Termoelektrarna. Toplarne (SPTE) Energija termoelektrarne

Za boljše izgorevanje plina so kotli opremljeni z vlečnimi mehanizmi. V kotel se dovaja zrak, ki med zgorevanjem plina služi kot oksidant. Za zmanjšanje ravni hrupa so mehanizmi opremljeni z dušilci hrupa. Dimni plini, ki nastajajo pri zgorevanju goriva, se odvajajo v dimnik in razpršijo v ozračje.

Vroč plin teče skozi dimnik in segreva vodo, ki teče skozi posebne cevi kotla. Pri segrevanju se voda spremeni v pregreto paro, ki vstopi v parno turbino. Para vstopi v turbino in začne vrteti lopatice turbine, ki so povezane z rotorjem generatorja. Energija pare se pretvori v mehansko energijo. V generatorju se mehanska energija pretvori v električno energijo, rotor se še naprej vrti, kar ustvarja izmenični električni tok v statorskih navitjih.

Preko povečevalnega transformatorja in padajoče transformatorske postaje se električna energija dobavlja odjemalcem preko daljnovodov. Para, izpuščena v turbini, se pošlje v kondenzator, kjer se spremeni v vodo in se vrne v kotel. V termoelektrarni se voda giblje krožno. Hladilni stolpi so namenjeni hlajenju vode. SPTE naprave uporabljajo ventilatorske in stolpne hladilne stolpe. Voda v hladilnih stolpih se hladi z atmosferskim zrakom. Pri tem se sprošča para, ki jo vidimo nad hladilnim stolpom v obliki oblakov. Voda v hladilnih stolpih se pod pritiskom dvigne in kot slap pada v prednjo komoro, od koder teče nazaj v termoelektrarno. Za zmanjšanje zadrževanja kapljic so hladilni stolpi opremljeni z lovilci vode.

Oskrba z vodo je zagotovljena iz reke Moskve. V objektu za kemično čiščenje vode se voda očisti mehanskih nečistoč in dovaja v skupine filtrov. V nekaterih je pripravljena na nivo prečiščene vode za napajanje ogrevalnega omrežja, v drugih - na nivo demineralizirane vode in se uporablja za napajanje energetskih enot.

Sklenjen je tudi krog za oskrbo s toplo vodo in daljinsko ogrevanje. Del pare iz parne turbine se pošlje v grelnike vode. Nato se topla voda pošlje v ogrevalne točke, kjer pride do izmenjave toplote z vodo, ki prihaja iz hiš.

Visoko usposobljeni strokovnjaki podjetja Mosenergo 24 ur na dan podpirajo proizvodni proces in oskrbujejo ogromno metropolo z električno energijo in toploto.

Kako deluje agregat s kombiniranim ciklom?

Kaj je to in kakšni so principi delovanja termoelektrarn? Splošna definicija takšnih objektov zveni približno takole - to so elektrarne, ki predelujejo naravno energijo v električno energijo. V te namene se uporablja tudi gorivo naravnega izvora.

Princip delovanja termoelektrarn. Kratek opis

Danes je prav na takšnih objektih najbolj razširjeno zgorevanje, pri katerem se sprošča toplotna energija. Naloga termoelektrarn je, da to energijo uporabljajo za proizvodnjo električne energije.

Načelo delovanja termoelektrarn ni samo proizvodnja, ampak tudi proizvodnja toplotne energije, ki jo porabnikom dobavljamo tudi v obliki tople vode, npr. Poleg tega ti energetski objekti proizvedejo približno 76 % vse električne energije. Ta široka uporaba je posledica dejstva, da je razpoložljivost fosilnih goriv za delovanje postaje precej velika. Drugi razlog je bil, da je prevoz goriva od mesta njegovega pridobivanja do same postaje dokaj preprosta in racionalizirana operacija. Princip delovanja termoelektrarn je zasnovan tako, da je možno uporabiti odpadno toploto delovne tekočine za njeno sekundarno dobavo porabniku.

Ločevanje postaj po vrsti

Omeniti velja, da lahko toplotne postaje razdelimo na vrste glede na to, kakšno toploto proizvajajo. Če je princip delovanja termoelektrarne samo proizvodnja električne energije (torej ne dobavlja toplotne energije odjemalcu), jo imenujemo kondenzacijska elektrarna (KEP).

Objekti za proizvodnjo električne energije, oskrbo s paro in oskrbo porabnika s toplo vodo imajo namesto kondenzacijskih turbin parne. Tudi v takšnih elementih postaje je vmesna ekstrakcija pare ali protitlačna naprava. Glavna prednost in princip delovanja tovrstne termoelektrarne (SPTE) je, da se odpadna para uporablja tudi kot vir toplote in se dovaja porabnikom. S tem se zmanjšajo toplotne izgube in količina hladilne vode.

Osnovni principi delovanja termoelektrarn

Preden preidemo na sam princip delovanja, je treba razumeti, o kakšni postaji govorimo. Standardna zasnova takih objektov vključuje sistem, kot je vmesno pregrevanje pare. To je potrebno, ker bo toplotna učinkovitost tokokroga z vmesnim pregrevanjem višja kot v sistemu brez njega. Preprosto povedano, princip delovanja termoelektrarne s takšno shemo bo veliko bolj učinkovit z enakimi začetnimi in končnimi določenimi parametri kot brez nje. Iz vsega tega lahko sklepamo, da je osnova delovanja postaje organsko gorivo in ogrevan zrak.

Shema dela

Princip delovanja termoelektrarne je zgrajen na naslednji način. Gorivo, kot tudi oksidant, katerega vlogo najpogosteje igra segret zrak, se v neprekinjenem toku dovaja v peč kotla. Snovi, kot so premog, olje, kurilno olje, plin, skrilavec in šota, lahko delujejo kot gorivo. Če govorimo o najpogostejšem gorivu na ozemlju Ruske federacije, je to premogov prah. Nadalje je princip delovanja termoelektrarn zgrajen tako, da toplota, ki nastaja pri zgorevanju goriva, segreva vodo v parnem kotlu. Zaradi segrevanja se tekočina pretvori v nasičeno paro, ki vstopi v parno turbino skozi izpust pare. Glavni namen te naprave na postaji je pretvorba energije vhodne pare v mehansko energijo.

