액체로 변환됩니다. 이 작업을 수행하기 위해 응축기 내부에는 장치 벽 내부를 흐르는 파이프를 통해 공급되는 냉각수가 있습니다. 증기가 다시 물로 변환된 후 응축수 펌프에 의해 펌핑되어 다음 구획인 탈기기로 들어갑니다. 펌핑된 물이 재생식 히터를 통과한다는 점에 유의하는 것도 중요합니다.

탈기기의 주요 임무는 들어오는 물에서 가스를 제거하는 것입니다. 세척 작업과 동시에 재생식 히터와 동일한 방식으로 액체가 가열됩니다. 이를 위해 터빈으로 들어가는 증기열이 사용됩니다. 탈기 작업의 주요 목적은 액체의 산소 및 이산화탄소 함량을 허용 가능한 값으로 줄이는 것입니다. 이는 물과 증기가 공급되는 경로의 부식 속도를 줄이는 데 도움이 됩니다.

석탄 스테이션

사용되는 연료 유형에 따라 화력 발전소의 작동 원리가 크게 의존합니다. 기술적 관점에서 가장 구현하기 어려운 물질은 석탄이다. 그럼에도 불구하고, 원자재는 이러한 시설의 주요 전력원이며, 그 수는 전체 스테이션 점유율의 약 30%에 달합니다. 또한, 이러한 개체의 수를 늘릴 계획입니다. 스테이션 운영에 필요한 기능 구획의 수가 다른 유형보다 훨씬 많다는 점도 주목할 가치가 있습니다.

화력발전소는 석탄연료로 어떻게 운영되나요?

역의 지속적인 운영을 위해 석탄은 철로를 따라 지속적으로 반입되며 특수 하역 장치를 사용하여 석탄을 하역합니다. 그리고 하역된 석탄을 창고에 공급하는 등의 요소가 있습니다. 다음으로, 연료는 분쇄 공장으로 들어갑니다. 필요한 경우 석탄을 창고로 운송하는 과정을 우회하고 하역 장치에서 분쇄기로 직접 이송하는 것이 가능합니다. 이 단계를 통과한 후 분쇄된 원료는 원료탄 벙커로 들어갑니다. 다음 단계는 피더를 통해 미분탄 공장에 재료를 공급하는 것입니다. 다음으로, 공압식 이송방식을 이용하여 석탄분진을 석탄분진 벙커에 공급한다. 이 경로를 따라 물질은 분리기 및 사이클론과 같은 요소를 우회하고 호퍼에서 이미 공급 장치를 통해 버너로 직접 흐릅니다. 사이클론을 통과하는 공기는 밀 팬에 의해 흡입된 다음 보일러의 연소실로 공급됩니다.

또한 가스 이동은 대략 다음과 같습니다. 연소 보일러의 챔버에서 형성된 휘발성 물질은 보일러 플랜트의 가스 덕트와 같은 장치를 순차적으로 통과한 다음 증기 재가열 시스템을 사용하는 경우 가스는 1차 및 2차 과열기로 공급됩니다. 이 구획과 절수기에서 가스는 작동 유체를 가열하기 위해 열을 포기합니다. 다음으로 공기 과열기라는 요소가 설치됩니다. 여기서 가스의 열에너지는 들어오는 공기를 가열하는 데 사용됩니다. 이러한 모든 요소를 ​​통과한 후 휘발성 물질은 재 수집기로 들어가 재가 제거됩니다. 그 후, 연기 펌프는 가스를 빼내고 가스 파이프를 사용하여 대기 중으로 방출합니다.

화력 발전소 및 원자력 발전소

화력 발전소의 공통점과 화력 발전소와 원자력 발전소의 작동 원리에 유사점이 있는지에 대한 의문이 자주 제기됩니다.

유사점에 대해 이야기하면 그중 몇 가지가 있습니다. 첫째, 둘 다 작업을 위해 화석화되고 배설되는 천연 자원을 사용하는 방식으로 지어졌습니다. 또한, 두 물체 모두 전기 에너지뿐만 아니라 열 에너지도 생성하는 것을 목표로 하고 있음을 알 수 있습니다. 작동 원리의 유사점은 화력 발전소와 원자력 발전소가 작동 과정에 터빈과 증기 발생기를 포함한다는 사실에도 있습니다. 또한 약간의 차이점이 있습니다. 예를 들어 건설 비용과 화력 발전소에서 얻은 전기 비용이 원자력 발전소보다 훨씬 낮다는 사실이 여기에 포함됩니다. 그러나 반면에 원자력 발전소는 폐기물을 올바르게 처리하고 사고가 발생하지 않는 한 대기를 오염시키지 않습니다. 화력 발전소는 작동 원리로 인해 지속적으로 유해 물질을 대기 중으로 방출합니다.

여기에 원자력 발전소와 화력 발전소 운영의 주요 차이점이 있습니다. 열 시설에서 연료 연소로 인한 열 에너지가 가장 자주 물로 전달되거나 증기로 변환되는 경우 원자력 발전소에서는 우라늄 원자의 핵분열에서 에너지를 얻습니다. 생성된 에너지는 다양한 물질을 가열하는 데 사용되며 여기에서는 물이 거의 사용되지 않습니다. 또한 모든 물질은 폐쇄되고 밀봉된 회로에 포함되어 있습니다.

