За по-добро изгаряне на газта, котлите са оборудвани с тяга. Към котела се подава въздух, който служи като окислител по време на изгарянето на газ. За да се намалят нивата на шума, механизмите са оборудвани с шумопотискащи устройства. Димните газове, образувани при изгарянето на горивото, се изхвърлят в комини се разпръскват в атмосферата.

Горещият газ се втурва през димоотвода и загрява водата, преминаваща през специални котелни тръби. При нагряване водата се превръща в прегрята пара, която влиза в парната турбина. Парата влиза в турбината и започва да върти лопатките на турбината, които са свързани към ротора на генератора. Енергията на парата се преобразува в механична енергия. В генератора механичната енергия се преобразува в електрическа, роторът продължава да се върти, създавайки променлив електрически ток в намотките на статора.

Чрез повишаващ трансформатор и понижаващ трафопостЕлектроенергията се доставя на потребителите чрез електропроводи. Парата, изтощена в турбината, се изпраща в кондензатора, където се превръща във вода и се връща в котела. В ТЕЦ водата се движи в кръг. Охладителните кули са предназначени за охлаждане на вода. Когенерационните централи използват вентилаторни и кулови охладителни кули. Водата в охладителните кули се охлажда от атмосферния въздух. В резултат на това се отделя пара, която виждаме над охладителната кула под формата на облаци. Водата в охладителните кули се издига под налягане и пада като водопад в предната камера, откъдето се връща обратно към топлоелектрическата централа. За да се намали увличането на капки, охладителните кули са оборудвани с водоуловители.

Водоснабдяването се осигурява от река Москва. В сградата за химическо пречистване водата се пречиства от механични примеси и се подава към групи от филтри. В някои се приготвя до ниво на пречистена вода за захранване на отоплителната мрежа, в други - до ниво на деминерализирана вода и се използва за захранване на енергийни блокове.

Затворен е и цикълът за топла вода и парно отопление. Част от парата от парната турбина се насочва към бойлерите. След това горещата вода се насочва към топлинни точки, където се извършва топлообмен с вода, идваща от къщи.

Висококвалифицирани специалисти на Mosenergo поддържат производствения процес денонощно, осигурявайки огромния метрополис с електричество и топлина.

Как работи агрегатът с комбиниран цикъл?

Предназначение на ТЕЦсе състои от преобразуване на химическата енергия на горивото в електрическа енергия. Тъй като се оказва практически невъзможно да се извърши такава трансформация директно, е необходимо първо да се преобразува химическата енергия на горивото в топлина, която се получава при изгарянето на горивото, след това да се преобразува топлината в механична енергия и накрая, преобразува последното в електрическа енергия.

Фигурата по-долу показва най-простата схематермичната част на електрическа централа, често наричана парна електроцентрала. Горивото се изгаря в пещ. При което . Получената топлина се предава на водата в парния котел. В резултат на това водата се нагрява и след това се изпарява, образувайки така наречената наситена пара, тоест пара със същата температура като вряща вода. След това към наситената пара се подава топлина, което води до образуването на прегрята пара, т.е. пара, която има повече висока температураотколкото вода, изпаряваща се при същото налягане. Прегрятата пара се получава от наситена пара в прегревател, който в повечето случаи е намотка, направена от стоманени тръби. Парата се движи вътре в тръбите, докато отвън намотката се измива от горещи газове.

Ако налягането в котела е равно на атмосферното налягане, тогава водата трябва да се нагрее до температура от 100 ° C; с по-нататъшно нагряване ще започне да се изпарява бързо. Получената наситена пара също би имала температура 100° C. At атмосферно наляганепарата ще бъде прегрята, когато температурата й е над 100 ° C. Ако налягането в котела е по-високо от атмосферното, тогава наситената пара има температура над 100 ° C. Колкото по-високо е налягането, толкова по-висока е температурата на наситената пара. В момента те изобщо не се използват в енергетиката. парни котлис налягане близко до атмосферното. Много по-изгодно е да се използват парни котли, предназначени за много по-високо налягане, около 100 атмосфери или повече. Температурата на наситената пара е 310° C или повече.