Vsi elementi turbine, ki se lahko premikajo, so tesno povezani z gredjo, zaradi česar se vrtijo kot en sam mehanizem. Da bi se gred vrtela, parna turbina prenaša kinetično energijo pare na rotor.

Mehanski del postaje

Zasnova in princip delovanja termoelektrarne je v mehanskem delu povezana z delovanjem rotorja. Para, ki prihaja iz turbine, ima zelo visok tlak in temperaturo. Zaradi tega se ustvari visoka notranja energija pare, ki teče iz kotla v šobe turbine. Curki pare, ki tečejo skozi šobo v neprekinjenem toku, z veliko hitrostjo, ki je pogosto celo večja od hitrosti zvoka, delujejo na turbinske lopatice. Ti elementi so togo pritrjeni na disk, ki je nato tesno povezan z gredjo. V tem trenutku se mehanska energija pare pretvori v mehansko energijo rotorskih turbin. Če govorimo natančneje o principu delovanja termoelektrarn, potem mehanski vpliv vpliva na rotor turbogeneratorja. To je posledica dejstva, da sta gred običajnega rotorja in generatorja tesno povezana drug z drugim. In potem je tu dokaj znan, preprost in razumljiv postopek pretvorbe mehanske energije v električno energijo v napravi, kot je generator.

Gibanje pare po rotorju

Ko vodna para preide turbino, se njen tlak in temperatura močno znižata in vstopi v naslednji del postaje - kondenzator. Znotraj tega elementa se para pretvori nazaj v tekočino. Za opravljanje te naloge je znotraj kondenzatorja hladilna voda, ki se tja dovaja po ceveh, ki potekajo znotraj sten naprave. Ko se para pretvori nazaj v vodo, jo črpalka kondenzata izčrpa in vstopi v naslednji prekat - odzračevalnik. Pomembno je tudi vedeti, da prečrpana voda prehaja skozi regenerativne grelnike.

Glavna naloga odzračevalnika je odstranjevanje plinov iz dovodne vode. Hkrati s čiščenjem se tekočina segreva na enak način kot pri regenerativnih grelnikih. V ta namen se uporablja toplota pare, ki se odvzame tistemu, kar gre v turbino. Glavni namen operacije odzračevanja je zmanjšati vsebnost kisika in ogljikovega dioksida v tekočini na sprejemljive vrednosti. To pomaga zmanjšati stopnjo korozije na poteh, skozi katere se dovajata voda in para.

Postaje za premog

Obstaja velika odvisnost principa delovanja termoelektrarn od vrste uporabljenega goriva. S tehnološkega vidika je najtežje izvedljiva snov premog. Kljub temu so surovine glavni vir energije v takih objektih, katerih število je približno 30% celotnega deleža postaj. Poleg tega se načrtuje povečanje števila takšnih objektov. Omeniti velja tudi, da je število funkcionalnih predelkov, potrebnih za delovanje postaje, veliko večje kot pri drugih vrstah.

Kako delujejo termoelektrarne na premog?

Za neprekinjeno delovanje postaje se po železniških tirih nenehno dovaža premog, ki se razklada s posebnimi razkladalnimi napravami. Potem so tu še elementi, preko katerih se raztovorjeni premog dobavlja v skladišče. Nato gorivo vstopi v drobilnico. Po potrebi je mogoče zaobiti postopek dostave premoga v skladišče in ga prenesti neposredno v drobilnike iz razkladalnih naprav. Po prehodu te stopnje zdrobljene surovine vstopijo v bunker surovega premoga. Naslednji korak je dobava materiala prek dovajalnikov v mline za premog v prahu. Nato se premogov prah s pnevmatsko transportno metodo dovaja v bunker za premogov prah. Po tej poti snov obide elemente, kot sta separator in ciklon, iz lijaka pa že teče skozi dovajalnike neposredno do gorilnikov. Zrak, ki gre skozi ciklon, vsesa ventilator mlina in nato dovaja v zgorevalno komoro kotla.

Nadalje je gibanje plina videti približno takole. Hlapna snov, ki nastane v komori zgorevalnega kotla, zaporedno prehaja skozi takšne naprave, kot so plinski kanali kotlovnice, nato pa se, če se uporablja sistem za ponovno ogrevanje s paro, plin dovaja v primarni in sekundarni pregrelnik. V tem predelu, kot tudi v vodnem ekonomizatorju, plin odda svojo toploto za ogrevanje delovne tekočine. Nato je nameščen element, imenovan pregrelnik zraka. Tukaj se toplotna energija plina uporablja za ogrevanje vstopnega zraka. Hlapna snov po prehodu skozi vse te elemente preide v zbiralnik pepela, kjer se očisti pepela. Po tem dimne črpalke črpajo plin in ga s plinsko cevjo spustijo v ozračje.

Termoelektrarne in jedrske elektrarne

Nemalokrat se pojavi vprašanje, kaj je skupnega med termoelektrarnami in ali obstajajo podobnosti v principih delovanja termoelektrarn in jedrskih elektrarn.

Če govorimo o njihovih podobnostih, jih je več. Prvič, oba sta zgrajena tako, da za svoje delo uporabljata naravni vir, ki je fosilen in izločen. Poleg tega je mogoče opozoriti, da sta oba objekta namenjena pridobivanju ne le električne energije, temveč tudi toplotne energije. Podobnosti v principu delovanja so tudi v tem, da imajo termoelektrarne in jedrske elektrarne v proces delovanja vključene turbine in uparjalnike. Nadalje je le nekaj razlik. Med njimi je tudi dejstvo, da so na primer stroški gradnje in elektrike, pridobljene iz termoelektrarn, precej nižji kot iz jedrskih elektrarn. A po drugi strani jedrske elektrarne ne onesnažujejo ozračja, če so odpadki pravilno odloženi in ne prihaja do nesreč. Medtem ko termoelektrarne zaradi svojega principa delovanja nenehno oddajajo škodljive snovi v ozračje.

