Värme kraft verk. Värmeverk (CHP) Termisk kraftverkskraft

För att få gasen att brinna bättre är pannorna utrustade med dragmekanismer. Luft tillförs pannan, som fungerar som oxidationsmedel vid gasförbränning. För att minska ljudnivåerna är mekanismerna utrustade med ljuddämpare. De rökgaser som genereras vid bränsleförbränning släpps ut i skorstenen och sprids ut i atmosfären.

Den heta gasen rusar genom rökkanalen och värmer vattnet som passerar genom speciella pannrör. Vid upphettning förvandlas vatten till överhettad ånga, som kommer in i ångturbinen. Ångan kommer in i turbinen och börjar rotera turbinbladen, som är anslutna till generatorrotorn. Ångenergi omvandlas till mekanisk energi. I generatorn omvandlas mekanisk energi till elektrisk energi, rotorn fortsätter att rotera, vilket skapar en elektrisk växelström i statorlindningarna.

Genom en step-up transformator och en step-down transformatorstation levereras el till konsumenterna via kraftledningar. Ångan som släpps ut i turbinen skickas till kondensorn, där den förvandlas till vatten och återgår till pannan. Vid ett värmekraftverk rör sig vatten i en cirkel. Kyltorn är designade för att kyla vatten. Kraftvärmeverk använder kyltorn med fläkt och torn. Vattnet i kyltorn kyls av atmosfärisk luft. Som ett resultat frigörs ånga, som vi ser ovanför kyltornet i form av moln. Vattnet i kyltornen stiger under tryck och faller som ett vattenfall in i den främre kammaren, varifrån det rinner tillbaka till värmekraftverket. För att minska medryckningen av droppar är kyltorn utrustade med vattenlås.

Vattenförsörjning tillhandahålls från Moskvafloden. I den kemiska vattenreningsbyggnaden renas vattnet från mekaniska föroreningar och tillförs grupper av filter. I vissa är det beredd till nivån av renat vatten för att mata värmenätet, i andra - till nivån av avmineraliserat vatten och används för att mata kraftenheter.

Kretsloppet som används för varmvattenförsörjning och fjärrvärme är också stängt. En del av ångan från ångturbinen skickas till varmvattenberedare. Därefter skickas varmvattnet till värmepunkter, där värmeväxling sker med vatten som kommer från husen.

Högt kvalificerade Mosenergo-specialister stödjer produktionsprocessen dygnet runt och förser den enorma metropolen med el och värme.

Hur fungerar en kombikraftenhet?

Vad är det och vilka är driftprinciperna för värmekraftverk? Den allmänna definitionen av sådana objekt låter ungefär som följer - det här är kraftverk som bearbetar naturlig energi till elektrisk energi. Bränsle av naturligt ursprung används också för dessa ändamål.

Funktionsprincipen för värmekraftverk. Kort beskrivning

Idag är det just vid sådana anläggningar som förbränningen är mest utbredd som frigör värmeenergi. Uppgiften för värmekraftverk är att använda denna energi för att producera elektrisk energi.

Driftsprincipen för värmekraftverk är inte bara generering utan också produktion av värmeenergi, som även levereras till konsumenterna i form av exempelvis varmvatten. Dessutom genererar dessa energianläggningar cirka 76 % av all el. Denna utbredda användning beror på att tillgången på fossila bränslen för driften av stationen är ganska hög. Det andra skälet var att transport av bränsle från utvinningsplatsen till själva stationen är en ganska enkel och strömlinjeformad operation. Funktionsprincipen för värmekraftverk är utformad på ett sådant sätt att det är möjligt att använda spillvärmen från arbetsvätskan för dess sekundära tillförsel till konsumenten.

Separation av stationer efter typ

Det är värt att notera att termiska stationer kan delas in i typer beroende på vilken typ av värme de producerar. Om principen för driften av ett värmekraftverk bara är att producera elektrisk energi (det vill säga att det inte levererar värmeenergi till konsumenten), så kallas det kondenskraftverk (CES).

Anläggningar avsedda för produktion av elektrisk energi, för tillförsel av ånga, samt försörjning av varmvatten till konsumenten, har ångturbiner istället för kondenserande turbiner. Även i sådana element i stationen finns en mellanliggande ångextraktion eller en mottrycksanordning. Den största fördelen och funktionsprincipen med denna typ av värmekraftverk (CHP) är att spillånga också används som värmekälla och levereras till konsumenterna. Detta minskar värmeförlusten och mängden kylvatten.

Grundläggande driftprinciper för värmekraftverk

Innan vi går vidare till att överväga själva driftprincipen är det nödvändigt att förstå vilken typ av station vi pratar om. Standardutformningen av sådana anläggningar inkluderar ett system som mellanliggande överhettning av ånga. Det är nödvändigt eftersom den termiska effektiviteten för en krets med mellanliggande överhettning kommer att vara högre än i ett system utan det. Med enkla ord kommer driftsprincipen för ett värmekraftverk med ett sådant schema att vara mycket effektivare med samma initiala och slutliga specificerade parametrar än utan det. Av allt detta kan vi dra slutsatsen att grunden för stationens drift är organiskt bränsle och uppvärmd luft.

Arbetsschema

Driftsprincipen för värmekraftverket är konstruerad enligt följande. Bränslematerialet, såväl som oxidationsmedlet, vars roll oftast spelas av uppvärmd luft, matas i ett kontinuerligt flöde in i pannugnen. Ämnen som kol, olja, eldningsolja, gas, skiffer och torv kan fungera som bränsle. Om vi ​​pratar om det vanligaste bränslet på Ryska federationens territorium är det koldamm. Vidare är driftprincipen för värmekraftverk konstruerad på ett sådant sätt att värmen som genereras av förbränning av bränsle värmer vattnet i ångpannan. Som ett resultat av uppvärmning omvandlas vätskan till mättad ånga, som kommer in i ångturbinen genom ångutloppet. Huvudsyftet med denna enhet vid stationen är att omvandla energin från den inkommande ångan till mekanisk energi.