От прегревателя излиза прегрята водна пара стоманен тръбопроводподадени към топлинния двигател, най-често -. В съществуващите парни електроцентрали на електроцентрали почти никога не се използват други двигатели. Прегрятата водна пара, влизаща в топлинен двигател, съдържа голямо количество топлинна енергия, освободена в резултат на изгарянето на горивото. Задачата на топлинния двигател е да преобразува топлинната енергия на парата в механична енергия.

Налягането и температурата на парата на входа на парната турбина, обикновено наричани , са значително по-високи от налягането и температурата на парата на изхода на турбината. Обикновено се наричат ​​налягането и температурата на парата на изхода на парната турбина, равна на налягането и температурата в кондензатора. В момента, както вече беше споменато, енергийната индустрия използва пара с много високи начални параметри, с налягане до 300 атмосфери и температура до 600 ° C. Крайните параметри, напротив, са избрани ниски: налягане от около 0,04 атмосфери, т.е. 25 пъти по-малко от атмосферното, а температурата е около 30 ° C, т.е. близка до температурата на околната среда. Когато парата се разширява в турбина, поради намаляване на налягането и температурата на парата, количеството топлинна енергия, съдържаща се в нея, намалява значително. Тъй като процесът на разширяване на парата протича много бързо, през това много кратко време няма време да се осъществи значително пренасяне на топлина от парата към околната среда. Къде отива излишната топлинна енергия? Известно е, че според основния закон на природата - законът за запазване и трансформация на енергията - е невъзможно да се унищожи или получи „от нищото“ каквото и да е, дори и най-малкото количество енергия. Енергията може да преминава само от един вид в друг. Очевидно точно с този вид енергийна трансформация имаме работа в такъв случай. Излишната топлинна енергия, съдържаща се преди това в парата, се е превърнала в механична енергия и може да се използва по наша преценка.

Как работи парната турбина е описано в статията за.

Тук ще кажем само, че струята пара, постъпваща в турбинните лопатки, има много по-висока скорост, често надвишаваща скоростта на звука. Парната струя завърта диска на парната турбина и вала, на който е монтиран дискът. Валът на турбината може да бъде свързан например към електрическа машина - генератор. Задачата на генератора е да преобразува механичната енергия на въртене на вала в електрическа. По този начин, химична енергиягоривото в парната електроцентрала се преобразува в механична и след това в електрическа енергия, която може да се съхранява в AC UPS.

Парата, която е свършила работа в двигателя, постъпва в кондензатора. Охлаждащата вода се изпомпва непрекъснато през кондензаторните тръби, обикновено взета от някакъв естествен воден обект: река, езеро, море. Охлаждащата вода отнема топлина от парата, влизаща в кондензатора, в резултат на което парата кондензира, т.е. се превръща във вода. Водата, образувана в резултат на конденза, се изпомпва в парен котел, в който отново се изпарява и целият процес се повтаря отново.

Това по принцип е работата на парната електроцентрала на топлоелектрическа централа. Както се вижда, парата служи като посредник, така наречената работна течност, с помощта на която химическата енергия на горивото се превръща в Термална енергия, се преобразува в механична енергия.

Човек, разбира се, не трябва да мисли, че дизайнът на модерен, мощен парен котел или топлинна машина е толкова прост, колкото е показано на фигурата по-горе. Напротив, котелът и турбината, които са най-важните елементипарните електроцентрали имат много сложна структура.

Сега започваме да обясняваме работата.

Електричеството се произвежда в електроцентрали, като се използва енергията, скрита в различни природни ресурси. Както се вижда от табл. 1.2 това се случва главно в топлоелектрическите централи (ТЕЦ) и атомните електроцентрали (АЕЦ), работещи по топлинния цикъл.

Видове ТЕЦ

Въз основа на вида генерирана и отделена енергия топлоелектрическите централи се разделят на два основни типа: кондензационни централи (CHP), предназначени само за производство на електроенергия, и отоплителни централи или комбинирани топлоелектрически централи (CHP). Кондензационните електроцентрали, работещи с изкопаеми горива, са изградени в близост до местата на неговото производство, а топлоелектрическите централи са разположени в близост до потребителите на топлина - индустриални предприятияи жилищни райони. Когенерационните централи също работят с изкопаеми горива, но за разлика от CPP, те генерират както електрическа, така и топлинна енергия под формата на гореща вода и пара за производствени и отоплителни цели. Основните видове гориво на тези електроцентрали включват: твърдо - въглища, антрацит, полуантрацит, кафяви въглища, торф, шисти; течни - мазут и газообразни - природни, коксови, доменни и др. газ.