Tu je glavna razlika v delovanju jedrske elektrarne in termoelektrarne. Če se v termoelektrarnah toplotna energija iz zgorevanja goriva najpogosteje prenaša v vodo ali pretvori v paro, potem se v jedrskih elektrarnah energija črpa iz cepitve atomov urana. Nastala energija se uporablja za segrevanje različnih snovi, voda pa se tu uporablja precej redko. Poleg tega so vse snovi v zaprtih, zatesnjenih tokokrogih.

Daljinsko ogrevanje

Pri nekaterih termoelektrarnah lahko njihova zasnova vključuje sistem, ki skrbi za ogrevanje same elektrarne in sosednjega naselja, če obstaja. Do omrežnih grelnikov te naprave se para odvaja iz turbine, obstaja pa tudi poseben vod za odvod kondenza. Voda se dovaja in odvaja po posebnem cevovodnem sistemu. Električna energija, ki bo na ta način proizvedena, se odvzame iz električnega generatorja in prenese do porabnika skozi povečevalne transformatorje.

Osnovna oprema

Če govorimo o glavnih elementih, ki delujejo v termoelektrarnah, so to kotlovnice, pa tudi turbinske enote, povezane z električnim generatorjem in kondenzatorjem. Glavna razlika med glavno opremo in dodatno opremo je, da ima standardne parametre v smislu svoje moči, produktivnosti, parametrov pare, pa tudi napetosti in toka itd. Prav tako je mogoče opozoriti, da je vrsta in število glavnih elementov se izberejo glede na to, koliko moči je potrebno pridobiti iz ene termoelektrarne, pa tudi glede na način njenega obratovanja. Za podrobnejše razumevanje te problematike lahko pomaga animacija principa delovanja termoelektrarn.

Glavna vrsta elektrarn v Rusiji so termoelektrarne (SPTE). Te naprave proizvedejo približno 67% električne energije v Rusiji. Na njihovo postavitev vplivajo dejavniki goriva in potrošnika. Najmočnejše elektrarne se nahajajo na mestih, kjer se proizvaja gorivo. Termoelektrarne na visokokalorično transportno gorivo so namenjene potrošnikom.

Termoelektrarne uporabljajo široko dostopne vire goriva, so razmeroma prosto locirane in lahko proizvajajo električno energijo brez sezonskih nihanj. Njihova gradnja poteka hitro in vključuje manj stroškov dela in materiala. Toda TPP ima pomembne pomanjkljivosti. Izkoriščajo neobnovljive vire, imajo nizek izkoristek (30-35 %) in izjemno negativno vplivajo na okolje. Termoelektrarne po svetu letno v ozračje izpustijo 200-250 milijonov ton pepela in približno 60 milijonov ton žveplovega dioksida 6, poleg tega pa absorbirajo ogromne količine kisika. Ugotovljeno je bilo, da premog v mikrodozah skoraj vedno vsebuje U 238, Th 232 in radioaktivni izotop ogljika. Večina termoelektrarn v Rusiji ni opremljena z učinkovitimi sistemi za čiščenje dimnih plinov iz žveplovih in dušikovih oksidov. Čeprav so naprave na zemeljski plin okoljsko veliko čistejše od elektrarn na premog, skrilavce in kurilno olje, postavitev plinovodov (zlasti v severnih regijah) škoduje okolju.

Termoelektrarna je kompleks opreme in naprav, ki pretvarjajo energijo goriva v električno in (na splošno) toplotno energijo.

Za termoelektrarne je značilna velika raznolikost in jih lahko razvrstimo po različnih kriterijih.

1. Glede na namen in vrsto dobavljene energije delimo elektrarne na regionalne in industrijske.

Daljinske elektrarne so samostojne javne elektrarne, ki služijo vsem vrstam porabnikov v regiji (industrijska podjetja, promet, prebivalstvo itd.). Daljinske kondenzacijske elektrarne, ki proizvajajo pretežno električno energijo, pogosto ohranjajo svoje zgodovinsko ime - GRES (državne daljinske elektrarne). Daljinske elektrarne, ki proizvajajo električno in toplotno energijo (v obliki pare ali tople vode), imenujemo soproizvodnja toplote in električne energije (SPTE). SPTE so naprave za sočasno proizvodnjo električne in toplotne energije. Njihova učinkovitost doseže 70% proti 30-35% za IES. SPTE so vezane na porabnike, saj Polmer prenosa toplote (para, vroča voda) je 15-20 km. Največja moč SPTE naprave je manjša od moči CPP.

Državne daljinske elektrarne in daljinske termoelektrarne imajo praviloma moč nad 1 milijon kW.

Industrijske elektrarne so elektrarne, ki dobavljajo toplotno in električno energijo določenim proizvodnim podjetjem ali njihovemu kompleksu, na primer kemični proizvodni obrat. Industrijske elektrarne so del industrijskih podjetij, ki jim služijo. Njihova zmogljivost je določena s potrebami industrijskih podjetij po toplotni in električni energiji in je praviloma bistveno manjša kot pri daljinskih termoelektrarnah. Pogosto industrijske elektrarne delujejo na splošnem električnem omrežju, vendar niso podrejene dispečerju elektroenergetskega sistema. V nadaljevanju so obravnavane le daljinske elektrarne.

2. Termoelektrarne se glede na vrsto uporabljenega goriva delijo na elektrarne na organsko gorivo in jedrsko gorivo.

Imenujejo se termoelektrarne na fosilna goriva kondenzacijske elektrarne (CPS). Jedrsko gorivo se uporablja v jedrskih elektrarnah (JE). V tem smislu bo ta izraz uporabljen v nadaljevanju, čeprav so termoelektrarne, jedrske elektrarne, plinskoturbinske elektrarne (GTPP) in elektrarne s kombiniranim ciklom (CGPP) tudi termoelektrarne, ki delujejo po principu pretvorbe toplotne energije. energije v električno energijo.