Alla element i turbinen som kan röra sig är nära anslutna till axeln, vilket resulterar i att de roterar som en enda mekanism. För att få axeln att rotera överför en ångturbin den kinetiska energin av ånga till rotorn.

Mekanisk del av stationen

Utformningen och principen för driften av ett termiskt kraftverk i dess mekaniska del är förknippat med rotorns drift. Ångan som kommer från turbinen har mycket högt tryck och temperatur. På grund av detta skapas hög intern energi av ånga, som strömmar från pannan in i turbinmunstyckena. Ångstrålar, som passerar genom munstycket i ett kontinuerligt flöde, med hög hastighet, som ofta är till och med högre än ljudhastigheten, verkar på turbinbladen. Dessa element är styvt fästa på skivan, som i sin tur är nära ansluten till axeln. Vid denna tidpunkt omvandlas ångans mekaniska energi till rotorturbinernas mekaniska energi. Om vi ​​pratar mer exakt om principen för drift av termiska kraftverk, så påverkar den mekaniska påverkan turbogeneratorns rotor. Detta beror på det faktum att axeln på en konventionell rötor och generator är tätt kopplade till varandra. Och så finns det en ganska välkänd, enkel och begriplig process att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi i en anordning som en generator.

Ångrörelse efter rotorn

Efter att vattenångan passerar turbinen sjunker dess tryck och temperatur avsevärt, och den kommer in i nästa del av stationen - kondensorn. Inuti detta element omvandlas ångan tillbaka till vätska. För att utföra denna uppgift finns det kylvatten inuti kondensorn, som tillförs dit genom rör som löper inuti enhetens väggar. Efter att ångan omvandlats tillbaka till vatten, pumpas den ut av en kondensatpump och går in i nästa fack - avluftaren. Det är också viktigt att notera att det pumpade vattnet passerar genom regenerativa värmare.

Avluftarens huvuduppgift är att avlägsna gaser från det inkommande vattnet. Samtidigt med rengöringen värms vätskan upp på samma sätt som i regenerativa värmare. För detta ändamål används värmen från ångan, som tas från det som går in i turbinen. Huvudsyftet med avluftningsoperationen är att minska syre- och koldioxidhalten i vätskan till acceptabla värden. Detta hjälper till att minska korrosionshastigheten på de vägar genom vilka vatten och ånga tillförs.

Kolstationer

Det finns ett stort beroende av driftprincipen för värmekraftverk av typen av bränsle som används. Ur teknisk synvinkel är kol det svåraste ämnet att implementera. Trots detta är råvaror den huvudsakliga kraftkällan vid sådana anläggningar, vars antal är cirka 30 % av den totala andelen stationer. Dessutom är det planerat att öka antalet sådana objekt. Det är också värt att notera att antalet funktionella fack som krävs för driften av stationen är mycket större än för andra typer.

Hur drivs värmekraftverk med kolbränsle?

För att stationen ska fungera kontinuerligt förs ständigt in kol längs järnvägsspåren, som lossas med hjälp av speciella lossningsanordningar. Sedan finns det element som till exempel genom vilka lossat kol tillförs lagret. Därefter kommer bränslet in i krossverket. Vid behov är det möjligt att kringgå processen att leverera kol till lagret och överföra det direkt till krossarna från lossningsanordningar. Efter att ha passerat detta stadium kommer de krossade råvarorna in i råkolsbunkern. Nästa steg är att tillföra materialet genom matare till de pulveriserade kolbruken. Därefter matas koldammet, med hjälp av en pneumatisk transportmetod, in i koldammsbunkern. Längs denna väg går ämnet förbi element som en separator och en cyklon, och från magasinet rinner det redan genom matarna direkt till brännarna. Luften som passerar genom cyklonen sugs in av kvarnens fläkt och matas sedan in i pannans förbränningskammare.

Vidare ser gasrörelsen ungefär ut som följer. Det flyktiga ämnet som bildas i förbränningspannans kammare passerar sekventiellt genom sådana anordningar som gaskanalerna i pannanläggningen, sedan, om ett ånguppvärmningssystem används, tillförs gasen till den primära och sekundära överhettaren. I detta fack, såväl som i vattenekonomisatorn, avger gasen sin värme för att värma upp arbetsvätskan. Därefter installeras ett element som kallas en luftöverhettare. Här används gasens termiska energi för att värma den inkommande luften. Efter att ha passerat genom alla dessa element passerar det flyktiga ämnet in i askuppsamlaren, där det rengörs från aska. Efter detta drar rökpumpar ut gasen och släpper ut den i atmosfären med hjälp av ett gasrör.

Värmekraftverk och kärnkraftverk

Ganska ofta uppstår frågan om vad som är gemensamt mellan värmekraftverk och om det finns likheter i driftprinciperna för värmekraftverk och kärnkraftverk.

Om vi ​​pratar om deras likheter finns det flera av dem. För det första är de båda byggda på ett sådant sätt att de för sitt arbete använder en naturresurs som är fossil och utsöndrad. Dessutom kan det noteras att båda objekten syftar till att generera inte bara elektrisk energi utan också termisk energi. Likheterna i driftprinciper ligger också i det faktum att värmekraftverk och kärnkraftverk har turbiner och ånggeneratorer inblandade i driftprocessen. Vidare finns det bara några skillnader. Dessa inkluderar till exempel det faktum att kostnaderna för konstruktion och el som erhålls från värmekraftverk är mycket lägre än från kärnkraftverk. Men å andra sidan förorenar inte kärnkraftverk atmosfären så länge avfallet omhändertas på rätt sätt och inga olyckor inträffar. Medan värmekraftverk, på grund av sin funktionsprincip, ständigt släpper ut skadliga ämnen i atmosfären.