지역 난방

일부 화력 발전소의 설계에는 발전소 자체는 물론 인접한 마을(있는 경우)의 난방을 처리하는 시스템이 포함될 수 있습니다. 이 설비의 네트워크 히터에는 터빈에서 증기가 추출되며 응축수 제거를 위한 특수 라인도 있습니다. 물은 특수 파이프라인 시스템을 통해 공급 및 배출됩니다. 이렇게 생성된 전기 에너지는 발전기에서 제거되어 승압 변압기를 거쳐 소비자에게 전달됩니다.

기본 장비

화력 발전소에서 작동하는 주요 요소에 대해 이야기하면 보일러 실과 발전기 및 커패시터와 쌍을 이루는 터빈 장치입니다. 주 장비와 추가 장비의 주요 차이점은 전력, 생산성, 증기 매개변수는 물론 전압과 전류 등의 측면에서 표준 매개변수가 있다는 점입니다. 또한 주요 요소의 유형과 개수도 주목할 수 있습니다. 하나의 화력 발전소에서 얻어야 하는 전력량과 작동 모드에 따라 선택됩니다. 화력 발전소의 작동 원리에 대한 애니메이션은 이 문제를 더 자세히 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

러시아의 주요 발전소 유형은 화력발전소(CHP)입니다. 이러한 설비는 러시아 전력의 약 67%를 생산합니다. 배치는 연료 및 소비자 요인의 영향을 받습니다. 가장 강력한 발전소는 연료가 생산되는 곳에 있습니다. 고칼로리, 운송 가능한 연료를 사용하는 화력 발전소는 소비자를 대상으로 합니다.

화력발전소는 널리 이용 가능한 연료자원을 사용하고 위치가 상대적으로 자유롭고 계절적 변동 없이 전력을 생산할 수 있습니다. 건설은 신속하게 수행되며 인건비와 재료비가 적게 듭니다. 그러나 TPP에는 심각한 단점이 있습니다. 재생 불가능한 자원을 사용하고 효율성이 낮으며(30-35%) 환경에 극도로 부정적인 영향을 미칩니다. 전 세계의 화력 발전소는 매년 2억~2억 5천만 톤의 화산재와 약 6천만 톤의 이산화황6을 대기 중으로 배출하고 엄청난 양의 산소도 흡수합니다. 미세량의 석탄에는 거의 항상 U 238, Th 232 및 방사성 탄소 동위원소가 포함되어 있는 것으로 확인되었습니다. 러시아의 대부분의 화력발전소에는 황과 질소산화물로부터 배출가스를 정화하는 효과적인 시스템이 갖춰져 있지 않습니다. 천연가스를 사용하는 설비는 석탄, 셰일, 연료유 플랜트보다 환경적으로 훨씬 깨끗하지만, 가스 파이프라인(특히 북부 지역)의 설치는 환경에 해를 끼칩니다.

화력 발전소연료 에너지를 전기 및 (일반적으로) 열 에너지로 변환하는 장비 및 장치의 복합체입니다.

화력발전소는 매우 다양성이 특징이며 다양한 기준에 따라 분류될 수 있습니다.

1. 발전소는 공급되는 에너지의 목적과 종류에 따라 지역발전소와 산업발전소로 구분됩니다.

지역 발전소는 지역의 모든 유형의 소비자(산업 기업, 운송, 인구 등)에게 서비스를 제공하는 독립적인 공공 발전소입니다. 주로 전기를 생산하는 지역 응축 발전소는 종종 역사적인 이름인 GRES(주 지역 발전소)를 유지합니다. 전기 및 열 에너지(증기 또는 온수 형태)를 생산하는 지역 발전소를 열병합 발전소(CHP)라고 합니다. CHP 발전소는 전기와 열의 결합 생산을 위한 시설입니다. 효율성은 IES의 30~35%에 비해 70%에 이릅니다. CHP 발전소는 소비자와 연결되어 있습니다. 열 전달 반경(증기, 온수)은 15-20km입니다. CHP 발전소의 최대 전력은 CPP 발전소의 최대 전력보다 적습니다.

일반적으로 주 지역발전소와 지역화력발전소의 용량은 100만kW 이상이다.

산업 발전소는 특정 생산 기업이나 그 단지(예: 화학 생산 공장)에 열 및 전기 에너지를 공급하는 발전소입니다. 산업용 발전소는 그들이 서비스를 제공하는 산업 기업의 일부입니다. 그 용량은 열 및 전기 에너지에 대한 산업 기업의 요구에 따라 결정되며 일반적으로 지역 화력 발전소의 용량보다 훨씬 적습니다. 산업용 발전소는 일반 전기 네트워크에서 작동하지만 전력 시스템 디스패처에 종속되지 않는 경우가 많습니다. 아래에서는 지역 발전소만 고려됩니다.

2. 화력 발전소는 사용되는 연료의 종류에 따라 유기 연료와 핵 연료를 사용하는 발전소로 구분됩니다.