Primarno vlogo med termoelektrarnami imajo kondenzacijske elektrarne (KTE). Gravitirajo tako k virom goriva kot k potrošnikom, zato so zelo razširjeni. Večji kot je IES, dlje lahko prenaša električno energijo, tj. Z večanjem moči se povečuje vpliv faktorja goriva in energije.

Kot organsko gorivo za termoelektrarne se uporabljajo plinasta, tekoča in trdna goriva. Osredotočenost na bazo goriva se pojavi ob prisotnosti poceni in neprenosljivih virov goriva (rjavi premog Kansk-Achinsk bazena) ali v primeru elektrarn, ki uporabljajo šoto, skrilavec in kurilno olje (takšni CPP so običajno povezani s centri za rafiniranje nafte ). Večina termoelektrarn v Rusiji, zlasti v evropskem delu, uporablja zemeljski plin kot glavno gorivo in kurilno olje kot rezervno gorivo, slednje pa zaradi visokih stroškov uporablja le v skrajnih primerih; Takšne termoelektrarne imenujemo elektrarne na plinsko olje. V mnogih regijah, predvsem v azijskem delu Rusije, je glavno gorivo termo premog - nizkokalorični premog ali visokokalorični premog (antracit premog - AS). Ker se taki premogi pred zgorevanjem v posebnih mlinih zmeljejo v prašno stanje, se takšne termoelektrarne imenujejo premog v prahu.

3. Glede na vrsto termoelektrarn, ki se uporabljajo v termoelektrarnah za pretvorbo toplotne energije v mehansko energijo vrtenja rotorjev turbinskih enot, ločimo parne turbine, plinske turbine in kombinirane elektrarne.

Osnova parnoturbinskih elektrarn so parne turbinske enote (PTU), ki za pretvorbo toplotne energije v mehansko uporabljajo najkompleksnejši, najmočnejši in izjemno napreden energetski stroj – parno turbino. PTU je glavni element termoelektrarn, termoelektrarn in jedrskih elektrarn.

Termoelektrarne s plinskimi turbinami (GTPP) so opremljeni s plinskoturbinskimi enotami (GTU), ki delujejo na plinasto ali v skrajnem primeru tekoče (dizelsko) gorivo. Ker je temperatura plinov za plinsko turbinsko napravo precej visoka, jih je mogoče uporabiti za dobavo toplotne energije zunanjim porabnikom. Takšne elektrarne imenujemo GTU-CHP. Trenutno je v Rusiji ena plinskoturbinska elektrarna (GRES-3 po Klassonu, Elektrogorsk, Moskovska regija) z zmogljivostjo 600 MW in ena plinskoturbinska soproizvodnja (v mestu Elektrostal, Moskovska regija).

Termoelektrarne s kombiniranim ciklom so opremljeni s plinskoturbinskimi enotami s kombiniranim ciklom (CCGT), ki so kombinacija plinskoturbinskih enot in parnih turbinskih enot, kar omogoča visok izkoristek. Naprave CCGT-SPTE so lahko zasnovane kot kondenzacijske naprave (CCP-SPTE) in z oskrbo s toplotno energijo (CCP-SPTE). V Rusiji deluje le ena CCGT-SPTE (PGU-450T) z zmogljivostjo 450 MW. Državna okrožna elektrarna Nevinnomyssk upravlja agregat PGU-170 z močjo 170 MW, v južni termoelektrarni Sankt Peterburg pa agregat PGU-300 z močjo 300 MW.

4. Po tehnološki shemi parovodov se termoelektrarne delijo na blokovne termoelektrarne in termoelektrarne s prečno povezavo.

Modularne termoelektrarne so sestavljene iz ločenih, običajno istovrstnih, elektrarn – agregatov. V agregatu vsak kotel dovaja paro le svoji turbini, iz katere se po kondenzaciji vrača samo v svoj kotel. Vse močne državne daljinske elektrarne in termoelektrarne, ki imajo tako imenovano vmesno pregrevanje pare, so zgrajene po blokovni shemi. Delovanje kotlov in turbin v termoelektrarnah s prečnimi povezavami je zagotovljeno drugače: vsi kotli termoelektrarne dovajajo paro v en skupni parovod (zbiralnik) in iz njega se napajajo vse parne turbine termoelektrarne. Po tej shemi so zgrajene CES brez vmesnega pregrevanja in skoraj vse SPTE naprave s podkritičnimi začetnimi parametri pare.

5. Glede na višino začetnega tlaka ločimo termoelektrarne podkritičnega tlaka in nadkritičnega tlaka (SCP).

Kritični tlak je 22,1 MPa (225,6 at). V ruski toplotni in energetski industriji so začetni parametri standardizirani: termoelektrarne in termoelektrarne so zgrajene za podkritični tlak 8,8 in 12,8 MPa (90 in 130 atm), za SKD - 23,5 MPa (240 atm) . TE s superkritičnimi parametri se iz tehničnih razlogov izvajajo z vmesnim pregrevanjem in po blokovni shemi. Pogosto se termoelektrarne ali soproizvodnje toplote in električne energije gradijo v več fazah – v čakalnih vrstah, katerih parametri se izboljšujejo z zagonom vsake nove faze.

Oglejmo si tipično kondenzacijsko termoelektrarno na organsko gorivo (slika 3.1).

riž. 3.1. Toplotna bilanca plinsko olje in

premog v prahu (številke v oklepaju) termoelektrarna

Gorivo se dovaja v kotel in za zgorevanje se tukaj dovaja oksidant - zrak, ki vsebuje kisik. Zrak jemljemo iz ozračja. Odvisno od sestave in toplote zgorevanja je za popolno zgorevanje 1 kg goriva potrebnih 10–15 kg zraka, zato je zrak tudi naravna »surovina« za proizvodnjo električne energije, za prenos katere v zgorevanje območju je potrebno imeti zmogljive visokozmogljive polnilnike. Kot posledica kemične reakcije zgorevanja, pri kateri se ogljik C goriva pretvori v oksida CO 2 in CO, vodik H 2 v vodno paro H 2 O, žveplo S v oksida SO 2 in SO 3 itd., je zgorevanje goriva nastajajo produkti – mešanica različnih visokotemperaturnih plinov. Toplotna energija produktov zgorevanja goriva je vir električne energije, ki jo proizvajajo termoelektrarne.

