Основные принципы работы ТЭС

На рис. 1.1 представлена типичная тепловая схема конденсационной установки на органическом топливе.

Рис. 1.1 — Принципиальная тепловая схема ТЭС:

Где:

• 1 — паровой котёл;
• 2 — турбина;
• 3 — электрогенератор;
• 4 — конденсатор;
• 5 — конденсатный насос;
• 6 — подогреватели низкого давления;
• 7 — деаэратор;
• 8 — питательный насос;
• 9 — подогреватели высокого давления;
• 10 — дренажный насос.

Эту схему называют схемой с промежуточным перегревом пара. Как известно из курса термодинамики, тепловая экономичность такой схемы при одних и тех же начальных и конечных параметрах и правильном выборе параметров промежуточного перегрева выше, чем в схеме без промежуточного перегрева.

Рассмотрим принципы работы ТЭС.

Топливо и окислитель, которым обычно служит подогретый воздух, непрерывно поступают в топку котла. В качестве топлива используется уголь, торф, газ, горючие сланцы или мазут. Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль.

За счёт тепла, образующегося в результате сжигания топлива, вода в паровом котле нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар поступает по паропроводу в паровую турбину, назначение которой превращать тепловую энергию пара в механическую энергию.

Все движущиеся части турбины жёстко связаны с валом и вращаются вместе с ним. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору следующим образом. Пар высокого давления и температуры, имеющий большую внутреннюю энергию, из котла поступает в сопла (каналы) турбины. Струя пара с высокой скоростью, чаще выше звуковой, непрерывно вытекает из сопел и поступает на рабочие лопатки турбины, укрепленные на диске, жёстко связанном с валом. При этом механическая энергия потока пара превращается в механическую энергию ротора турбины, а точнее говоря, в механическую энергию ротора турбогенератора, так как валы турбины и электрического генератора соединены между собой.

В электрическом генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

После паровой турбины водяной пар, имея уже низкое давление и температуру, поступает в конденсатор. Здесь пар с помощью охлаждающей воды, прокачиваемой по расположенным внутри конденсатора трубкам, превращается в воду, которая конденсатным насосом через регенеративные подогреватели подаётся в деаэратор.

Деаэратор служит для удаления из воды растворённых в ней газов, одновременно в нём, так же как в регенеративных подогревателях, питательная вода подогревается паром, отбираемым для этого из отбора турбины. Деаэрация проводится для того, чтобы довести до допустимых значений содержание кислорода и углекислого газа в ней и тем самым понизить скорость коррозии в трактах воды и пара.

Деаэрированная вода питательным насосом через подогреватели подаётся в котельную установку. Конденсат греющего пара, образующийся в подогревателях, перепускается каскадно в деаэратор, а конденсат греющего пара подогревателей подаётся дренажным насосом в линию, по которой протекает конденсат из конденсатора.

Наиболее сложной в техническом плане является организация работы ТЭС на угле. Вместе с тем доля таких электростанций в отечественной энергетике высока (~30%) и планируется её увеличение.

Технологическая схема такой электростанции, работающей на углях, показана на рис. 1.2.

Рис. 1.2 — Технологическая схема пылеугольной ТЭС:

Где:

• 1 — железнодорожные вагоны;
• 2 — разгрузочные устройства;
• 3 — склад;
• 4 — ленточные транспортёры;
• 5 — дробильная установка;
• 6 — бункера сырого угля;
• 7 — пылеугольные мельницы;
• 8 — сепаратор;
• 9 — циклон;
• 10 — бункер угольной пыли;
• 11 — питатели;
• 12 — мельничный вентилятор;
• 13 — топочная камера котла;
• 14 — дутьевой вентилятор;
• 15 — золоуловители;
• 16 — дымососы;
• 17 — дымовая труба;
• 18 — подогреватели низкого давления;
• 19 — подогреватели высокого давления;
• 20 — деаэратор;
• 21 — питательные насосы;
• 22 — турбина;
• 23 — конденсатор турбины;
• 24 — конденсатный насос;
• 25 — циркуляционные насосы;
• 26 — приемный колодец;
• 27 — сбросной колодец;
• 28 — химический цех;
• 29 — сетевые подогреватели;
• 30 — трубопровода;
• 31 — линия отвода конденсата;
• 32 — электрическое распределительное устройство;
• 33 — насосы.

Топливо в железнодорожных вагонах поступает к разгрузочным устройствам, откуда с помощью ленточных транспортёров направляется на склад, со склада топливо подаётся в дробильную установку. Имеется возможность подавать топливо в дробильную установку и непосредственно от разгрузочных устройств. Из дробильной установки топливо поступает в бункера сырого угля, а оттуда через питатели — в пылеугольные мельницы.

Угольная пыль пневматически транспортируется через сепаратор и циклон в бункер угольной пыли, а оттуда питателями к горелкам. Воздух из циклона засасывается мельничным вентилятором и подаётся в топочную камеру котла.

Газы, образующиеся при горении в топочной камере, после выхода из неё проходят последовательно газоходы котельной установки, где в пароперегревателе (первичном и вторичном, если осуществляется цикл с промежуточным перегревом пара) и водяном экономайзере отдают теплоту рабочему телу, а в воздухоподогревателе — подаваемому в паровой котёл воздуху. Затем в золоуловителях газы очищаются от летучей золы и через дымовую трубу дымососами выбрасываются в атмосферу. Шлак и зола, выпадающие под топочной камерой, воздухоподогревателем и золоуловителями, смываются водой и по каналам поступают к насосам, которые перекачивают их на отвалы.

Воздух, необходимый для горения, подаётся в воздухоподогреватели парового котла дутьевым вентилятором. Забирается воздух обычно из верхней части котельной и (при паровых котлах большой производительности) снаружи котельного отделения.

Перегретый пар от парового котла поступает к турбине.

Конденсат из конденсатора турбины подаётся конденсатными насосами через регенеративные подогреватели низкого давления в деаэратор, а оттуда питательными насосами через подогреватели высокого давления в экономайзер котла.

Потери пара и конденсата восполняются в данной схеме химически обессоленной водой, которая подаётся в линию конденсата за конденсатором турбины. Охлаждающая вода подаётся в конденсатор из приемного колодца водоснабжения циркуляционными насосами. Подогретая вода сбрасывается в сбросной колодец того же источника на некотором расстоянии от места забора, достаточном для того, чтобы подогретая вода не подмешивалась к забираемой. Устройства для химической обработки добавочной воды находятся в химическом цехе.

В схемах может быть предусмотрена небольшая сетевая подогревательная установка для теплофикации электростанции и прилегающего посёлка. К сетевым подогревателям этой установки пар поступает от отборов турбины, конденсат отводится по линии. Сетевая вода подводится к подогревателю и отводится от него по трубопроводам.

Выработанная электрическая энергия отводится от электрического генератора к внешним потребителям через повышающие электрические трансформаторы.

Для снабжения электроэнергией электродвигателей, осветительных устройств и приборов электростанции имеется электрическое распределительное устройство собственных нужд.