Технологический принцип работы ТЭС

Технологический принцип работы ТЭС заключается в следующем.

В паровой котел постоянно подается питательная вода, которая является теплоносителем. Паровой котел нагревает воду до кипения и превращает ее в насыщенный пар, далее насыщенный пар поступает в пароперегреватель, где происходит нагрев пара до температуры 5400С.

Перегретый пар поступает в турбину, в которой потенциальная энергия пара превращается в кинетическую энергию вращения. С турбиной на одном валу сочленен генератор, который вырабатывает переменный ток с частотой f=50Гц.

Отработанный пар поступает в конденсатор турбины, где превращается в конденсат и далее конденсатным насосом вода прокачивается через группу подогревателей низкого давления и поступает в деаэратор питательной воды. Из деаэратора вода питательным насосом подается в подогреватель высокого давления и далее в паровой котел.

Рассмотрим поэлементно данную схему.

Для получения перегретого пара установлены паровые котлы с естественной циркуляцией. На рис показана элементарная схема парового котла с естественной циркуляцией, а на рис. 3 Показана схема обеспечения естественной циркуляции в барабанном котле.

Обратимся первоначально к рис. 4. Питательная вода поступающая в барабан котла с экономайзера, подается в опускные трубы и далее в подъемные парообразующие трубы.

За счет теплоты топлива (Q) питательная вода нагревается до кипения и превращается в пароводяную смесь, которая поступает в барабан котла. Насыщенный пар с барабана котла направляется в пароперегреватель (рис. 3 п5).

Топливо в своем составе содержит до 80−90% углерода, поэтому для его сжигания в котле необходимо подавать воздух, в котором содержится кислород.

Горение топлива в котле происходит по следующей реакции:

С+О2=СО2.

Вернемся к рис. 3. Дутьевой вентилятор предназначен для подачи воздуха в котел. Нагрев воздуха осуществляется в воздухоподогревателе.

Уходящие газы, содержащие в своем составе СО2, N2, водяные пары (H2O) и СО, поступают далее в газоход котла, где отдают свою теплоту воздуху и питательной воде, которая нагревается в экономайзере. Вывод уходящих газов через дымовую трубу осуществляется дымососом.

Часто на барабанных котлах большой мощности подогрев воздуха осуществляется в выносном регенеративном воздухоподогревателе, изображенном на рис. 5.

В Регенеративном воздухоподогревателе одна и та же поверхность нагрева, представляющая собой керамическую насадку, вращаясь, то обогревается газами, то охлаждается воздухом, отдавая ему теплоту.

Воздухоподогреватели разделяются на рекуперативные и регенеративные. Рекуперативные воздухоподогреватели характеризуются тем, что передача теплоты от газов к воздуху происходит в них через разделяющую их поверхность.

Турбоагрегат На ТЭС и АЭС устанавливаются активные турбины. На рис показана схема активной турбины. Конструктивно турбина выполняется в виде нескольких частей: цилиндра высокого давления (ЦВД), цилиндров среднего и низкого давления (ЦСД, ЦНД).

В активных турбинах расширение пара происходит лишь в соплах, закрепленных в неподвижных перегородках — диафрагмах расположенных между рабочими колесами. Диафрагма с соплами и рабочее колесо с лопатками образуют ступень.

Турбина имеет номинальную частоту вращения n=3000 об/мин, что обеспечивает на генераторе получение тока с частотой f=50Гц.

Частота определяется следующей формулой:

f=(n/60)*P,.

где n — число оборотов в минуту турбины; Р — число пар полюсов.

У реактивной турбины или ступени расширение пара происходит и в рабочих лопатках.

Паровые турбины подразделяются на конденсационные и теплофикационные. Отличие теплофикационных турбин он конденсационных состоит в том, что теплофикационные турбины имеют один или два теплофикационных отбора, предназначенных для обеспечения отпуска тепловой энергии потребителям.

Например, на Саратовской ТЭЦ-2 установлены теплофикационные турбины типа ПТ-60−90 (2 шт.) и Т-110−130 (3 шт.). Буквы обозначают, что турбина имеет П — производственный отбор и Т — теплофикационный; цифры, следующие за буквами, характеризуют электрическую мощность турбины в мегаваттах, а следующая цифра показывает давление пара перед турбиной в атмосферах. Конденсационная турбина имеет первую букву К — указывающую, что эта турбина конденсационная. Например, турбина К-220−130, ее мощность — 200 МВт, давление пара перед турбиной — 130 кгс/см2.