Här ligger den största skillnaden i driften av kärnkraftverk och värmekraftverk. Om i termiska anläggningar värmeenergin från bränsleförbränning oftast överförs till vatten eller omvandlas till ånga, tas energin vid kärnkraftverk från klyvningen av uranatomer. Den resulterande energin används för att värma en mängd olika ämnen och vatten används här ganska sällan. Dessutom finns alla ämnen i slutna, slutna kretsar.

Fjärrvärme

Vid vissa värmekraftverk kan deras design innefatta ett system som hanterar uppvärmning av själva kraftverket, samt den intilliggande byn, om det finns ett sådant. Till nätverksvärmarna i denna installation tas ånga från turbinen, och det finns också en speciell linje för borttagning av kondensat. Vatten tillförs och släpps ut genom ett speciellt rörledningssystem. Den elektriska energin som kommer att genereras på detta sätt tas bort från den elektriska generatorn och överförs till konsumenten, passerar genom step-up transformatorer.

Grundläggande utrustning

Om vi ​​talar om huvudelementen som drivs vid termiska kraftverk, är dessa pannhus, såväl som turbinenheter parade med en elektrisk generator och en kondensator. Huvudskillnaden mellan huvudutrustningen och tilläggsutrustningen är att den har standardparametrar när det gäller dess effekt, produktivitet, ångparametrar, såväl som spänning och ström, etc. Det kan också noteras att typen och antalet huvudelement väljs beroende på hur mycket effekt som behöver erhållas från ett värmekraftverk, samt dess driftläge. En animering av driftprincipen för värmekraftverk kan hjälpa till att förstå denna fråga mer i detalj.

Den huvudsakliga typen av kraftverk i Ryssland är värmekraftverk (CHP). Dessa installationer genererar cirka 67 % av Rysslands el. Deras placering påverkas av bränsle- och konsumentfaktorer. De kraftfullaste kraftverken finns på platser där bränsle produceras. Värmekraftverk som använder transportabelt bränsle med högt kaloriinnehåll riktar sig till konsumenter.

Termiska kraftverk använder allmänt tillgängliga bränsleresurser, är relativt fritt placerade och kan generera el utan säsongsmässiga fluktuationer. Deras konstruktion utförs snabbt och medför mindre arbets- och materialkostnader. Men TPP har betydande nackdelar. De använder icke-förnybara resurser, har låg effektivitet (30-35%) och har en extremt negativ inverkan på miljön. Värmekraftverk runt om i världen släpper årligen ut 200-250 miljoner ton aska och cirka 60 miljoner ton svaveldioxid 6 i atmosfären och absorberar även enorma mängder syre. Det har konstaterats att kol i mikrodoser nästan alltid innehåller U 238, Th 232 och en radioaktiv kolisotop. De flesta värmekraftverk i Ryssland är inte utrustade med effektiva system för rening av rökgaser från svavel- och kväveoxider. Även om anläggningar som drivs på naturgas är mycket renare för miljön än kol-, skiffer- och eldningsoljeanläggningar, skadar installationen av gasledningar (särskilt i de norra regionerna) miljön.

Termiskt kraftverkär ett komplex av utrustning och enheter som omvandlar bränsleenergi till elektrisk och (i allmänhet) termisk energi.

Termiska kraftverk kännetecknas av stor mångfald och kan klassificeras efter olika kriterier.

1. Beroende på syfte och typ av tillförd energi delas kraftverk in i regionala och industriella.

Distriktskraftverk är oberoende offentliga kraftverk som betjänar alla typer av konsumenter i regionen (industriföretag, transporter, befolkning, etc.). Distriktskondenskraftverk, som huvudsakligen genererar el, behåller ofta sitt historiska namn – GRES (state district power plants). Distriktskraftverk som producerar elektrisk och termisk energi (i form av ånga eller varmvatten) kallas kraftvärmeverk (CHP). Kraftvärmeverk är anläggningar för kombinerad produktion av el och värme. Deras effektivitet når 70% mot 30-35% för IES. Kraftvärmeverk är knutna till konsumenter, eftersom Radien för värmeöverföring (ånga, varmvatten) är 15-20 km. Den maximala effekten för ett kraftvärmeverk är mindre än för ett kraftvärmeverk.

I regel har statliga distriktskraftverk och distriktsvärmeverk en kapacitet på mer än 1 miljon kW.

Industriella kraftverk är kraftverk som levererar termisk och elektrisk energi till specifika produktionsföretag eller deras komplex, till exempel en kemisk produktionsanläggning. Industriella kraftverk är en del av de industriföretag de betjänar. Deras kapacitet bestäms av industriföretagens behov av termisk och elektrisk energi och som regel är den betydligt mindre än distriktets värmekraftverk. Ofta arbetar industriella kraftverk på det allmänna elnätet, men är inte underordnade kraftsystemets avsändare. Endast distriktskraftverk beaktas nedan.

2. Utifrån vilken typ av bränsle som används delas värmekraftverk in i kraftverk som drivs med organiskt bränsle och kärnbränsle.

Termiska kraftverk som drivs på fossila bränslen kallas kondenskraftverk (CPS). Kärnbränsle används i kärnkraftverk (NPP). Det är i denna mening som denna term kommer att användas nedan, även om värmekraftverk, kärnkraftverk, gasturbinkraftverk (GTPP) och kombinerade kraftverk (CGPP) också är termiska kraftverk som arbetar enligt principen att konvertera värme. energi till elektrisk energi.

Den primära rollen bland termiska installationer spelas av kondenskraftverk (CPS). De dras mot både bränslekällor och konsumenter och är därför mycket utbredda. Ju större IES desto längre kan den överföra el, d.v.s. När effekten ökar ökar inverkan av bränslet och energifaktorn.