Nato se v kotlu toplota prenese iz dimnih plinov na vodo, ki se premika v ceveh. Žal vse toplotne energije, ki se sprosti pri zgorevanju goriva, zaradi tehničnih in ekonomskih razlogov ni mogoče prenesti v vodo. Produkti zgorevanja goriva (dimni plini), ohlajeni na temperaturo 130–160 °C, zapuščajo termoelektrarno skozi dimnik. Delež toplote, ki jo odnesejo dimni plini, je odvisno od vrste goriva, načina delovanja in kakovosti delovanja 5–15 %.

Del toplotne energije, ki ostane v kotlu in se prenese v vodo, zagotavlja nastanek pare z visokimi začetnimi parametri. Ta para se pošlje v parno turbino. Na izhodu iz turbine se vzdržuje globok vakuum s pomočjo naprave, imenovane kondenzator: tlak za parno turbino je 3–8 kPa (spomnimo se, da je atmosferski tlak na ravni 100 kPa). Zato se para, ki vstopa v turbino z visokim tlakom, premakne v kondenzator, kjer je tlak nizek, in se razširi. Prav širjenje pare zagotavlja pretvorbo njene potencialne energije v mehansko delo. Parna turbina je zasnovana tako, da se energija raztezanja pare pretvarja v vrtenje njenega rotorja. Rotor turbine je povezan z rotorjem električnega generatorja, v statorskih navitjih katerega nastaja električna energija, ki je končni koristni produkt (dobrina) obratovanja termoelektrarne.

Kondenzator, ki ne zagotavlja samo nizkega tlaka za turbino, ampak povzroča tudi kondenzacijo (pretvorbo v vodo) pare, za delovanje potrebuje velike količine hladne vode. To je tretja vrsta »surovine«, ki se dobavlja termoelektrarnam, za delovanje termoelektrarn pa ni nič manj pomembna kot gorivo. Zato se termoelektrarne gradijo bodisi v bližini obstoječih naravnih vodnih virov (reka, morje), ali pa se gradijo umetni viri (hladilni bazeni, hladilni stolpi itd.).

Glavne toplotne izgube v termoelektrarnah nastanejo zaradi prenosa kondenzacijske toplote na hladilno vodo, ki jo nato oddaja v okolje. Več kot 50 % toplote, dovedene v termoelektrarno z gorivom, se izgubi s toploto hladilne vode. Poleg tega je posledica toplotno onesnaženje okolja.

Del toplotne energije goriva se v termoelektrarni porabi bodisi v obliki toplote (na primer za ogrevanje kurilnega olja, ki se termoelektrarni dovaja v gosti obliki v železniških cisternah) bodisi v obliki električne energije ( na primer za pogon elektromotorjev za črpalke za različne namene). Ta del izgub imenujemo lastne potrebe.

Za normalno delovanje termoelektrarn je poleg »surovin« (gorivo, hladilna voda, zrak) potrebnih še veliko drugih materialov: olje za delovanje mazalnih sistemov, regulacija in zaščita turbin, reagenti (smole) za čiščenje delovne tekočine, številni materiali za popravilo.

Nazadnje, močne termoelektrarne servisira veliko število osebja, ki zagotavlja tekoče obratovanje, vzdrževanje opreme, analizo tehničnih in ekonomskih kazalcev, dobavo, upravljanje itd. Približno lahko domnevamo, da 1 MW nameščene moči zahteva 1 osebo, zato je osebje močne termoelektrarne več tisoč ljudi. Vsaka kondenzacijska parna turbinska elektrarna vključuje štiri obvezne elemente:

· energetski kotel ali preprosto kotel, v katerega se dovaja napajalna voda pod visokim pritiskom, gorivo in atmosferski zrak za zgorevanje. V kurišču kotla poteka proces zgorevanja - kemična energija goriva se pretvori v toplotno in sevalno energijo. Napajalna voda teče skozi sistem cevi, ki se nahaja znotraj kotla. Goreče gorivo je močan vir toplote, ki se prenaša na napajalno vodo. Slednji se segreje do vrelišča in izhlapi. Nastala para se v istem kotlu pregreje nad vrelišče. Ta para s temperaturo 540 °C in tlakom 13–24 MPa se dovaja v parno turbino skozi enega ali več cevovodov;

· turbinski agregat, ki ga sestavljajo parna turbina, električni generator in vzbujevalnik. Parna turbina, v kateri je para ekspandirana do zelo nizkega tlaka (približno 20-krat nižjega od atmosferskega), pretvori potencialno energijo stisnjene in segrete pare v kinetično energijo vrtenja rotorja turbine. Turbina poganja električni generator, ki pretvarja kinetično energijo vrtenja rotorja generatorja v električni tok. Električni generator je sestavljen iz statorja, v katerega električnih navitjih nastaja tok, in rotorja, ki je vrtljivi elektromagnet, ki ga napaja vzbujevalnik;

· Kondenzator služi za kondenzacijo pare, ki prihaja iz turbine, in ustvarjanje globokega vakuuma. To omogoča zelo pomembno zmanjšanje porabe energije za naknadno stiskanje nastale vode in hkrati povečanje učinkovitosti pare, tj. pridobite več energije iz pare, ki jo ustvari kotel;

· napajalna črpalka za dovajanje napajalne vode v kotel in ustvarjanje visokega tlaka pred turbino.

Tako v PTU poteka neprekinjen cikel pretvorbe kemične energije zgorelega goriva v električno energijo nad delovno tekočino.

Prava STP poleg naštetih elementov vsebuje še veliko število črpalk, toplotnih izmenjevalcev in drugih naprav, potrebnih za povečanje njene učinkovitosti. Tehnološki proces proizvodnje električne energije v termoelektrarni na plin je prikazan na sl. 3.2.

Glavni elementi obravnavane elektrarne (slika 3.2) so kotlovnica, ki proizvaja paro z visokimi parametri; turbina ali parnoturbinski agregat, ki pretvarja toploto pare v mehansko energijo vrtenja rotorja turbine, in električne naprave (električni generator, transformator ipd.), ki zagotavljajo proizvodnjo električne energije.