화석연료를 사용하는 화력발전소를 화력발전소라고 합니다. 응축 발전소(CPS). 핵연료는 원자력 발전소(NPP)에서 사용됩니다. 화력발전소, 원자력발전소, 가스터빈발전소(GTPP), 복합화력발전소(CGPP)도 열을 변환하는 원리로 작동하는 화력발전소이지만, 아래에서는 이러한 의미로 이 용어를 사용한다. 에너지를 전기에너지로.

열 설비 중 주요 역할은 응축 발전소(CPS)입니다. 이는 연료원과 소비자 모두에게 끌리므로 매우 널리 퍼져 있습니다. IES가 클수록 전기를 더 멀리 전송할 수 있습니다. 출력이 증가함에 따라 연료 및 에너지 요소의 영향이 증가합니다.

화력 발전소의 유기 연료로는 기체, 액체 및 고체 연료가 사용됩니다. 연료 기반에 초점은 저렴하고 운송이 불가능한 연료 자원(Kansk-Achinsk 분지의 갈탄)이 있거나 이탄, 셰일 및 연료유를 사용하는 발전소(예: CPP는 일반적으로 정유 센터와 관련됨)에서 발생합니다. ). 러시아, 특히 유럽 지역의 대부분의 화력 발전소는 천연 가스를 주 연료로 사용하고 연료유를 백업 연료로 사용하며 후자는 높은 비용으로 인해 극단적인 경우에만 사용합니다. 이러한 화력발전소를 경유발전소라고 합니다. 많은 지역, 주로 러시아 아시아 지역에서 주요 연료는 열탄(저칼로리 석탄 또는 고칼로리 석탄 폐기물(무연탄 - AS))입니다. 이러한 석탄은 연소되기 전에 특수 분쇄기에서 먼지가 많은 상태로 분쇄되므로 이러한 화력 발전소를 미분탄이라고 합니다.

3. 열 에너지를 터빈 장치 로터 회전의 기계적 에너지로 변환하기 위해 화력 발전소에서 사용되는 화력 발전소의 유형에 따라 증기 터빈, 가스 터빈 및 복합 화력 발전소가 구별됩니다.

증기 터빈 발전소의 기본은 증기 터빈 장치(STU)입니다. 증기 터빈 장치는 가장 복잡하고 강력하며 극도로 발전된 에너지 기계인 증기 터빈을 사용하여 열 에너지를 기계 에너지로 변환합니다. PTU는 화력발전소, 열병합발전소, 원자력발전소의 주요 구성요소다.

가스 터빈 화력 발전소(GTPP)기체 또는 극단적인 경우 액체(디젤) 연료로 작동하는 가스터빈 장치(GTU)가 장착되어 있습니다. 가스 터빈 플랜트 뒤의 가스 온도는 상당히 높기 때문에 외부 소비자에게 열에너지를 공급하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 발전소를 GTU-CHP라고 합니다. 현재 러시아에는 600MW 용량의 가스터빈 발전소 1개(모스크바 지역 Elektrogorsk Klasson의 이름을 딴 GRES-3)와 가스터빈 열병합발전소 1개(모스크바 지역 Elektrostal 시)가 있습니다.

복합화력발전소가스터빈과 증기터빈을 결합한 복합사이클 가스터빈(CCGT)을 탑재해 고효율을 실현하고 있다. CCGT-CHP 플랜트는 응축 플랜트(CCP-CHP)와 열 에너지 공급 장치(CCP-CHP)로 설계될 수 있습니다. 러시아에는 450MW 용량의 CCGT-CHP(PGU-450T)가 하나만 운영되고 있습니다. Nevinnomyssk 주립 지역 발전소는 170MW 용량의 PGU-170 전력 장치를 운영하고 있으며, 상트페테르부르크 남부 화력 발전소에는 300MW 용량의 PGU-300 발전소가 있습니다.

4. 증기 파이프라인의 기술 계획에 따라 화력 발전소는 블록 화력 발전소와 교차 연결 화력 발전소로 구분됩니다.

모듈형 화력 발전소는 일반적으로 동일한 유형의 별도의 발전소, 즉 전원 장치로 구성됩니다. 동력 장치에서 각 보일러는 터빈에만 증기를 공급하고 응축 후 보일러로만 돌아갑니다. 소위 증기의 중간 과열을 갖춘 모든 강력한 주 지역 발전소 및 화력 발전소는 블록 방식에 따라 건설됩니다. 교차 연결이 있는 화력 발전소의 보일러 및 터빈 작동은 다르게 보장됩니다. 화력 발전소의 모든 보일러는 하나의 공통 증기 라인(수집기)에 증기를 공급하고 화력 발전소의 모든 증기 터빈은 이로부터 전력을 공급받습니다. 이 계획에 따르면 중간 과열이 없는 CES와 미임계 초기 증기 매개변수를 갖는 거의 모든 CHP 발전소가 건설됩니다.

5. 초기 압력 수준에 따라 아임계압과 초임계압(SCP) 화력발전소를 구분합니다.