Gasformiga, flytande och fasta bränslen används som organiskt bränsle för värmekraftverk. Fokus på bränslebaser sker i närvaro av billiga och icke-transportabla bränsleresurser (brunkol i Kansk-Achinsk-bassängen) eller i fallet med kraftverk som använder torv, skiffer och eldningsolja (sådana CPP är vanligtvis förknippade med oljeraffineringscentra ). De flesta värmekraftverk i Ryssland, särskilt i den europeiska delen, förbrukar naturgas som huvudbränsle och eldningsolja som reservbränsle, och använder det senare, på grund av dess höga kostnad, endast i extrema fall; Sådana värmekraftverk kallas gasoljekraftverk. I många regioner, främst i den asiatiska delen av Ryssland, är det huvudsakliga bränslet termiskt kol - lågkalorikol eller högkalorikolavfall (antracitkol - AS). Eftersom sådana kol före förbränning mals i speciella kvarnar till ett dammigt tillstånd, kallas sådana värmekraftverk pulveriserat kol.

3. Baserat på typen av värmekraftverk som används vid värmekraftverk för att omvandla värmeenergi till mekanisk rotationsenergi för turbinenheters rotorer, särskiljs ångturbin-, gasturbin- och kraftverk med kombinerad cykel.

Grunden för ångturbinkraftverk är ångturbinenheter (STU), som använder den mest komplexa, kraftfullaste och extremt avancerade energimaskinen - en ångturbin - för att omvandla termisk energi till mekanisk energi. PTU är huvudelementet i värmekraftverk, kraftvärmeverk och kärnkraftverk.

Termiska kraftverk för gasturbiner (GTPP)är utrustade med gasturbinenheter (GTU) som drivs på gasformigt eller, i extrema fall, flytande (diesel) bränsle. Eftersom temperaturen på gaserna bakom gasturbinanläggningen är ganska hög kan de användas för att leverera termisk energi till externa förbrukare. Sådana kraftverk kallas GTU-CHP. För närvarande finns det i Ryssland ett gasturbinkraftverk (GRES-3 uppkallat efter Klasson, Elektrogorsk, Moskva-regionen) med en kapacitet på 600 MW och en kraftvärmeanläggning för gasturbin (i staden Elektrostal, Moskva-regionen).

Kombinerade värmekraftverkär utrustade med kombinerade gasturbinenheter (CCGT), som är en kombination av gasturbinenheter och ångturbinenheter, vilket möjliggör hög effektivitet. CCGT-CHP-anläggningar kan utformas som kondensanläggningar (CCP-CHP) och med termisk energiförsörjning (CCP-CHP). I Ryssland finns det bara en drift CCGT-CHP (PGU-450T) med en kapacitet på 450 MW. Nevinnomyssk State District Power Plant driver en PGU-170 kraftenhet med en kapacitet på 170 MW, och vid South Thermal Power Plant i St. Petersburg finns en PGU-300 kraftenhet med en kapacitet på 300 MW.

4. Enligt det tekniska schemat för ångledningar är termiska kraftverk uppdelade i blockvärmekraftverk och termiska kraftverk med korskopplingar.

Modulära värmekraftverk består av separata, vanligtvis av samma typ, kraftverk - kraftenheter. I kraftenheten levererar varje panna endast ånga till sin turbin, från vilken den återgår efter kondensering endast till sin panna. Alla kraftfulla statliga distriktskraftverk och värmekraftverk, som har den så kallade mellanöverhettningen av ånga, är byggda enligt blockschemat. Driften av pannor och turbiner vid termiska kraftverk med korskopplingar säkerställs på olika sätt: alla pannor i värmekraftverket levererar ånga till en gemensam ångledning (kollektor) och alla ångturbiner i värmekraftverket drivs från den. Enligt detta schema byggs CES utan mellanliggande överhettning och nästan alla kraftvärmeverk med subkritiska initiala ångparametrar.

5. Baserat på nivån på initialtrycket särskiljs termiska kraftverk med subkritiskt tryck och superkritiskt tryck (SCP).

Det kritiska trycket är 22,1 MPa (225,6 at). I den ryska värme- och kraftindustrin är de initiala parametrarna standardiserade: värmekraftverk och kraftvärmeverk byggs för ett underkritiskt tryck på 8,8 och 12,8 MPa (90 och 130 atm) och för SKD - 23,5 MPa (240 atm) . TPP med superkritiska parametrar, av tekniska skäl, utförs med mellanliggande överhettning och enligt ett blockschema. Ofta byggs värmekraftverk eller kraftvärmeverk i flera steg - i köer, vars parametrar förbättras med idrifttagandet av varje ny fas.

Låt oss betrakta ett typiskt kondenserande värmekraftverk som drivs på organiskt bränsle (Fig. 3.1).

Ris. 3.1. Termisk balans av gas-olja och

pulveriserat kol (siffror inom parentes) värmekraftverk

Bränsle tillförs pannan och för att bränna den tillförs här ett oxidationsmedel - luft som innehåller syre. Luft tas från atmosfären. Beroende på förbränningens sammansättning och värme kräver fullständig förbränning av 1 kg bränsle 10–15 kg luft och luft är därför också en naturlig "råvara" för produktion av el, för att leverera den till förbränningen zon är det nödvändigt att ha kraftfulla högpresterande kompressorer. Som ett resultat av den kemiska förbränningsreaktionen, där kol C i bränslet omvandlas till oxider CO 2 och CO, väte H 2 till vattenånga H 2 O, svavel S till oxiderna SO 2 och SO 3, etc., bränsleförbränning produkter bildas – en blandning av olika högtemperaturgaser. Det är den termiska energin från bränsleförbränningsprodukter som är källan till el som genereras av värmekraftverk.