Glavni element kotlovske instalacije je kotel. Plin za delovanje kotla se dovaja iz distribucijske postaje plina, ki je priključena na glavni plinovod (ni prikazan na sliki), do distribucijske točke plina (GDP) 1. Tu se njegov tlak zmanjša na več atmosfer in se dovaja gorilnikom. 2 ki se nahaja na dnu kotla (takšni gorilniki se imenujejo gorilniki).

riž. 3.2. Tehnološki proces proizvodnje električne energije v termoelektrarnah na plin

Sam kotel je struktura v obliki črke U s plinskimi kanali pravokotnega prereza. Njegov levi del se imenuje kurišče. Notranjost kurišča je prosta in v njej gori gorivo, v tem primeru plin. V ta namen posebno puhalo 28 neprekinjeno dovaja vroč zrak v gorilnike, segrete v grelniku zraka 25. Na sl. Na sliki 3.2 je prikazan tako imenovani rotacijski grelnik zraka, katerega toplotno akumulacijsko polnilo v prvi polovici vrtljaja segrevajo izpušni dimni plini, v drugi polovici vrtljaja pa segreva zrak, ki prihaja iz atmosfere. Za zvišanje temperature zraka se uporablja recirkulacija: del dimnih plinov, ki zapuščajo kotel, porabi poseben recirkulacijski ventilator. 29 doveden v glavni zrak in pomešan z njim. Vroč zrak se pomeša s plinom in skozi gorilnike kotla dovaja v njegovo kurišče - komoro, v kateri gori gorivo. Pri gorenju nastane bakla, ki je močan vir sevalne energije. Tako se pri zgorevanju goriva njegova kemična energija pretvori v toplotno in sevalno energijo bakle.

Stene peči so obložene z zasloni 19 - cevmi, v katere se napajalna voda dovaja iz ekonomizatorja 24. Diagram prikazuje tako imenovani kotel z neposrednim tokom, v zaslonih katerega napajalna voda poteka skozi sistem cevi kotla samo enkrat , se segreje in izpari ter se spremeni v suho nasičeno paro. Široko se uporabljajo bobnasti kotli, v zaslonih katerih napajalna voda večkrat kroži, para pa se loči od kotlovske vode v bobnu.

Prostor za kuriščem kotla je precej gosto zapolnjen s cevmi, znotraj katerih se giblje para ali voda. Z zunanje strani te cevi sperejo vroči dimni plini, ki se s premikanjem proti dimniku 26 postopoma ohlajajo.

Suha nasičena para vstopa v glavni pregrevalnik, sestavljen iz stropa 20, zaslona 21 in konvektivnih 22 elementov. V glavnem pregrevalniku se poveča njegova temperatura in s tem potencialna energija. Para z visokimi parametri, pridobljena na izhodu iz konvektivnega pregrevalnika, zapusti kotel in po parovodu vstopi v parno turbino.

Močna parna turbina je običajno sestavljena iz več ločenih turbin – valjev.

17 para se dovaja v prvi valj - visokotlačni valj (HPC) neposredno iz kotla, zato ima visoke parametre (za turbine SKD - 23,5 MPa, 540 °C, tj. 240 at/540 °C). Na izhodu iz HPC je tlak pare 3–3,5 MPa (30–35 at), temperatura pa 300–340 °C. Če bi se para v turbini še naprej širila preko teh parametrov do tlaka v kondenzatorju, bi se tako zmočila, da bi bilo dolgotrajno delovanje turbine nemogoče zaradi erozivne obrabe njenih delov v zadnjem cilindru. Zato se iz HPC razmeroma hladna para vrača nazaj v kotel v tako imenovani vmesni pregrevalnik 23. V njem para ponovno pride pod vpliv vročih plinov kotla, njena temperatura se dvigne na začetno (540 °C). °C). Nastala para se pošlje v srednjetlačni valj (MPC) 16. Po ekspanziji v MPC do tlaka 0,2–0,3 MPa (2–3 at) para vstopi v enega ali več enakih nizkotlačnih valjev (LPC) 15.

Tako para, ki se širi v turbini, vrti svoj rotor, povezan z rotorjem električnega generatorja 14, v statorskih navitjih katerega nastaja električni tok. Transformator poveča svojo napetost za zmanjšanje izgub v daljnovodih, del proizvedene energije prenese za lastne potrebe termoelektrarne, preostanek pa odda v elektroenergetski sistem.

Tako kotel kot turbina lahko delujeta le z zelo kakovostno napajalno vodo in paro, ki dopušča le zanemarljive primesi drugih snovi. Poleg tega je poraba pare ogromna (npr. v agregatu moči 1200 MW več kot 1 tona vode izhlapi, gre skozi turbino in kondenzira v 1 sekundi). Zato je normalno delovanje napajalne enote možno le z ustvarjanjem zaprtega cikla kroženja delovne tekočine visoke čistosti.

Para, ki zapusti turbino LPC, vstopi v kondenzator 12 - toplotni izmenjevalnik, skozi cevi katerega neprekinjeno teče hladilna voda, ki jo dovaja obtočna črpalka 9 iz reke, rezervoarja ali posebne hladilne naprave (hladilni stolp).

Hladilni stolp je armiranobetonski votli izpušni stolp (slika 3.3) z višino do 150 m in premerom iztoka 40–70 m, ki ustvarja gravitacijo za zrak, ki vstopa od spodaj skozi plošče za usmerjanje zraka.

Namakalna (sprinkler) naprava je nameščena znotraj hladilnega stolpa na višini 10–20 m. Zrak, ki se giblje navzgor, povzroči, da del kapljic (približno 1,5–2 %) izhlapi in s tem ohladi vodo, ki prihaja iz kondenzatorja in segreva v njem. Ohlajena voda se zbira spodaj v bazenu, teče v sprednjo komoro 10, od tam pa jo obtočna črpalka 9 dovaja v kondenzator 12 (slika 3.2).

