Тепловые электростанции

Типы электростанций

Контрольные вопросы

1. Виды заземлений применяемых на электрических станциях.

2. Действие электрического тока на человека.

3. Конструкции заземляющих устройств.

4. Расчет заземляющих устройств в установках с эффективно заземленной нейтралью.

5. Расчет заземляющих устройств в установках с незаземленной нейтралью и с компенсацией емкостных токов.

6. Виды перенапряжений в электроустановках.

7. Способы защиты изоляции от перенапряжений.

8. Конструкции молниезащиты.

9. Определение зоны защиты молниеотводов.

10. Применение разрядников и ограничителей перенапряжений.

Тепловая электростанция (ТЭС) – электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива.

На тепловых электростанциях химическая энергия сжигаемого топлива преобразуется сначала в механическую, а затем в электрическую.

Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут.

Первые ТЭС появились в конце XIX в. (1882 - в Нью-Йорке, 1883 - в Петербурге, 1884 - в Берлине). В начале XXI в. ТЭС - продолжает оставаться основным видом электрических станций.

Тепловая электростанция представляет собой сложный технологический объект.

Рис. 2.4. Принципиальная схема ТЭС [113, Verbundkraft]

Пароводяной тракт: 1 - котел; 2 - топка; 3 - пароперегреватель высокого давления; 4 - цилиндр высокого давления; 5 - промежуточный пароперегреватель; 6 - цилиндр среднего давления; 7 - цилиндр низкого давления; 8 - генератор; 9 - конденсатор; 10 - охлаждающий водоем; 11 - насос охлаждающей воды; 12 - конденсатный насос; 13 - очистка конденсата; 14 - подогреватель низкого давления; 15 - бак питательной воды; 16 - питательный насос; 17 - подогреватель высокого давления; 18 - экономайзер.

Газовоздушный тракт: 19 - дымовой (отходящий) газ; 20 - распылитель аммиака; 21 - катализатор; 22 - воздухоподогреватель; 23 - пылеуловитель (фильтр) и удаление оксидов серы; 24 - воздухоподогреватель; 25 - бункер сырого угля; 26 - угольные мельницы; 27 - воздух горения; 28 - угольная горелка; 29 - газовая горелка; 30 - шлакоудаление; 31 - перепускной газоход.

Технология производства электроэнергии на тепловой электростанции включает четыре основных компонента: подсистему подготовки и подачи топлива, паровую подсистему (котел и система транспортировки пара), паровую турбину, а также конденсатор (для конденсации отработавшего пара) рис. 2.4.

Уголь, поступающий на электростанцию, проходит несколько ступеней подготовки. Из него удаляются металлические примеси, происходит дробление особо крупных кусков, после предварительной подготовки уголь поступает в бункер сырого угля 25. Из бункера уголь попадает в угольные мельницы 26, где происходит его измельчение до состояния пыли. Угольная пыль попадает либо в бункер пыли, а потом по пылепроводам в топку котла 2 либо сразу в топку. При сжигании топлива в топку котла необходимо подавать воздух, который также проходит несколько ступеней подготовки, заключающихся в подогреве холодного воздуха в воздухоподогревателях 22 и 24. После чего воздух попадает в топку 27 либо в питатели пыли для осуществления транспорта пыли.

При сжигании топлива 28, 29, подаваемого в топку котла, происходит образование водяного пара в замкнутом объеме под давлением (в случае небольших котлов) или в трубах, образующих топочные экраны (в современных промышленных котлах). Для повышения КПД процесса используются различные устройства, являющиеся частью котла или связанные с ним, например пароперегреватели 3, промежуточные пароперегреватели 5, экономайзеры 18.

Отходами процесса сжигания являются отходящие газы, а в случае использования угля или нефтепродуктов зола. Очистка отходящих газов производится в пылеуловителях 23 – электрических фильтрах, в которых на угольных станциях осуществляется очистка уходящих газов от угольной пыли. Также в процессе сгорания образуются шлаки, которые удаляются системой шлакоудаления 30.