Därefter, inuti pannan, överförs värme från rökgaserna till vattnet som rör sig inuti rören. Tyvärr kan inte all värmeenergi som frigörs till följd av bränsleförbränning överföras till vatten av tekniska och ekonomiska skäl. Bränsleförbränningsprodukterna (rökgaserna), kylda till en temperatur på 130–160 °C, lämnar värmekraftverket genom skorstenen. Den del av värmen som förs bort av rökgaserna, beroende på vilken typ av bränsle som används, driftsätt och driftkvalitet, är 5–15 %.

En del av den termiska energin som finns kvar inuti pannan och överförs till vattnet säkerställer bildandet av ånga med höga initiala parametrar. Denna ånga skickas till en ångturbin. Vid turbinens utlopp upprätthålls ett djupt vakuum med hjälp av en anordning som kallas kondensor: trycket bakom ångturbinen är 3–8 kPa (kom ihåg att atmosfärstrycket är på nivån 100 kPa). Därför flyttar ånga, som kommer in i turbinen med högt tryck, till kondensorn, där trycket är lågt, och expanderar. Det är expansionen av ånga som säkerställer omvandlingen av dess potentiella energi till mekaniskt arbete. En ångturbin är konstruerad på ett sådant sätt att ångans expansionsenergi omvandlas till rotation av dess rotor. Turbinrotorn är ansluten till rotorn på en elektrisk generator, i vars statorlindningar genereras elektrisk energi, vilket är den slutliga användbara produkten (bra) av driften av det termiska kraftverket.

Kondensorn, som inte bara ger lågt tryck bakom turbinen utan också får ångan att kondensera (förvandlas till vatten), kräver stora mängder kallvatten för att fungera. Detta är den tredje typen av "råvara" som levereras till värmekraftverk, och för driften av värmekraftverk är det inte mindre viktigt än bränsle. Därför byggs termiska kraftverk antingen nära befintliga naturliga vattenkällor (flod, hav), eller så byggs konstgjorda källor (kyldamm, luftkyltorn, etc.).

Den huvudsakliga värmeförlusten i termiska kraftverk uppstår på grund av överföringen av kondensationsvärme till kylvatten, som sedan släpper ut den till miljön. Mer än 50 % av värmen som tillförs värmekraftverket med bränsle går förlorad med värmen från kylvattnet. Dessutom är resultatet termisk förorening av miljön.

En del av bränslets termiska energi förbrukas inuti värmekraftverket antingen i form av värme (till exempel för att värma eldningsolja som tillförs värmekraftverket i tjock form i järnvägstankar) eller i form av elektricitet ( till exempel för att driva elmotorer för pumpar för olika ändamål). Denna del av förlusterna kallas för egna behov.

För normal drift av termiska kraftverk krävs, förutom "råvaror" (bränsle, kylvatten, luft), många andra material: olja för drift av smörjsystem, reglering och skydd av turbiner, reagenser (hartser) för rengöring av arbetsvätskan, många reparationsmaterial.

Slutligen servas kraftfulla värmekraftverk av ett stort antal personal som tillhandahåller löpande drift, utrustningsunderhåll, analys av tekniska och ekonomiska indikatorer, leverans, ledning m.m. Ungefärligt kan vi anta att 1 MW installerad kapacitet kräver 1 person och därför är personalen på ett kraftfullt värmekraftverk flera tusen personer. Varje kraftverk med kondenserande ångturbin inkluderar fyra obligatoriska element:

· en energipanna, eller helt enkelt en panna, till vilken matarvatten tillförs under högt tryck, bränsle och atmosfärisk luft för förbränning. Förbränningsprocessen sker i pannugnen - bränslets kemiska energi omvandlas till värme- och strålningsenergi. Matarvatten rinner genom ett rörsystem som är placerat inuti pannan. Det brinnande bränslet är en kraftfull värmekälla som överförs till matarvattnet. Den senare upphettas till kokpunkten och avdunstar. Den resulterande ångan i samma panna överhettas över kokpunkten. Denna ånga med en temperatur på 540°C och ett tryck på 13–24 MPa tillförs en ångturbin genom en eller flera rörledningar;

· en turbinenhet bestående av en ångturbin, en elektrisk generator och en exciter. En ångturbin, i vilken ånga expanderas till ett mycket lågt tryck (cirka 20 gånger mindre än atmosfärstryck), omvandlar den potentiella energin hos komprimerad och uppvärmd ånga till kinetisk rotationsenergi för turbinrotorn. Turbinen driver en elektrisk generator, som omvandlar den kinetiska rotationsenergin hos generatorrotorn till elektrisk ström. En elektrisk generator består av en stator, i vars elektriska lindningar en ström alstras, och en rötor, som är en roterande elektromagnet som drivs av en exciter;

· Kondensorn tjänar till att kondensera ångan som kommer från turbinen och skapa ett djupt vakuum. Detta gör det möjligt att mycket avsevärt minska energiförbrukningen för den efterföljande komprimeringen av det resulterande vattnet och samtidigt öka effektiviteten av ånga, d.v.s. få mer kraft från ångan som genereras av pannan;

· matarpump för att tillföra matarvatten till pannan och skapa högt tryck framför turbinen.

I PTU:n sker således en kontinuerlig cykel för att omvandla den kemiska energin från bränt bränsle till elektrisk energi över arbetsvätskan.

Förutom de listade elementen innehåller en riktig STP dessutom ett stort antal pumpar, värmeväxlare och andra enheter som är nödvändiga för att öka dess effektivitet. Den tekniska processen för att producera el vid ett gaseldat värmekraftverk visas i fig. 3.2.

Huvudelementen i kraftverket som övervägs (Fig. 3.2) är en pannanläggning som producerar ånga med höga parametrar; en turbin eller ångturbinenhet som omvandlar ångvärmen till mekanisk rotationsenergi för turbinrotorn, och elektriska anordningar (elektrisk generator, transformator, etc.) som tillhandahåller elproduktion.

