Тепловые конденсационные электрические станции

Типы электростанций

Тепловые конденсационные электрические станции преобразо­вывают энергию органического топлива вначале в механическую, а затем, в электрическую. Механическую энергию упорядоченного вращения вала получают с помощью тепловых двигателей, преоб­разующих энергию движения молекул пара или газа.

Все тепловые двигатели подразделяются:

по виду используемого рабочего тела—пар или газ;

по способу преобразования тепловой энергии в механическую—поршневой или роторный.

В поршневом способе для преобразования используется потен­циальная энергия рабочего тела, получаемая при его нагревании. В роторном способе используется кинетическая энергия движущихся с большой скоростью частиц рабочего тела.

Паровая машина была единственным двигателем, используемым в промышленности и на транспорте в XVIII и XIX вв. В настоящее время она практически не используется.

Способ работы	Рабочее тело
пар	газ
Поршневой   Роторный	Паровая машина   Паровая турбина	Двигатель внутреннего сгорания Газовая турбина

В наше время наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания, используемые на автомобильном транспор­те. В стационарной энергетике двигатели внутреннего сгорания на­ходят ограниченное применение.

На современных тепловых станциях устанавливают паровые тур­бины. Первая паровая турбина, предназначенная для вращения электрического трехфазного генератора, была установлена на электростанции в Англии в 1899 г. С тех пор началось раз­витие мощных паротурбинных электростанций.

В качестве тепловых двигателей на электрических станциях ис­пользуют также газовые турбины.

Для повышения эффективности работы тепловых двигателей стремятся максимально увеличить температуру рабочего тела и его давление до величин, приемлемых по условиям механической проч­ности конструкционных материалов.

В современных паровых установках, составляющих основу энер­гетики, используется пар при температуре 600° С и давлении 30 МПа. Для охлаждения рабочего тела (пара) обычно применяют холодную воду, которая понижает его температуру до 30—40° С. При этом давление пара резко падает. На рис. 3.10 схематически показаны стадии преобразования 'первичной энергии органического топлива в электрическую.

Основные процессы теплового цикла паровых установок проис­ходят в следующих элементах: в парогенераторах — подвод тепла, в турбинах — расширение пара, в конденсаторах — охлаждение. С помощью насосов высокого давления производится сжатие, при котором конденсат нагнетается в парогенератор.

Схема тепловой станции показана на рис. 3.11. Станция такого типа работает следующим образом.

Из бункера уголь поступает в дробильную установку, где он превращается в пыль. Угольная пыль вместе с воздухом из воздуходувки подается в топку. Тепло, получаемое при сжигании уг­ля, используется для преобразова­ния воды в пар в трубах. Вода по змеевику накачивается насосом в барабан котла. Пар, нагретый потоком горячих газов, уходящих в трубу, при высокой температуре и при высоком давлении поступает сначала в левую ступень турбины и далее во вторую ступень. В тур­бине энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора генератора, вырабатываю­щего электрическую энергию. Отра­ботанный в турбине пар поступает в конденсатор,. превращается в во­ду, которая насосом подается в котел, и затем цикл превращения воды повторяется. Охлаждение пара в конденсаторе производится с помощью воды, забираемой из водоема (пруда или реки), нака­чиваемой насосом и вновь выбрасываемой в водоем. Продукты сгорания угля проходят через очистительные сооружения, где выделяются зола, твердые частички несго­ревшего угля и прочие примеси, а оставшиеся газы через трубувыбрасываются в атмосферу. Электрическая энергия, получаемая от статора генератора, отдается в электрическую систему.

Рассмотрим несколько подробнее основные элементы тепловой конденсационной станции, показанные на рис. 3.11.

Пар получают в парогенераторе. Современный парогенератор представляет собой сложное техническое сооружение больших раз­меров, высота которого соизмерима с высотой пятиэтажного дома. В топке парогенератора сжигается превращенный в мелкую пыль уголь, газ или распыленная нефть при температуре 1500—2000° С. Для наиболее полного сжигания топлива с помощью вентиляторов в больших количествах подается подогретый воздух. Появляющее­ся в процессе сгорания топлива тепло нагревает воду, превращает ее в пар и увеличивает его температуру и давление до расчетных значений. Использованные горячие газы дымососами вытягивают­ся из парогенератора и подаются в очистительные устройства, а за­тем направляются в дымовую трубу.

Вода, подаваемая в парогенератор, предварительно очищается от примесей, содержание которых допускается в количестве мень­шем, чем в питьевой воде. Очистка воды производится в специаль­ных устройствах — питателях.