Производственный отбор у турбины типа ПТ предназначен для отпуска пара промышленным предприятиям давлением 8−13 атм, а теплофикационный отбор предназначен для подогрева воды в сетевых подогревателях, которые обеспечивают подачу тепловой энергии для отопления и горячего водоснабжения в жилищно-коммунальном секторе (ЖКС). На рис показано принципиальная схема отпуска тепловой энергии потребителя от теплофикационных турбин.

Принципиальная схема отпуска тепловой энергии турбины типа Т отличается от схемы отпуска энергии турбины типа ПТ только тем, что турбина не имеет производственного отбора пара.

Генератор Генератор предназначен для преобразования механической энергии турбины в электрическую. На ТЭС применяются синхронные генераторы переменного тока с частотой вращения n=3000 об/мин.

На рис. 8 показана упрощенная схема синхронного генератора трехфазного тока. Синхронный генератор состоит из неподвижного статора и вращающегося ротора. Ротор выполняется в виде электромагнитов, обмотки которых нанизываются обмотками возбуждения. Эти обмотки получают питание от источника постоянного тока через кольца и щетки. В пазах статора, выполненного из стальных листов, находятся проводники, соединенные между собой последовательно, которые образуют обмотки трех фаз: A, B и С. При вращении ротора в обмотках статора наводится ЭДС, которая изменяется по синусоидальному закону.

Принцип работы синхронного генератора основан на законе электромагнитной индукции, открытым Фарадеем, который в наиболее общем виде устанавливает, что ЭДС определяется скоростью изменения магнитного потока, пронизывающего контур проводника.

Регулируя ток возбуждения ротора, изменяют напряжение синхронного генератора и отдаваемую им в сеть реактивную мощность. Регулирование возбуждения генератора позволяет повысить устойчивость параллельной работы синхронных генераторов.

Конденсаторы Конденсатор турбины предназначен для конденсации отработавшего пара турбины. На рис показана схема работы конденсатора Подогреватели низкого и высокого давления Подогреватели низкого и высокого давления выполняется в виде вертикального цилиндрического корпуса. На рис показана схема движения пара и подогреваемого конденсата одного из вариантов ПНД.

Наличие в тепловой схеме ПНД и ПВД обеспечивает регенеративный подогрев питательное воды, который позволяет уменьшить расход пара конденсатор турбин и тем самым повысить КПД станции (энергоблок).

Деаэратор Деаэраторы на ТЭС и АЭС предназначаются для удаления из воды коррозионно-активных газов: кислорода и углекислого газа. Ниже мы более подробно рассмотри работы деаэратора.

На Рис. 10 показана схема деаэраторной установки избыточного давления.

Подогрев воды и деаэрация газов осуществляются в колонке деаэратора, куда подается питательная вода. В колонке деаэратора осуществляются подогрев и десорбция газов при омывании пара струй жидкости. Пар подводится в нижнюю часть колонки и, многократно пересекая струи воды, конденсируется. Выпар удаляется из верхней части колонки и направляется в охладитель выпара. Паровоздушная смесь отводится к охладителю выпара, где основная часть пара конденсируется, отдавая теплоту направляемой в деаэратор воде, бак-аккумулятор служит для сбора и хранения определенного запаса воды.

Градирни Градирни — это специальные устройства для искусственного охлаждения воды. Основным рабочим элементом градирни является оросительное устройство. Нагретая в конденсаторе турбины вода подается на оросительное устройство, в котором разделяется на капли, струи или пленки. Вода в виде капель, струй и пленок стекает вниз, а навстречу ей движется воздух, поступающий через боковые отверстия внизу вытяжной башни. В процессе взаимодействия с воздухом вода охлаждается как за счет конвективного теплообмена, так и в результате частичного испарения. Нагретый и насыщенный водяным паром воздух отводится вверх через вытяжную башню.

Вытяжные башни крупных современных вентиляционных градирен с естественной тягой имеют гиперболическую форму и выполняются из железобетона.

Под вытяжной башней градирни имеется бассейн глубиной 2 м для сбора охлаждающей воды. Вода из бассейна циркуляционным насосом подается в конденсатор турбины.

При применении градирен за счет испарения теряется от 1,5−2% циркуляционной воды, поэтому система должна постоянно подпитываться добавочной водой. С подпиточной водой в систему вносится какое-то количество солей, и если не организовать непрерывную продувку для выхода такого же количества солей, то солесодержание циркуляционной воды будет непрерывно расти. Рост солесодержания циркуляционной воды приводит к интенсивным отложениям на трубках конденсаторов турбин.

Основной характеристикой градирен является площадь орошения и удельная площадь орошения, которая составляет 100−150 м2/МВт. Физически это означает, что для несения 1 МВт конденсационной нагрузки на ТЭС необходима площадь орошения в среднем 150 м².