Huvudelementet i en panninstallation är pannan. Gas för panndrift tillförs från en gasdistributionsstation ansluten till huvudgasledningen (visas inte i figuren) till gasdistributionspunkten (BNP) 1. Här reduceras dess tryck till flera atmosfärer och den tillförs brännarna 2 placerade i botten av pannan (sådana brännare kallas härdbrännare).

Ris. 3.2. Teknologisk process för elproduktion vid gaseldade värmekraftverk

Själva pannan är en U-formad struktur med gaskanaler med rektangulärt tvärsnitt. Dess vänstra del kallas eldstaden. Insidan av eldstaden är fri, och bränsle, i detta fall gas, brinner i den. För att göra detta tillför en speciell fläkt 28 kontinuerligt varmluft till brännarna, uppvärmd i luftvärmaren 25. I fig. Figur 3.2 visar en så kallad roterande luftvärmare, vars värmelagrande packning värms upp av avgaserna under första halvan av varvet och under andra halvan av varvet värmer den luften som kommer från atmosfären. För att öka lufttemperaturen används recirkulation: en del av rökgaserna som lämnar pannan används av en speciell recirkulationsfläkt 29 tillförs huvudluften och blandas med den. Varmluft blandas med gas och matas genom pannans brännare in i dess eldstad - kammaren där bränslet brinner. När den bränns bildas en fackla, som är en kraftfull källa till strålningsenergi. Sålunda, när bränsle brinner, omvandlas dess kemiska energi till värme- och strålningsenergi från facklan.

Ugnens väggar är klädda med skärmar 19 - rör till vilka matarvatten tillförs från economizer 24. Diagrammet visar en så kallad direktflödespanna, i vars skärmar matarvatten passerar genom pannans rörsystem endast en gång 10 värms upp och indunstas och omvandlas till torr mättad ånga. Trumpannor används i stor utsträckning, i vilkas skärmar matarvatten upprepade gånger cirkuleras och ånga separeras från pannvattnet i trumman.

Utrymmet bakom pannans eldstad är ganska tätt fyllt med rör, inuti vilka ånga eller vatten rör sig. Från utsidan spolas dessa rör av heta rökgaser, som gradvis svalnar när de rör sig mot skorstenen 26.

Torr mättad ånga kommer in i huvudöverhettaren, bestående av tak 20, skärm 21 och konvektiv 22 element. I huvudöverhettaren ökar dess temperatur och därmed potentiell energi. Den höga parameterångan som erhålls vid utloppet av den konvektiva överhettaren lämnar pannan och kommer in i ångturbinen genom en ångledning.

En kraftfull ångturbin består vanligtvis av flera separata turbiner - cylindrar.

17 ånga tillförs den första cylindern - högtryckscylindern (HPC) direkt från pannan, och därför har den höga parametrar (för SKD-turbiner - 23,5 MPa, 540 °C, dvs. 240 vid/540 °C). Vid utgången från HPC är ångtrycket 3–3,5 MPa (30–35 at), och temperaturen är 300–340 °C. Om ångan fortsatte att expandera i turbinen bortom dessa parametrar till trycket i kondensorn, skulle den bli så blöt att långtidsdrift av turbinen skulle vara omöjlig på grund av erosivt slitage på dess delar i den sista cylindern. Därför, från HPC, återgår relativt kall ånga tillbaka till pannan till den så kallade mellanöverhettaren 23. I den kommer ångan igen under påverkan av pannans heta gaser, dess temperatur stiger till den ursprungliga (540) °C). Den resulterande ångan skickas till mellantryckscylindern (MPC) 16. Efter expansion i MPC till ett tryck på 0,2–0,3 MPa (2–3 at) kommer ångan in i en eller flera identiska lågtryckscylindrar (LPC) 15.

Sålunda, expanderande i turbinen, roterar ångan sin rötor, ansluten till rotorn på den elektriska generatorn 14, i vars statorlindningar en elektrisk ström genereras. Transformatorn ökar sin spänning för att minska förlusterna i kraftledningar, överför en del av den genererade energin för att driva värmekraftverkets egna behov och släpper ut resten av elen till kraftsystemet.

Både pannan och turbinen kan endast arbeta med matarvatten och ånga av mycket hög kvalitet, vilket endast tillåter försumbara föroreningar av andra ämnen. Dessutom är förbrukningen av ånga enorm (till exempel i en kraftenhet på 1200 MW förångas mer än 1 ton vatten, passerar genom turbinen och kondenserar på 1 sekund). Därför är normal drift av kraftenheten endast möjlig genom att skapa en sluten cirkulationscykel av arbetsvätskan med hög renhet.

Ångan som lämnar turbinens LPC kommer in i kondensorn 12 - en värmeväxlare, genom vars rör kylvatten kontinuerligt strömmar, tillförd av cirkulationspumpen 9 från en flod, reservoar eller speciell kylanordning (kyltorn).

Ett kyltorn är ett ihåligt avgastorn i armerad betong (Fig. 3.3) upp till 150 m högt och en utloppsdiameter på 40–70 m, vilket skapar gravitation för luft som kommer in underifrån genom luftledarpaneler.

En bevattningsanordning (sprinkler) installeras inuti kyltornet på en höjd av 10–20 m. Luften som rör sig uppåt gör att några av dropparna (cirka 1,5–2%) avdunstar, vilket kyler vattnet som kommer från kondensorn och värms upp i den. Det kylda vattnet samlas under i poolen, strömmar in i den främre kammaren 10, och därifrån tillförs det kondensorn 12 av cirkulationspumpen 9 (fig. 3.2).