По конструктивному выполнению парогенераторы подразделя­ют на барабанные и прямоточные. В барабанном парогенераторе (рис. 3.13) имеется стальной барабан 3, в нижней части которого находится вода, а в верхней части — пар. По циркуляционной трубе 2 вода посту­пает в трубки экрана 1, покрывающие стенки толки 7. Трубки эк­рана выполняют стальными, небольшого диаметра (примерно 40 мм снаружи и 32 мм внутри), для того чтобы они смогли выдержать большое давление пара. В крупном парогенераторе каждый час ис­паряются сотни тонн воды и поэтому трубки имеют общую длину до 50 км.

Чтобы повысить эффективность работы парогенератора, вода перед подачей в барабан нагревается в экономайзере 5, а воздух перед подачей в топку подогревается горячими газами в воздухо­подогревателе 6. Выходящий из барабана пар дополнительно на­гревается в пароперегревателе 4.

В барабанном парогенераторе происходит естественная цирку­ляция воды и пароводяной смеси за счет их разной плотности. По мере увеличения температуры и давления пара уменьшается раз­ность в плотностях воды и пара, что ухудшает их циркуляцию.

В прямоточном парогенераторе барабана нет. Цир­куляция воды и пара создается насосами (рис. 3.14). Вода через водоподогреватель 3 поступает в трубы /, расположенные в топке, превращается в пар, который затем подается в пароперегреватель 2 и далее в турбину. В воздухоподогревателе 4 происходит подогрев воздуха перед подачей его в топку. Прямоточные парогенераторы требуют чувствительного и точного регулирования подачи воды. Кроме того, к питательной воде, используемой в парогенераторах этого типа, предъявляют очень высокие требования в отношении ее качества.

Прямоточные котлы получили широкое распространение, так как они дешевле барабанных. Кроме того, котлы других конструк­ций не позволяют получать пар при давлении выше 20 МПа. У ба­рабанных парогенераторов при высоких давлениях нарушается ес­тественная циркуляция воды и пара.

Турбины. Полученный в парогенераторах перегретый пар при температуре 600° С и давлении 30 МПа по паропроводам пере­дается в сопла. Сопла предназначены для преобразования внутрен­ней энергии пара в кинетическую энергию упорядоченного движения молекул.

Если перед входом в сопло пар имел некоторую начальную ско­рость со и начальное давление р1 (рис. 3.15), то после выхода из сопла в результате расширения пара происходит увеличение его скорости до величины с1 и уменьшение давления до величины р2. Температура пара при этом также значительно понижается.

После выхода из сопла пар подается на рабочие лопатки турби­ны. Если турбина активная, то между ее рабочими лопат­ками расширения пара не происходит, следовательно, давление па­ра не меняется (рис. 3.15). Абсолютная скорость движения пара уменьшается от с\ до сч вследствие вращения турбины со скоро­стью и.

Конструктивно обычно турбина выполняется в виде нескольких ступеней, каждая из которых состоит из одного венца сопловых лопаток и одного венца рабочих лопаток. Сопловые и рабочие ло­патки закреплены на окружностях одинакового радиуса.

Конденсаторы. Пар, выходящий из турбины, направляют для ох­лаждения и конденсации в специальные устройства, называемые конденсаторами. Конденсатор представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого имеется большое число латунных трубок. По трубкам протекает охлаждающая вода, поступающая в конден­сатор обычно при температуре 10—15° С, а выходящая из него— при температуре 20—25° С. Пар обтекает трубки сверху вниз, кон­денсируется и снизу удаляется. Давление в конденсаторе поддер­живается в пределах 3—4 кПа, что достигается охлаждением пара.

Расход охлаждающей воды составляет примерно 50—100 кг на 1 кг пара. На электростанции мощностью 1 ГВт расходуется 40 м3/с охлаждающей воды.

Если воду для охлаждения пара забирают из реки, подают в кон­денсатор, а затем сбрасывают в реку, то такую систему водоснабжения называют прямоточной. В случаях, когда воды в реке не хватает, сооружают пруд. С одной стороны пруда вода подается в конденсатор, а в другую сторону пруда сбрасывается нагретая в конденсаторе вода.

В замкнутых циклах водоснабжения для охлаждения воды, на­гретой в конденсаторе, сооружают градирни, представляющие собой устройства высотой примерно 50 м. Вода вытекает струйками из отверстий лотков, разбрызгивается и, стекая вниз, охлаждается Внизу расположен бассейн, в котором вода собирается и затем на­сосами подается в конденсатор.

Тепловой баланс конденсационной электрической станции. На тепловых электрических станциях происходят многократные пре­образования энергии, сопровождающиеся потерями. Экономич ность процесса преобразования химической энергии топлива в элек­трическую и потери на различных стадиях производства можно выявить из анализа теплового баланса электрической-станции. Ес­ли за 100% принять химическую энергию, получаемую при сжига­нии угля в топках котлов, то в среднем только 25% этой энергии превращается в электрическую (рис. 3.24). Наибольшие потери теп­ла происходят в конденсаторе. С охлаждающей водой конденсато­ра уносится 55% тепла.

Дата добавления: 2015-05-08