Основні принципи роботи ТЕС
Електрична станція – енергетична установка, яка служить для перетворення природної енергії в електричну. Тип електричної станції визначається перш за все видом природної енергії. Найбільшого поширення набули теплові електричні станції (ТЕС), на яких використовується теплова енергія, що виділяється при спалюванні органічного палива (вугілля, нафта, газ та ін.).
На теплових електростанціях виробляється близько 76% електроенергії, виробленої на нашій планеті. Це обумовлено наявністю органічного палива майже в усіх районах нашої планети; можливістю транспорту органічного палива з місця видобутку на електростанцію, що розміщується поблизу споживачів енергії; технічним прогресом на теплових електростанціях, що забезпечує спорудження ТЕС великою потужністю; можливістю використання відпрацьованого тепла робочого тіла і відпустки споживачам, крім електричної, також і теплової енергії (з парою або гарячою водою) і т.п.
Теплові електричні станції, призначені тільки для виробництва електроенергії, називають конденсаційними електричними станціями (КЕС). Електростанції, призначені для комбінованого виробництва електричної енергії і відпустки пара, а також гарячої води тепловому споживачеві мають парові турбіни з проміжними відборами пара або з протитиском. На таких установках теплота відпрацьованої пари частково або навіть повністю використовується для теплопостачання, внаслідок чого втрати теплоти з охолоджувальною водою скорочуються. Однак частка енергії пара, перетворена в електричну, при одних і тих же початкових параметрах на установках з теплофікаційні турбінами нижче, ніж на установках з конденсаційними турбінами.
Теплоелектростанції, на яких відпрацював пар поряд з виробленням електроенергії використовується для теплопостачання, називають теплоелектроцентралями (ТЕЦ).
Основні принципи роботи ТЕС
На мал.1 представлена типова теплова схема конденсаційної установки на органічному паливі.
Мал.1 Принципова теплова схема ТЕС
1 – паровий котел; 2 – турбіна; 3 – електрогенератор; 4 – конденсатор; 5 – конденсаційний насос;
6 – підігрівачі низького тиску; 7 – деаератор; 8 – живильний насос; 9 – підігрівачі високого тиску; 10 – дренажний насос.
Цю схему називають схемою з проміжним перегрівом пари. Як відомо з курсу термодинаміки, теплова економічність такої схеми при одних і тих же початкових і кінцевих параметрах і правильному виборі параметрів проміжного перегріву вище, ніж в схемі без проміжного перегріву.
Розглянемо принципи роботи ТЕС. Паливо і окислювач, яким зазвичай служить підігріте повітря, безперервно надходять в топку котла (1). В якості палива використовується вугілля, торф, газ, горючі сланці або мазут. Більшість ТЕС нашої країни використовують як паливо вугільний пил. За рахунок тепла, що утворюється в результаті спалювання палива, вода в паровому котлі нагрівається, випаровується, а що утворився насичений пар надходить по паропроводу в парову турбіну (2). Призначення якої перетворювати теплову енергію пара в механічну енергію.
Всі рухомі частини турбіни жорстко пов’язані з валом і обертаються разом з ним. У турбіні кінетична енергія струменів пари передається ротору наступним чином. Пар високого тиску і температури, що має велику внутрішню енергію, з котла надходить в сопла (канали) турбіни. Струмінь пара з високою швидкістю, частіше вище звуковий, безупинно випливає з сопел і надходить на робочі лопатки турбіни, укріплені на диску, жорстко пов’язаний з валом. При цьому механічна енергія потоку пара перетворюється в механічну енергію ротора турбіни, а точніше кажучи, в механічну енергію ротора турбогенератора, так як вали турбіни та електричного генератора (3) з’єднані між собою. В електричному генераторі механічна енергія перетворюється в електричну енергію.
Після парової турбіни водяна пара, маючи вже низький тиск і температуру, надходить в конденсатор (4). Тут пар за допомогою охолоджуючої води, що прокачується по розташованим всередині конденсатора трубок, перетворюється в воду, яка конденсатні насосом (5) через регенеративні підігрівачі (6) подається в деаератор (7).
Деаератор служить для видалення з води розчинених у ній газів; одночасно в ньому, так само як в регенеративних підігрівачах, живильна вода підігрівається парою, що відбирається для цього з відбору турбіни. Деаерація проводиться для того, щоб довести до допустимих значень вміст кисню і вуглекислого газу в ній і тим самим знизити швидкість корозії в трактах води і пари.