Tillsammans med cirkulerande vatten används direktflödesvattenförsörjning, där kylvatten kommer in i kondensorn från floden och släpps ut i den nedströms. Ångan som kommer från turbinen in i kondensorns ringform kondenseras och strömmar ner; Det resulterande kondensatet tillförs av en kondensatpump 6 genom en grupp regenerativa lågtrycksvärmare (LPH) 3 till avluftaren 8. I LPH ökar kondensatets temperatur på grund av kondensationsvärmet från ångan som tas från ångan. turbin. Detta gör det möjligt att minska bränsleförbrukningen i pannan och öka kraftverkets effektivitet. I avluftare 8 sker avluftning - avlägsnande från kondensatet av gaser lösta i den som stör pannans drift. Samtidigt är avluftningstanken en behållare för pannans matarvatten.

Från avluftaren tillförs matarvatten till en grupp högtrycksvärmare (HPH) av en matarpump 7 som drivs av en elmotor eller en speciell ångturbin.

Regenerativ uppvärmning av kondensat i HDPE och HDPE är det främsta och mycket lönsamma sättet att öka effektiviteten i värmekraftverk. Ångan, som expanderade i turbinen från inloppet till extraktionsrörledningen, genererade en viss effekt och när den kom in i den regenerativa värmaren överförde den dess kondensationsvärme till matarvattnet (och inte kylvattnet!), ökade dess temperatur och därmed sparar bränsleförbrukning i pannan. Temperaturen på pannans matarvatten bakom HPH, dvs. innan den går in i pannan, är 240–280°C, beroende på initialparametrarna. Detta stänger den tekniska ång-vatten-cykeln för att omvandla bränslets kemiska energi till den mekaniska rotationsenergin för turbinrotorn.

Syftet med värmekraftverket består av att omvandla bränslets kemiska energi till elektrisk energi. Eftersom det visar sig vara praktiskt taget omöjligt att utföra en sådan omvandling direkt, är det nödvändigt att först omvandla bränslets kemiska energi till värme, som produceras genom att bränna bränslet, sedan omvandla värmen till mekanisk energi och slutligen, omvandla detta senare till elektrisk energi.

Figuren nedan visar det enklaste diagrammet över den termiska delen av ett elkraftverk, ofta kallat ett ångkraftverk. Bränsle förbränns i en ugn. Vart i . Den resulterande värmen överförs till vattnet i ångpannan. Som ett resultat värms vattnet upp och avdunstar sedan och bildar så kallad mättad ånga, det vill säga ånga vid samma temperatur som kokande vatten. Därefter tillförs värme till den mättade ångan, vilket resulterar i bildandet av överhettad ånga, det vill säga ånga som har en högre temperatur än vatten som avdunstar vid samma tryck. Överhettad ånga erhålls från mättad ånga i en överhettare, som i de flesta fall är en spole av stålrör. Ånga rör sig inuti rören, medan spolen på utsidan tvättas av heta gaser.

Om trycket i pannan var lika med atmosfärstrycket skulle vattnet behöva värmas till en temperatur på 100 ° C; med ytterligare värme skulle det börja avdunsta snabbt. Den resulterande mättade ångan skulle också ha en temperatur på 100 ° C. Vid atmosfärstryck kommer ångan att överhettas om dess temperatur är över 100 ° C. Om trycket i pannan är högre än atmosfärstrycket har den mättade ångan en temperatur över 100 ° C. Temperaturen på den mättade Ju högre tryck, desto högre ånga. För närvarande används ångpannor med tryck nära atmosfäriskt inte alls inom energisektorn. Det är mycket mer lönsamt att använda ångpannor designade för mycket högre tryck, cirka 100 atmosfärer eller mer. Temperaturen för mättad ånga är 310°C eller mer.

Från överhettaren tillförs överhettad vattenånga genom en stålrörledning till en värmemotor, oftast -. I befintliga ångkraftverk av kraftverk används andra motorer nästan aldrig. Överhettad vattenånga som kommer in i en värmemotor innehåller en stor tillförsel av termisk energi som frigörs till följd av bränsleförbränning. En värmemotors uppgift är att omvandla den termiska energin från ånga till mekanisk energi.

Trycket och temperaturen på ångan vid inloppet till ångturbinen, vanligtvis kallad , är betydligt högre än trycket och temperaturen på ångan vid turbinens utlopp. Ångans tryck och temperatur vid utloppet av ångturbinen, lika med trycket och temperaturen i kondensorn, brukar kallas. För närvarande, som redan nämnts, använder energiindustrin ånga med mycket höga initiala parametrar, med ett tryck på upp till 300 atmosfärer och en temperatur på upp till 600 ° C. De slutliga parametrarna, tvärtom, väljs låga: ett tryck på cirka 0,04 atmosfärer, dvs. 25 gånger mindre än atmosfärstryck, och temperaturen är cirka 30 °C, dvs nära omgivningstemperatur. När ånga expanderar i en turbin, på grund av en minskning av ångans tryck och temperatur, minskar mängden termisk energi som finns i den avsevärt. Eftersom expansionsprocessen av ånga sker mycket snabbt, hinner inte någon betydande överföring av värme från ånga till miljön under denna mycket korta tid ske. Vart tar överskottet av värmeenergi vägen? Det är känt att det enligt naturens grundläggande lag - lagen om bevarande och omvandling av energi - är omöjligt att förstöra eller få "ur ingenting" någon, även den minsta, mängd energi. Energi kan bara flyttas från en typ till en annan. Uppenbarligen är det just denna typ av energiomvandling som vi har att göra med i det här fallet. Den överskottsvärmeenergi som tidigare fanns i ångan har förvandlats till mekanisk energi och kan användas efter eget gottfinnande.

Hur en ångturbin fungerar beskrivs i artikeln om.