임계 압력은 22.1MPa(225.6at)입니다. 러시아 열 및 전력 산업에서는 초기 매개변수가 표준화되어 있습니다. 화력 발전소 및 열병합 발전소는 8.8 및 12.8 MPa(90 및 130 atm)의 아임계 압력과 SKD - 23.5 MPa(240 atm)용으로 구축되었습니다. . 기술적인 이유로 초임계 매개변수가 있는 TPP는 블록 다이어그램에 따라 중간 과열로 수행됩니다. 화력 발전소 또는 열병합 발전소는 여러 단계로 건설되는 경우가 많습니다. 대기열에는 각 새 단계의 시운전에 따라 매개변수가 개선됩니다.

유기 연료로 가동되는 전형적인 응축 화력 발전소를 생각해 봅시다(그림 3.1).

쌀. 3.1. 경유의 열 균형 및

미분탄(괄호 안의 숫자) 화력발전소

보일러에 연료가 공급되고 연소하기 위해 여기에 산화제가 공급됩니다. 산소가 포함 된 공기입니다. 공기는 대기에서 채취됩니다. 연소 구성 및 열에 따라 1kg의 연료를 완전 연소하려면 10~15kg의 공기가 필요하므로 공기는 전기 생산을 위한 천연 "원료"이기도 합니다. 구역에는 강력한 고성능 슈퍼차저가 필요합니다. 연료의 탄소 C가 산화물 CO 2 및 CO로, 수소 H 2가 수증기 H 2 O로, 황 S가 산화물 SO 2 및 SO 3 등으로 변환되는 화학적 연소 반응의 결과로 연료 연소 다양한 고온 가스의 혼합물이 형성됩니다. 화력 발전소에서 생산되는 전기의 원천은 연료 연소 생성물의 열 에너지입니다.

다음으로, 보일러 내부에서는 연도 가스의 열이 파이프 내부를 이동하는 물로 전달됩니다. 불행하게도, 연료 연소의 결과로 방출되는 모든 열에너지가 기술적, 경제적 이유로 물로 전달될 수는 없습니다. 130~160°C의 온도로 냉각된 연료 연소 생성물(연도 가스)은 굴뚝을 통해 화력 발전소에서 나옵니다. 사용된 연료 유형, 작동 모드 및 작동 품질에 따라 연도 가스에 의해 운반되는 열 부분은 5~15%입니다.

보일러 내부에 남아 있는 열 에너지의 일부가 물로 전달되어 초기 매개변수가 높은 증기가 형성됩니다. 이 증기는 증기 터빈으로 보내집니다. 터빈 출구에서는 응축기라는 장치를 사용하여 깊은 진공이 유지됩니다. 증기 터빈 뒤의 압력은 3~8kPa입니다(대기압은 100kPa 수준임을 기억하세요). 따라서 고압으로 터빈에 유입된 증기는 압력이 낮은 응축기로 이동하여 팽창합니다. 위치 에너지를 기계적 작업으로 변환하는 것은 증기의 팽창입니다. 증기 터빈은 증기의 팽창 에너지가 로터의 회전으로 변환되는 방식으로 설계되었습니다. 터빈 로터는 전기 에너지가 생성되는 고정자 권선에서 발전기의 로터에 연결되며, 이는 화력 발전소 작동의 최종 유용한 제품(좋은)입니다.

터빈 뒤에 낮은 압력을 제공할 뿐만 아니라 증기를 응축(물로 전환)시키는 응축기는 작동하기 위해 많은 양의 냉수를 필요로 합니다. 이는 화력발전소에 공급되는 세 번째 유형의 '원자재'로 화력발전소의 운영에 있어 연료 못지않게 중요하다. 따라서 화력발전소는 기존의 천연 수원(강, 바다) 근처에 건설되거나 인공 수원(냉각지, 공기 냉각탑 등)이 건설됩니다.

화력 발전소의 주요 열 손실은 응축열이 냉각수로 전달되어 환경으로 방출되기 때문에 발생합니다. 연료와 함께 화력발전소에 공급되는 열의 50% 이상이 냉각수의 열로 손실된다. 또한 그 결과 환경의 열 오염이 발생합니다.

연료의 열에너지 중 일부는 열의 형태(예: 철도 탱크에서 두꺼운 형태로 화력 발전소에 공급되는 연료유를 가열하기 위해) 또는 전기의 형태로 화력 발전소 내부에서 소비됩니다( 예를 들어 다양한 목적으로 펌프용 전기 모터를 구동하는 데 사용됩니다. 손실의 이 부분을 자신의 필요라고 합니다.

화력 발전소의 정상적인 작동을 위해서는 "원료"(연료, 냉각수, 공기) 외에도 윤활 시스템 작동용 오일, 터빈 조절 및 보호용 오일, 시약(수지) 등 많은 재료가 필요합니다. 작동 유체 청소용, 수많은 수리 재료.

마지막으로, 강력한 화력 발전소는 지속적인 운영, 장비 유지 관리, 기술 및 경제 지표 분석, 공급, 관리 등을 제공하는 수많은 인력에 의해 서비스됩니다. 대략적으로 1MW의 설치 용량에는 1명이 필요하므로 강력한 화력 발전소의 직원은 수천 명이라고 가정할 수 있습니다. 모든 응축 증기 터빈 발전소에는 네 가지 필수 요소가 포함됩니다.