Skupaj s krožno vodo se uporablja oskrba z direktno vodo, pri kateri hladilna voda vstopa v kondenzator iz reke in se vanj izpušča navzdol. Para, ki prihaja iz turbine v obroč kondenzatorja, kondenzira in teče navzdol; Nastali kondenzat dovaja črpalka kondenzata 6 skozi skupino nizkotlačnih regenerativnih grelnikov (LPH) 3 v odzračevalnik 8. V LPH se temperatura kondenzata poveča zaradi toplote kondenzacije pare, odvzete iz turbina. To omogoča zmanjšanje porabe goriva v kotlu in povečanje učinkovitosti elektrarne. V odzračevalniku 8 pride do odzračevanja - odstranitev iz kondenzata plinov, raztopljenih v njem, ki motijo ​​​​delovanje kotla. Hkrati je posoda za odzračevanje posoda za napajalno vodo kotla.

Iz odzračevalnika se napajalna voda dovaja v skupino visokotlačnih grelnikov (HPH) z dovodno črpalko 7, ki jo poganja elektromotor ali posebna parna turbina.

Regenerativno ogrevanje kondenzata v HDPE in HDPE je glavni in zelo donosen način za povečanje učinkovitosti termoelektrarn. Para, ki se je širila v turbini od dotoka do odvodnega cevovoda, je ustvarila določeno moč in je ob vstopu v regenerativni grelnik svojo kondenzacijsko toploto predala napajalni vodi (in ne hladilni vodi!), ji povečala temperaturo in s tem prihranek porabe goriva v kotlu. Temperatura napajalne vode kotla za HPH, tj. pred vstopom v kotel je 240–280°C, odvisno od začetnih parametrov. S tem se sklene tehnološki parno-vodni krog pretvarjanja kemijske energije goriva v mehansko energijo vrtenja rotorja turbine.

Namembnost termoelektrarne sestoji iz pretvorbe kemične energije goriva v električno energijo. Ker se izkaže, da je takšno transformacijo praktično nemogoče izvesti neposredno, je treba najprej pretvoriti kemijsko energijo goriva v toploto, ki nastane pri zgorevanju goriva, nato pretvoriti toploto v mehansko energijo in na koncu slednjo pretvoriti v električno energijo.

Spodnja slika prikazuje najenostavnejši diagram toplotnega dela elektroelektrarne, pogosto imenovane parna elektrarna. Gorivo zgoreva v kurišču. pri čemer . Nastala toplota se prenese na vodo v parnem kotlu. Zaradi tega se voda segreje in nato izhlapi, pri čemer nastane tako imenovana nasičena para, to je para z enako temperaturo kot vrela voda. Nato se nasičeni pari dovaja toplota, kar povzroči nastanek pregrete pare, to je pare, ki ima višjo temperaturo kot voda, ki izhlapeva pri enakem tlaku. Pregreta para se pridobiva iz nasičene pare v pregrevalniku, ki je v večini primerov tuljava jeklenih cevi. Para se giblje znotraj cevi, na zunanji strani pa tuljavo sperejo vroči plini.

Če bi bil tlak v kotlu enak atmosferskemu tlaku, bi bilo treba vodo segreti na temperaturo 100 ° C; z nadaljnjo toploto bi začela hitro izhlapevati. Nastala nasičena para bi imela tudi temperaturo 100 ° C. Pri atmosferskem tlaku bo para pregreta, če je njena temperatura nad 100 ° C. Če je tlak v kotlu višji od atmosferskega, potem ima nasičena para temperaturo nad 100 ° C. Temperatura nasičenega Višji kot je tlak, večja je para. Trenutno se parni kotli s tlakom blizu atmosferskega sploh ne uporabljajo v energetiki. Veliko bolj donosno je uporabljati parne kotle, zasnovane za veliko višji tlak, približno 100 atmosfer ali več. Temperatura nasičene pare je 310 ° C ali več.

Iz pregrevalnika se pregreta vodna para po jeklenem cevovodu dovaja v toplotni stroj, najpogosteje -. V obstoječih parnih elektrarnah se drugi motorji skoraj nikoli ne uporabljajo. Pregreta vodna para, ki vstopa v toplotni stroj, vsebuje veliko zalogo toplotne energije, ki se sprosti kot posledica zgorevanja goriva. Naloga toplotnega stroja je pretvarjanje toplotne energije pare v mehansko energijo.

Tlak in temperatura pare na vstopu v parno turbino, običajno imenovana , sta bistveno višja od tlaka in temperature pare na izstopu iz turbine. Običajno imenujemo tlak in temperaturo pare na izstopu iz parne turbine, ki je enaka tlaku in temperaturi v kondenzatorju. Trenutno, kot že omenjeno, energetska industrija uporablja paro z zelo visokimi začetnimi parametri, s tlakom do 300 atmosfer in temperaturo do 600 ° C. Končni parametri so, nasprotno, izbrani nizki: tlak približno 0,04 atmosfere, to je 25-krat manj od atmosfere, temperatura pa je približno 30 ° C, to je blizu temperature okolja. Ko se para v turbini razširi, se zaradi znižanja tlaka in temperature pare količina toplotne energije, ki jo vsebuje, znatno zmanjša. Ker se proces širjenja pare zgodi zelo hitro, v tem zelo kratkem času ne pride do pomembnega prenosa toplote iz pare v okolje. Kam gre odvečna toplotna energija? Znano je, da po osnovnem zakonu narave - zakonu o ohranjanju in transformaciji energije - ni mogoče uničiti ali pridobiti "iz nič" nobene, tudi najmanjše količine energije. Energija se lahko premika samo iz ene vrste v drugo. Očitno gre v tem primeru prav za tovrstno transformacijo energije. Odvečna toplotna energija, ki jo je prej vsebovala para, se je spremenila v mehansko energijo in jo lahko uporabimo po lastni presoji.

Kako deluje parna turbina je opisano v članku o.