Här kommer vi bara att säga att ångstrålen som kommer in i turbinbladen har en mycket hög hastighet, ofta över ljudhastigheten. Ångstrålen roterar ångturbinskivan och axeln på vilken skivan är monterad. Turbinaxeln kan kopplas till till exempel en elektrisk maskin - en generator. Generatorns uppgift är att omvandla den mekaniska energin från axelrotation till elektrisk energi. Således omvandlas den kemiska energin hos bränslet i ångkraftverket till mekanisk energi och sedan till elektrisk energi, som kan lagras i en AC UPS.

Ångan som har utfört arbete i motorn kommer in i kondensorn. Kylvatten pumpas kontinuerligt genom kondensorrören, vanligtvis hämtat från någon naturlig vattenmassa: flod, sjö, hav. Kylvatten tar värme från ångan som kommer in i kondensorn, vilket resulterar i att ångan kondenserar, det vill säga omvandlas till vatten. Vattnet som bildas till följd av kondens pumpas in i en ångpanna, i vilken det avdunstar igen, och hela processen upprepas igen.

Detta är i princip driften av ångkraftverket i en termoelektrisk station. Som du kan se fungerar ånga som en mellanhand, den så kallade arbetsvätskan, med hjälp av vilken bränslets kemiska energi, omvandlad till termisk energi, omvandlas till mekanisk energi.

Man ska förstås inte tro att designen av en modern, kraftfull ångpanna eller värmemotor är så enkel som visas i figuren ovan. Tvärtom har pannan och turbinen, som är de viktigaste delarna av ett ångkraftverk, en mycket komplex struktur.

Vi börjar nu förklara arbetet.

Enligt den allmänt accepterade definitionen, värmekraftverk- dessa är kraftverk som genererar elektricitet genom att omvandla bränslets kemiska energi till den mekaniska rotationsenergin för den elektriska generatoraxeln.

Först TPP dök upp i slutet av 1800-talet i New York (1882), och 1883 byggdes det första värmekraftverket i Ryssland (St. Petersburg). Sedan deras uppkomst är det termiska kraftverk som har blivit mest utbredda, med tanke på det ständigt ökande energibehovet i början av den teknogena tidsåldern. Fram till mitten av 70-talet av förra seklet var driften av värmekraftverk den dominerande metoden för att generera elektricitet. Till exempel, i USA och Sovjetunionen var andelen termiska kraftverk av all mottagen el 80%, och över hela världen - cirka 73-75%.

Den definition som ges ovan, även om den är rymlig, är inte alltid tydlig. Vi kommer att försöka förklara med våra egna ord den allmänna principen för drift av värmekraftverk av alla slag.

Elproduktion vid värmekraftverk sker genom många på varandra följande steg, men den allmänna principen för dess funktion är mycket enkel. Först bränns bränslet i en speciell förbränningskammare (ångpanna), som släpper ut en stor mängd värme, vilket omvandlar vattnet som cirkulerar genom speciella rörsystem placerade inuti pannan till ånga. Det ständigt ökande ångtrycket roterar turbinrotorn, som överför rotationsenergi till generatoraxeln, och som ett resultat genereras elektrisk ström.

Ång-/vattensystemet är stängt. Ångan, efter att ha passerat genom turbinen, kondenserar och förvandlas tillbaka till vatten, som dessutom passerar genom värmesystemet och återigen kommer in i ångpannan.

Det finns flera typer av värmekraftverk. För närvarande, bland termiska kraftverk mest termiska ångturbinkraftverk (TPES). I kraftverk av denna typ används det brända bränslets termiska energi i en ånggenerator, där ett mycket högt tryck av vattenånga uppnås, vilket driver turbinrotorn och följaktligen generatorn. Som bränsle använder sådana värmekraftverk eldningsolja eller diesel, såväl som naturgas, kol, torv, skiffer, med andra ord alla typer av bränsle. Effektiviteten hos TPES är cirka 40%, och deras effekt kan nå 3-6 GW.

GRES (delstatskraftverk)- ett ganska välkänt och bekant namn. Detta är inget annat än ett termisk ångturbinkraftverk, utrustat med speciella kondenserande turbiner som inte utnyttjar energin från avgaser och inte omvandlar den till värme, till exempel för att värma upp byggnader. Sådana kraftverk kallas även kondenskraftverk.

I samma fall om TPES utrustade med speciella värmeturbiner som omvandlar sekundärenergin från avgasånga till termisk energi som används för kommunala eller industriella tjänsters behov, då är dessa kraftvärmeverk eller kraftvärmeverk. Till exempel, i Sovjetunionen, stod statliga distriktskraftverk för cirka 65% av den el som genererades av ångturbinkraftverk, och följaktligen 35% - för värmekraftverk.

Det finns även andra typer av värmekraftverk. I gasturbinkraftverk, eller GTPP:er, roteras generatorn av en gasturbin. Naturgas eller flytande bränsle (diesel, eldningsolja) används som bränsle vid sådana värmekraftverk. Effektiviteten hos sådana kraftverk är dock inte särskilt hög, cirka 27-29 %, så de används främst som reservkällor för el för att täcka toppbelastningar på elnätet, eller för att leverera el till små bosättningar.

Termiska kraftverk med en ång- och gasturbinenhet (SGPP). Dessa är kraftverk av kombinerad typ. De är utrustade med ångturbin- och gasturbinmekanismer, och deras effektivitet når 41-44%. Dessa kraftverk gör det också möjligt att återvinna värme och omvandla den till termisk energi som används för att värma upp byggnader.

Den största nackdelen med alla värmekraftverk är den typ av bränsle som används. Alla typer av bränsle som används vid värmekraftverk är oersättliga naturresurser som sakta men stadigt tar slut. Det är därför man för närvarande, tillsammans med användningen av kärnkraftverk, utvecklar en mekanism för att generera el med förnybara eller andra alternativa energikällor.