· 에너지 보일러 또는 단순히 연소를 위해 고압, 연료 및 대기 하에서 급수가 공급되는 보일러입니다. 연소 과정은 보일러 용광로에서 발생합니다. 연료의 화학 에너지는 열 및 복사 에너지로 변환됩니다. 급수는 보일러 내부에 위치한 파이프 시스템을 통해 흐릅니다. 연소되는 연료는 공급수로 전달되는 강력한 열원입니다. 후자는 끓는점까지 가열되어 증발합니다. 동일한 보일러에서 생성된 증기는 끓는점 이상으로 과열됩니다. 온도가 540°C이고 압력이 13~24MPa인 이 증기는 하나 이상의 파이프라인을 통해 증기 터빈에 공급됩니다.

· 증기 터빈, 발전기 및 여자기로 구성된 터빈 장치. 증기가 매우 낮은 압력(대기압보다 약 20배 낮은 압력)으로 팽창되는 증기터빈은 압축되고 가열된 증기의 위치에너지를 터빈 로터의 회전 운동에너지로 변환합니다. 터빈은 발전기 회 전자의 회전 운동 에너지를 전류로 변환하는 발전기를 구동합니다. 발전기는 전기 권선에 전류가 생성되는 고정자와 여자기에 의해 구동되는 회전 전자석인 회전자로 구성됩니다.

· 응축기는 터빈에서 나오는 증기를 응축하여 깊은 진공을 생성하는 역할을 합니다. 이를 통해 생성된 물의 후속 압축을 위한 에너지 소비를 매우 크게 줄이는 동시에 증기 효율을 높일 수 있습니다. 보일러에서 생성된 증기로부터 더 많은 전력을 얻습니다.

· 보일러에 급수를 공급하고 터빈 전방에 고압을 생성하는 급수펌프.

따라서 PTU에서는 연소된 연료의 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 연속적인 사이클이 작동 유체를 통해 발생합니다.

나열된 요소 외에도 실제 STP에는 효율성을 높이는 데 필요한 다수의 펌프, 열교환기 및 기타 장치가 추가로 포함되어 있습니다. 가스 화력 발전소에서 전기를 생산하는 기술 프로세스는 그림 1에 나와 있습니다. 3.2.

고려 중인 발전소의 주요 요소(그림 3.2)는 높은 매개변수의 증기를 생산하는 보일러 시설입니다. 증기의 열을 터빈 로터의 회전에 따른 기계적 에너지로 변환하는 터빈 또는 증기 터빈 장치와 발전을 제공하는 전기 장치(발전기, 변압기 등).

보일러 설치의 주요 요소는 보일러입니다. 보일러 작동용 가스는 주 가스 파이프라인(그림에 표시되지 않음)에 연결된 가스 분배 스테이션에서 가스 분배 지점(GDP) 1로 공급됩니다. 여기서 가스의 압력은 몇 기압으로 감소되어 버너에 공급됩니다. 2 보일러 바닥에 위치합니다(이러한 버너를 난로 버너라고 함).

쌀. 3.2. 가스 화력 발전소의 전기 생산 기술 과정

보일러 자체는 직사각형 단면의 가스 덕트가 있는 U자형 구조입니다. 왼쪽 부분을 화실이라고합니다. 화실 내부는 무료이며 연료, 이 경우 가스가 연소됩니다. 이를 위해 특수 송풍기(28)는 에어히터(25)에서 가열된 뜨거운 공기를 버너에 지속적으로 공급한다. 그림 3.2는 소위 회전식 공기 히터를 보여줍니다. 축열 패킹은 회전 전반부에서 배기 가스에 의해 가열되고 회전 후반부에서는 대기에서 나오는 공기를 가열합니다. 공기 온도를 높이려면 재순환이 사용됩니다. 보일러에서 나오는 배가스의 일부는 특수 재순환 팬에 의해 사용됩니다. 29 메인 에어에 공급되어 혼합됩니다. 뜨거운 공기는 가스와 혼합되어 보일러 버너를 통해 연료가 연소되는 챔버인 화실로 공급됩니다. 연소되면 강력한 복사 에너지원인 횃불이 형성됩니다. 따라서 연료가 연소되면 화학 에너지가 토치의 열 및 복사 에너지로 변환됩니다.

퍼니스의 벽에는 스크린 19가 늘어서 있습니다 - 이코노마이저 24에서 급수가 공급되는 파이프. 다이어그램은 보일러 파이프 시스템을 한 번만 통과하는 급수 스크린에 있는 소위 직접 흐름 보일러를 보여줍니다. , 가열 및 증발하여 건조 포화 증기로 변합니다. 드럼 보일러는 급수가 반복적으로 순환되고 드럼 내의 보일러 물에서 증기가 분리되는 스크린에서 널리 사용됩니다.

보일러 화실 뒤의 공간은 증기나 물이 움직이는 파이프로 매우 조밀하게 채워져 있습니다. 외부에서 이 파이프는 뜨거운 연도 가스로 세척되며, 굴뚝 26을 향해 이동함에 따라 점차 냉각됩니다.

건조 포화 증기는 천장 20, 스크린 21 및 대류 22 요소로 구성된 주 과열기로 들어갑니다. 주 과열기에서는 온도가 증가하므로 위치 에너지가 증가합니다. 대류 과열기 출구에서 얻은 매개변수가 높은 증기는 보일러를 떠나 증기 라인을 통해 증기 터빈으로 들어갑니다.