Деаерована вода живильним насосом (8) через підігрівачі (9) подається в котельню установку. Конденсат пари, що гріє, що утворюється в підігрівачах (9), перепускається каскадно в деаератор, а конденсат пари, що гріє підігрівачів (6) подається дренажним насосом (10) в лінію, по якій протікає конденсат з конденсатора (4).
Найбільш складною в технічному плані є організація роботи ТЕС на вугіллі. Разом з тим частка таких електростанцій у вітчизняній енергетиці висока (~ 30%) і планується її збільшення.
Технологічна схема такої електростанції, що працює на вугіллі, показана на мал.2.
Мал.2 Технологічна схема пиловугільній ТЕС
1 – залізничні вагони; 2 – розвантажувальні пристрої; 3 – склад; 4 – стрічкові транспортери; 5 – дробильна установка; 6 – бункери сирого вугілля; 7 – пиловугільні млини; 8 – сепаратор; 9 – циклон; 10 – бункер вугільного пилу; 11 – живильники; 12 – млиновий вентилятор; 13 – топкова камера котла; 14 – дуттьовий вентилятор; 15 – золоуловлювач; 16 – димосмоки; 17 – димова труба; 18 – підігрівачі низького тиску; 19 – підігрівачі високого тиску; 20 – деаератор; 21 – живильні насоси; 22 – турбіна; 23 – конденсатор турбіни; 24 – конденсаційний насос; 25 – циркуляційні насоси; 26 – приймальний колодязь; 27 – скидний колодязь; 28 – хімічний цех; 29 – мережеві підігрівачі; 30 – трубопроводу; 31 – лінія відведення конденсату; 32 – електричне розподільчий пристрій; 33 – багерні насоси.
Паливо в залізничних вагонах (1) надходить до розвантажувальних пристроїв (2), звідки за допомогою стрічкових транспортерів (4) направляється на склад (3), зі складу паливо подається в дробильну установку (5). Є можливість подавати паливо в дробильну установку і безпосередньо від розвантажувальних пристроїв. З дробильної установки паливо надходить в бункери сирого вугілля (6), а звідти через живильники – в пиловугільні млини (7). Вугільний пил пневматично транспортується через сепаратор (8) і циклон (9) в бункер вугільного пилу (10), а звідти живильниками (11) до пальників. Повітря з циклону засмоктується млиновим вентилятором (12) і подається в топку котла (13).
Гази, що утворюються при горінні в котельній камері, після виходу з неї проходять послідовно газоходи котельної установки, де в пароперегрівачі (первинному і вторинному, якщо здійснюється цикл з проміжним перегрівом пари) і водяному економайзери віддають теплоту робочому тілу, а в воздухоподогревателе – подається в паровий котел повітрю. Потім в золоуловлювачах (15) гази очищаються від летючої золи і через димову трубу (17) димосмоками (16) викидаються в атмосферу.
Шлак і зола, що випадають під топкової камерою, повподогревателем і золоуловителями, змиваються водою і по каналах надходять до багерних насосів (33), які перекачують їх на золовідвали.
Повітря, необхідне для горіння, подається в підігрівачі повітря парового котла дутьевих вентилятором (14). Забирається повітря зазвичай з верхньої частини котельні та (при парових котлах великої продуктивності) зовні котельного відділення.
Перегріта пара від парового котла (13) надходить до турбіни (22).
Конденсат з конденсатора турбіни (23) подається конденсатними насосами (24) через регенеративні підігрівачі низького тиску (18) в деаератор (20), а звідти живильними насосами (21) через підігрівачі високого тиску (19) в економайзер котла.
Втрати пара і конденсату заповнюються в даній схемі хімічно знесоленої водою, яка подається в лінію конденсату за конденсатором турбіни.
Охолоджуюча вода подається в конденсатор з приймального колодязя (26) водопостачання циркуляційними насосами (25). Підігріта вода скидається в скидний колодязь (27) того ж джерела на деякій відстані від місця забору, достатньому для того, щоб підігріта вода не підмішують до забирається. Пристрої для хімічної обробки додаткової води знаходяться в хімічному цеху (28).
У схемах може бути передбачена невелика мережева підігрівальні установка для теплофікації електростанції і прилеглого селища. До мережевим підігрівників (29) цієї установки пар надходить від відборів турбіни, конденсат відводиться по лінії (31). Мережева вода підводиться до підігрівника і відводиться від нього по трубопроводах (30).
Вироблена електрична енергія відводиться від електричного генератора до зовнішніх споживачам через що підвищують електричні трансформатори.
Для постачання електроенергією електродвигунів, освітлювальних пристроїв та приладів електростанції є електричне розподільчий пристрій власних потреб (32).