Tukaj bomo povedali le, da ima tok pare, ki vstopa v turbinske lopatice, zelo visoko hitrost, ki pogosto presega hitrost zvoka. Parni curek vrti disk parne turbine in gred, na kateri je disk nameščen. Turbinsko gred lahko priključimo na primer na električni stroj - generator. Naloga generatorja je pretvarjanje mehanske energije vrtenja gredi v električno energijo. Tako se kemična energija goriva v parni elektrarni pretvori v mehansko in nato v električno energijo, ki jo lahko shranimo v AC UPS.

Para, ki je opravila delo v motorju, vstopi v kondenzator. Skozi kondenzatorske cevi se neprekinjeno črpa hladilna voda, ki se običajno črpa iz naravnega vodnega telesa: reke, jezera, morja. Hladilna voda odvzema toploto pari, ki vstopa v kondenzator, zaradi česar para kondenzira, torej se spremeni v vodo. Voda, ki nastane kot posledica kondenzacije, se prečrpa v parni kotel, v katerem ponovno izhlapi in se celoten proces ponovno ponovi.

To je načeloma delovanje parne elektrarne termoelektrarne. Kot lahko vidite, para služi kot posrednik, tako imenovana delovna tekočina, s pomočjo katere se kemična energija goriva, pretvorjena v toplotno energijo, pretvori v mehansko.

Seveda ne smete misliti, da je zasnova sodobnega, močnega parnega kotla ali toplotnega stroja tako preprosta, kot je prikazano na zgornji sliki. Nasprotno, kotel in turbina, ki sta najpomembnejša elementa parne elektrarne, imata zelo zapleteno zgradbo.

Zdaj začnemo razlagati delo.

Po splošno sprejeti definiciji je termoelektrarne- to so elektrarne, ki proizvajajo električno energijo s pretvarjanjem kemične energije goriva v mehansko energijo vrtenja gredi elektrogeneratorja.

najprej TPP se je pojavila konec 19. stoletja v New Yorku (1882), leta 1883 pa je bila zgrajena prva termoelektrarna v Rusiji (Sankt Peterburg). Termoelektrarne so od svojega nastanka postale najbolj razširjene glede na vse večje potrebe po energiji ob nastopu tehnogene dobe. Do sredine 70. let prejšnjega stoletja je bilo delovanje termoelektrarn prevladujoč način pridobivanja električne energije. Na primer, v ZDA in ZSSR je bil delež termoelektrarn med vso prejeto električno energijo 80%, po vsem svetu pa približno 73-75%.

Zgornja definicija, čeprav obsežna, ni vedno jasna. Poskušali bomo z lastnimi besedami razložiti splošno načelo delovanja termoelektrarn katere koli vrste.

Proizvodnja električne energije v termoelektrarnah poteka skozi številne zaporedne stopnje, vendar je splošno načelo njegovega delovanja zelo preprosto. Najprej se gorivo zgori v posebni zgorevalni komori (parni kotel), pri čemer se sprosti velika količina toplote, ki vodo, ki kroži po posebnih cevnih sistemih, ki se nahajajo v kotlu, pretvori v paro. Stalno naraščajoči tlak pare vrti rotor turbine, ki prenaša vrtilno energijo na gred generatorja, posledično pa nastaja električni tok.

Sistem para/voda je zaprt. Para po prehodu skozi turbino kondenzira in se spremeni nazaj v vodo, ki dodatno gre skozi grelnik in ponovno vstopi v parni kotel.

Poznamo več vrst termoelektrarn. Trenutno med termoelektrarnami največ termoelektrarne s parnimi turbinami (TPES). V tovrstnih elektrarnah se toplotna energija zgorelega goriva uporablja v uparjalniku, kjer se doseže zelo visok tlak vodne pare, ki poganja rotor turbine in s tem generator. Takšne termoelektrarne kot gorivo uporabljajo kurilno olje ali dizel, pa tudi zemeljski plin, premog, šoto, skrilavce, z drugimi besedami, vse vrste goriv. Učinkovitost TPES je približno 40%, njihova moč pa lahko doseže 3-6 GW.

GRES (državna elektrarna)- dokaj znano in znano ime. To ni nič drugega kot termoelektrarna s parno turbino, opremljena s posebnimi kondenzacijskimi turbinami, ki ne izkoriščajo energije izpušnih plinov in je ne pretvarjajo v toploto, na primer za ogrevanje stavb. Takšne elektrarne imenujemo tudi kondenzacijske elektrarne.

V istem primeru, če TPES opremljene s posebnimi grelnimi turbinami, ki pretvarjajo sekundarno energijo odpadne pare v toplotno energijo, ki se uporablja za potrebe komunalnih ali industrijskih storitev, potem so to elektrarne za soproizvodnjo toplote in električne energije ali soproizvodnje toplote in električne energije. Na primer, v ZSSR so državne elektrarne predstavljale približno 65% električne energije, proizvedene v elektrarnah s parnimi turbinami, in v skladu s tem 35% - v termoelektrarnah.

Obstajajo tudi druge vrste termoelektrarn. V elektrarnah s plinsko turbino ali GTPP generator vrti plinska turbina. Kot gorivo v tovrstnih termoelektrarnah se uporablja zemeljski plin ali tekoče gorivo (dizel, kurilno olje). Izkoristek takšnih elektrarn pa ni zelo visok, okoli 27-29%, zato se uporabljajo predvsem kot rezervni viri električne energije za pokrivanje koničnih obremenitev električnega omrežja ali za oskrbo manjših naselij z električno energijo.

Termoelektrarne s parno in plinsko turbinsko enoto (SGPP). To so elektrarne kombiniranega tipa. Opremljeni so z mehanizmi parne turbine in plinske turbine, njihova učinkovitost pa doseže 41-44%. Te elektrarne omogočajo tudi pridobivanje toplote in njeno pretvorbo v toplotno energijo za ogrevanje stavb.

Glavna pomanjkljivost vseh termoelektrarn je vrsta uporabljenega goriva. Vse vrste goriv, ​​ki se uporabljajo v termoelektrarnah, so nenadomestljive naravne dobrine, ki jih počasi, a vztrajno zmanjkuje. Zato se trenutno poleg uporabe jedrskih elektrarn razvija mehanizem za pridobivanje električne energije iz obnovljivih ali drugih alternativnih virov energije.