강력한 증기 터빈은 일반적으로 여러 개의 개별 터빈(실린더)으로 구성됩니다.

17 증기는 첫 번째 실린더인 고압 실린더(HPC)에 보일러에서 직접 공급되므로 매개변수가 높습니다(SKD 터빈의 경우 - 23.5 MPa, 540 °C, 즉 240 at/540 °C). HPC 출구의 증기 압력은 3~3.5MPa(30~35at)이고 온도는 300~340°C입니다. 증기가 이러한 매개변수를 넘어 응축기의 압력까지 터빈에서 계속 팽창하면 너무 습해져서 마지막 실린더에 있는 부품의 부식성 마모로 인해 터빈의 장기 작동이 불가능해집니다. 따라서 HPC에서 상대적으로 차가운 증기는 소위 중간 과열기 23으로 보일러로 다시 돌아갑니다. 그 안에서 증기는 다시 보일러의 뜨거운 가스의 영향을 받아 온도가 초기 온도 (540)로 상승합니다. ℃). 생성된 증기는 중압 실린더(MPC) 16으로 보내집니다. MPC에서 0.2–0.3 MPa(2–3 at)의 압력으로 팽창한 후 증기는 하나 이상의 동일한 저압 실린더(LPC) 15로 들어갑니다.

따라서 터빈에서 팽창하면서 증기는 전류가 생성되는 고정자 권선에서 발전기(14)의 회전자에 연결된 회전자를 회전시킵니다. 변압기는 전력선의 손실을 줄이기 위해 전압을 높이고, 생성된 에너지의 일부를 화력 발전소의 자체 요구 사항에 전력을 공급하기 위해 전송하며, 나머지 전기는 전력 시스템에 방출합니다.

보일러와 터빈 모두 매우 높은 품질의 급수와 증기로만 작동할 수 있으므로 다른 물질의 불순물은 무시할 수 있습니다. 또한 증기 소비량도 엄청납니다(예를 들어 1200MW의 동력 장치에서는 1톤 이상의 물이 증발하고 터빈을 통과하여 1초 안에 응축됩니다). 따라서 고순도 작동유체의 폐쇄순환 사이클을 형성해야만 파워유닛의 정상적인 작동이 가능하다.

터빈 LPC에서 나오는 증기는 강, 저수지 또는 특수 냉각 장치(냉각탑)에서 순환 펌프 9에 의해 공급되는 냉각수가 지속적으로 흐르는 튜브를 통해 열교환기인 응축기 12로 들어갑니다.

냉각탑은 최대 높이 150m, 출구 직경 40~70m의 철근 콘크리트 중공 배기 타워(그림 3.3)로, 공기 가이드 패널을 통해 아래에서 유입되는 공기에 중력을 생성합니다.

관개(스프링클러) 장치는 냉각탑 내부 높이 10~20m에 설치됩니다. 위로 이동하는 공기는 일부 물방울(약 1.5~2%)을 증발시켜 응축기에서 나오는 물을 냉각시키고 그 안에서 가열됩니다. 냉각된 물은 수영장 아래에 모여서 전방 챔버(10)로 흘러 들어가고 거기에서 순환 펌프(9)에 의해 응축기(12)로 공급됩니다(그림 3.2).

순환하는 물과 함께 냉각수가 강에서 응축기로 들어가 하류로 배출되는 직접 흐름 물 공급이 사용됩니다. 터빈에서 응축기 고리로 들어오는 증기는 응축되어 아래로 흐릅니다. 생성된 응축수는 응축수 펌프(6)에 의해 저압 재생 히터(LPH) 그룹(3)을 통해 탈기기(8)로 공급됩니다. LPH에서는 응축수 온도가 상승합니다. 터빈. 이를 통해 보일러의 연료 소비를 줄이고 발전소의 효율을 높일 수 있습니다. 탈기기 8에서는 탈기가 발생합니다. 즉, 보일러 작동을 방해하는 용해된 가스 응축수를 제거하는 것입니다. 동시에, 탈기기 탱크는 보일러 급수를 위한 용기입니다.

탈기기로부터 전기 모터 또는 특수 증기 터빈에 의해 구동되는 공급 펌프(7)에 의해 고압 히터 그룹(HPH)에 공급수가 공급됩니다.

HDPE 및 HDPE 응축수의 재생 가열은 화력 발전소의 효율성을 높이는 주요하고 수익성 높은 방법입니다. 터빈의 입구에서 추출 파이프라인까지 팽창한 증기는 일정한 전력을 생성했으며, 재생식 히터로 들어갈 때 응축열을 급수(냉각수가 아님!)로 전달하여 온도를 높였습니다. 보일러의 연료 소비를 절약합니다. HPH 뒤의 보일러 급수 온도, 즉 보일러에 들어가기 전의 온도는 초기 매개변수에 따라 240~280°C입니다. 이는 연료의 화학적 에너지를 터빈 로터 회전의 기계적 에너지로 변환하는 기술적인 증기-물 사이클을 닫습니다.