Пар высокой температуры и высокого давления, образующийся в котле, поступает в паровую турбину. Проходя через турбину, пар вращает ротор, а затем попадает в конденсатор 9, где поддерживаются низкая температура и низкое давление.

Пар низкого давления, покидающий турбину, конденсируется на трубках конденсатора, по которым циркулирует охлаждающая вода 10, 11. По пароводяному тракту конденсат возвращается в котел, где снова превращается в пар. Поскольку конденсат является практически несжимаемой жидкостью с относительно небольшим объемом, его закачка 12 в трубы котла, находящиеся под высоким давлением, не требует значительных затрат энергии. Конденсат, перед тем как попасть в котел, проходит по пароводяному тракту, где его подогревают в подогревателях низкого 14 и высокого давления 17, производят очистку от воздуха в деаэраторе и поднимают давление до давления в котле в конденсаторном насосе 12 и питательном насосе 16.

Совершая работу, пар расширяется, поэтому турбина шире с той стороны, где пар покидает ее.

Теоретически тепловой КПД установки определяется температурой и давлением пара на входе и на выходе из нее.

Для того чтобы поддерживать низкое давление в паровой зоне конденсатора и, тем самым надлежащий КПД процесса, необходимо обеспечивать постоянный поток охлаждающей воды. В результате конденсации пара температура охлаждающей воды повышается. Если система охлаждения является открытой или прямоточной, эта вода возвращается в исходный водоем. В случае замкнутой системы вода проходит через градирни или пруды-охладители, где избыточное тепло передается воздуху посредством испарения или теплообмена.

При использовании замкнутой системы охлаждения требуется лишь небольшое количество подпиточной воды для возмещения испарения и сбросов оборотной воды, которые необходимы для управления концентрацией взвешенных примесей. Потребление воды в замкнутых системах охлаждения составляет примерно 1/20 от потребления в прямоточных системах.

По своему функциональному назначению Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара.

Одно из основных отличий теплоэлектроцентрали от конденсационных станций установка на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе и затем поступает в конденсатор, а другая, имеющая большую температуру и давление, отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для нужд теплоснабжения и производства. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии и паре.

Второе отличие ТЭЦ от КЭС заключается в технологической схеме. КЭС являются электростанциями с мощными энергоблоками (достигнута мощность 1200 кВт) и высокими параметрами пара. Это обусловливает блочный принцип построения таких электростанций (рис. 2.5), т. е. электростанция строится блоками котел–турбина–генератор–трансформатор.

На ТЭЦ же установлены значительно менее мощные энергоблоки, поэтому с точки зрения надежности тепло- и электроснабжения, а также для повышения экономичности работы электростанции возможно объединение на параллельную работу котлов (котлы выдают пар в общий коллектор пара), рис. 2.6.

ТЭЦ строят обычно вблизи потребителей - промышленных предприятий или жилых массивов, так как радиус действия мощных городских ТЭЦ по снабжению горячей водой не превышает 10 км. Загородные ТЭЦ передают горячую воду при более высокой начальной температуре на расстояние до 30 км. Пар для производственных процессов при давлении 0,6-1,6 МПа может быть передан не далее чем на 2-3 км.

Рис. 2.7. Станция смешанного типа

Этим обусловлено следующее отличие ТЭЦ: так как потребители электроэнергии находятся вблизи электростанции, то отпадает необходимость в двойном преобразовании электроэнергии сначала в высокое напряжения, а затем наоборот, что уменьшает потери электроэнергии в силовых трансформаторах. Для электроснабжения потребителей строятся распределительные устройства на генераторном напряжении (ГРУ), рис. 2.6. Мощные ТЭЦ строят по блочному или смешанному принципу: часть блоков подключена к ГРУ, а часть – по блочному принципу, рис 2.7.

Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий КПД (30-40 %), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60-70 %.

Современные паровые турбины для ТЭС - весьма совершенные, быстроходные, высокоэкономичные машины с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1,2 млн кВт, и это не является пределом.

В основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика, а не энергетика на возобновляемых ресурсах. Но структура ее изменится, сократится использование угля и нефти, существенно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях.

Дата добавления: 2015-05-08