화력발전소의 목적연료의 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것으로 구성됩니다. 이러한 변환을 직접적으로 수행하는 것은 현실적으로 불가능하기 때문에 먼저 연료의 화학적 에너지를 연료를 연소시켜 발생하는 열로 변환한 다음 열을 기계적 에너지로 변환하고 마지막으로 이것을 전기 에너지로 변환합니다.

아래 그림은 종종 증기 발전소라고 불리는 발전소의 열 부분에 대한 가장 간단한 다이어그램을 보여줍니다. 용광로에서 연료가 연소됩니다. 여기서 . 생성된 열은 증기 보일러의 물로 전달됩니다. 결과적으로 물은 가열된 다음 증발하여 소위 포화 증기, 즉 끓는 물과 동일한 온도의 증기를 형성합니다. 다음으로 포화증기에 열을 공급하면 과열증기, 즉 같은 압력에서 증발하는 물보다 온도가 높은 증기가 생성된다. 과열 증기는 대부분의 경우 강철 파이프 코일인 과열기의 포화 증기에서 얻습니다. 증기는 파이프 내부로 이동하고 코일 외부에서는 뜨거운 가스로 세척됩니다.

보일러의 압력이 대기압과 같으면 물을 100 ° C의 온도로 가열해야합니다. 더 많은 열을 가하면 빨리 증발하기 시작할 것입니다. 생성된 포화 증기의 온도도 100°C입니다. 대기압에서 온도가 100°C를 초과하면 증기는 과열됩니다. 보일러의 압력이 대기압보다 높으면 포화 증기의 온도는 다음과 같습니다. 100 ° C 이상. 포화 온도 압력이 높을수록 증기도 높아집니다. 현재 대기압에 가까운 증기 보일러는 에너지 부문에서 전혀 사용되지 않습니다. 훨씬 더 높은 압력, 약 100기압 이상을 위해 설계된 증기 보일러를 사용하는 것이 훨씬 더 수익성이 높습니다. 포화증기의 온도는 310°C 이상이다.

과열기에서 과열 수증기는 강철 파이프라인을 통해 열 엔진으로 공급되며, 가장 자주-입니다. 기존 발전소의 증기 발전소에서는 다른 엔진이 거의 사용되지 않습니다. 열기관에 유입되는 과열 수증기는 연료 연소의 결과로 방출되는 대량의 열에너지를 포함합니다. 열기관의 역할은 증기의 열에너지를 기계적 에너지로 변환하는 것입니다.

일반적으로 증기 터빈 입구 증기의 압력과 온도(보통 )는 터빈 출구 증기의 압력과 온도보다 상당히 높습니다. 증기 터빈 출구의 증기 압력 및 온도는 일반적으로 응축기의 압력 및 온도와 동일합니다. 현재 이미 언급한 바와 같이 에너지 산업에서는 최대 300기압의 압력과 최대 600°C의 온도에서 매우 높은 초기 매개변수를 갖는 증기를 사용합니다. 반대로 최종 매개변수는 낮게 선택됩니다. 약 0.04기압, 즉 대기보다 25배 적고, 온도는 약 30°C, 즉 주변 온도에 가깝습니다. 증기가 터빈에서 팽창하면 증기의 압력과 온도가 감소하여 증기에 포함된 열에너지의 양이 크게 감소합니다. 증기의 팽창 과정은 매우 빠르게 발생하기 때문에 이 매우 짧은 시간 동안 증기에서 환경으로 열이 크게 전달될 시간이 없습니다. 잉여 열에너지는 어디로 가나요? 자연의 기본 법칙, 즉 에너지 보존과 변형의 법칙에 따르면, 가장 작은 양의 에너지라도 "무에서" 파괴하거나 얻는 것은 불가능하다는 것이 알려져 있습니다. 에너지는 한 유형에서 다른 유형으로만 이동할 수 있습니다. 분명히, 우리가 이 경우에 다루고 있는 것은 바로 이런 종류의 에너지 변환입니다. 이전에 증기에 포함되어 있던 잉여 열에너지는 기계적 에너지로 바뀌어 우리 재량에 따라 사용될 수 있습니다.

증기 터빈의 작동 방식은 기사에 설명되어 있습니다.

여기서는 터빈 블레이드로 들어가는 증기 제트의 속도가 매우 빠르며 종종 음속을 초과한다고 말할 것입니다. 증기 제트는 증기 터빈 디스크와 디스크가 장착된 샤프트를 회전시킵니다. 터빈 샤프트는 예를 들어 전기 기계(발전기)에 연결될 수 있습니다. 발전기의 임무는 샤프트 회전의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것입니다. 따라서 증기발전소에서 연료의 화학적 에너지는 기계적 에너지로 변환된 다음 전기 에너지로 변환되어 AC UPS에 저장될 수 있습니다.

엔진에서 작업을 수행한 증기는 응축기로 들어갑니다. 냉각수는 일반적으로 강, 호수, 바다 등 자연 수역에서 채취되는 응축기 튜브를 통해 지속적으로 펌핑됩니다. 냉각수는 응축기로 들어가는 증기로부터 열을 빼앗아 증기가 응축됩니다. 즉, 물로 변합니다. 응축의 결과로 형성된 물은 증기 보일러로 펌핑되어 다시 증발되고 전체 과정이 다시 반복됩니다.

이는 원칙적으로 화력 발전소의 증기 발전소 작동입니다. 보시다시피 증기는 연료의 화학 에너지가 열 에너지로 변환되어 기계 에너지로 변환되는 소위 작동 유체라고 불리는 중개자 역할을 합니다.

물론, 현대적이고 강력한 증기 보일러나 열기관의 설계가 위 그림에 표시된 것처럼 단순하다고 생각해서는 안 됩니다. 그에 반해, 증기발전소의 가장 중요한 요소인 보일러와 터빈은 매우 복잡한 구조를 가지고 있습니다.

이제 작업 설명을 시작합니다.

일반적으로 인정되는 정의에 따르면, 화력 발전소- 연료의 화학적 에너지를 발전기 축 회전의 기계적 에너지로 변환하여 전기를 생산하는 발전소입니다.

첫 번째 TPP 19세기 말 뉴욕(1882)에 등장했고, 1883년 러시아(상트페테르부르크)에 최초의 화력발전소가 건설됐다. 기술 시대가 시작되면서 에너지 수요가 계속 증가함에 따라 출현 이후 가장 널리 퍼진 것은 화력 발전소입니다. 지난 세기 70년대 중반까지는 화력발전소의 운영이 지배적인 전력 생산 방식이었습니다. 예를 들어, 미국과 소련에서는 수신된 전체 전력 중 화력 발전소의 비율이 80%였으며 전 세계적으로 약 73-75%였습니다.

위에 주어진 정의는 광범위하기는 하지만 항상 명확하지는 않습니다. 우리는 모든 유형의 화력 발전소의 일반적인 작동 원리를 우리 자신의 말로 설명하려고 노력할 것입니다.

화력 발전소의 전력 생산여러 단계를 거쳐 발생하지만 일반적인 작동 원리는 매우 간단합니다. 먼저, 특수 연소실(증기 보일러)에서 연료가 연소되어 많은 양의 열이 방출되고, 보일러 내부에 위치한 특수 배관 시스템을 통해 순환하는 물이 증기로 변합니다. 지속적으로 증가하는 증기압력은 터빈 로터를 회전시켜 회전 에너지를 발전기 샤프트에 전달하고 결과적으로 전류가 생성됩니다.

증기/물 시스템이 닫혀 있습니다. 증기는 터빈을 통과한 후 응축되어 물로 다시 바뀌고, 추가로 히터 시스템을 통과하여 다시 증기 보일러로 들어갑니다.

화력 발전소에는 여러 유형이 있습니다. 현재 화력발전소 중 가장 열 증기 터빈 발전소(TPES). 이 유형의 발전소에서는 연소된 연료의 열에너지가 매우 높은 수증기 압력에 도달하는 증기 발생기에 사용되어 터빈 로터와 그에 따른 발전기를 구동합니다. 이러한 화력발전소는 연료로서 연료유나 경유는 물론 천연가스, 석탄, 이탄, 셰일, 즉 모든 종류의 연료를 사용한다. TPES의 효율성은 약 40%이며 전력은 3~6GW에 달할 수 있습니다.

GRES(주 지역 발전소)- 꽤 유명하고 친숙한 이름입니다. 이는 배기 가스 에너지를 활용하지 않고 건물 난방 등을 위해 이를 열로 변환하지 않는 특수 응축 터빈을 갖춘 열 증기 터빈 발전소에 지나지 않습니다. 이러한 발전소를 응축 발전소라고도 합니다.

같은 경우라면 TPES배기 증기의 2차 에너지를 도시 또는 산업 서비스의 요구에 사용되는 열 에너지로 변환하는 특수 가열 터빈을 갖춘 열병합 발전소 또는 열병합 발전소입니다. 예를 들어, 소련에서는 주 지역 발전소가 증기 터빈 발전소에서 생산되는 전기의 약 65%를 차지했으며, 이에 따라 화력 발전소에서는 35%를 차지했습니다.

다른 유형의 화력 발전소도 있습니다. 가스 터빈 발전소(GTPP)에서 발전기는 가스 터빈에 의해 회전됩니다. 이러한 화력발전소에서는 천연가스나 액체연료(디젤, 연료유)가 연료로 사용됩니다. 그러나 이러한 발전소의 효율은 약 27~29%로 그다지 높지 않기 때문에 주로 전력망의 최대 부하를 감당하기 위한 백업 전력원으로 사용되거나 소규모 거주지에 전력을 공급하는 데 사용됩니다.

증기 및 가스 터빈 장치(SGPP)를 갖춘 화력 발전소. 복합형 발전소입니다. 증기 터빈과 가스 터빈 메커니즘을 갖추고 있으며 효율성은 41-44%에 이릅니다. 이러한 발전소에서는 열을 회수하여 건물 난방에 사용되는 열 에너지로 변환할 수도 있습니다.

모든 화력 발전소의 주요 단점은 사용되는 연료 유형입니다. 화력발전소에서 사용되는 모든 종류의 연료는 느리지만 꾸준히 고갈되고 있는 대체 불가능한 천연자원입니다. 그렇기 때문에 현재 원자력 발전소의 사용과 함께 재생 가능 또는 기타 대체 에너지원을 사용하여 전기를 생산하는 메커니즘이 개발되고 있습니다.