Таблица 1.2. Производството на електроенергия в света

Атомните електроцентрали, предимно от кондензационен тип, използват енергията на ядреното гориво.

В зависимост от вида на топлоелектрическата централа за задвижване на електрическия генератор, електроцентралите се разделят на парни турбини (STU), газови турбини (GTU), комбиниран цикъл (CCG) и електроцентрали с двигатели вътрешно горене(DES).

В зависимост от продължителността на работа ТЕЦ през цялата годинаВъз основа на обхвата на графиците за енергийно натоварване, характеризиращ се с броя часове на използване на инсталираната мощност τ на станцията, електроцентралите обикновено се класифицират на: основни (τ на станцията > 6000 h/годишно); полупик (τ на станция = 2000 – 5000 h/година); пик (τ при ст< 2000 ч/год).

Базовите електроцентрали са тези, които носят максимално възможното постоянно натоварванепрез по-голямата част от годината. В глобалната енергийна индустрия атомните електроцентрали, високоикономичните топлоелектрически централи и топлоелектрическите централи се използват като базови централи при работа по топлинен график. Пиковите натоварвания се покриват от водноелектрически централи, помпено-акумулиращи централи, газотурбинни централи, които имат маневреност и мобилност, т.е. бърз старт и стоп. Пиковите електроцентрали се включват в часовете, когато е необходимо да се покрие пиковата част от дневния график за електрически товари. Електроцентралите с половин пик, когато общото електрическо натоварване намалее, или се прехвърлят на намалена мощност, или се поставят в резерв.

от технологична структураТоплоелектрическите централи се делят на блокови и неблокови. С блокова схема, основните и спомагателно оборудванеПаротурбинният блок няма технологични връзки с оборудването на друг електроцентрален блок. При електроцентралите с изкопаеми горива парата се подава към всяка турбина от един или два котела, свързани с нея. При неблокова схема на ТЕЦ парата от всички котли постъпва в обща магистрала и оттам се разпределя към отделни турбини.

В кондензационните електроцентрали, които са част от големи енергийни системи, се използват само блокови системи с междинно прегряване на парата. Използват се неблокови вериги с кръстосано свързване на пара и вода без междинно прегряване.

Принцип на действие и основни енергийни характеристики на ТЕЦ

Електричеството в електроцентралите се произвежда чрез използване на енергия, скрита в различни природни ресурси (въглища, газ, нефт, мазут, уран и др.), според достатъчно прост принцип, прилагайки технология за преобразуване на енергия. Обща схемаТоплоелектрическата централа (виж фиг. 1.1) отразява последователността на такова преобразуване на едни видове енергия в други и използването на работния флуид (вода, пара) в цикъла на топлоелектрическа централа. Горивото (в случая въглища) изгаря в котела, загрява водата и я превръща в пара. Парата се подава към турбини, които преобразуват топлинната енергия на парата в механична енергия и задвижват генератори, които произвеждат електричество (вижте раздел 4.1).

Модерната топлоелектрическа централа е сложно предприятие, включително голям бройразлично оборудване. Съставът на оборудването на електроцентралата зависи от избраната термична верига, вида на използваното гориво и вида на водоснабдителната система.

Основното оборудване на електроцентралата включва: котелни и турбинни агрегати с електрогенератор и кондензатор. Тези агрегати са стандартизирани по мощност, параметри на парата, производителност, напрежение и ток и др. Видът и количеството на основното оборудване на топлоелектрическа централа съответстват на зададената мощност и предвидения режим на работа. Има и спомагателно оборудване, използвано за доставяне на топлина на потребителите и използване на пара от турбината за загряване на захранващата вода на котела и задоволяване на собствените нужди на електроцентралата. Това включва оборудване за системи за подаване на гориво, инсталации за обезвъздушаване и захранване, кондензационен агрегат, отоплителни централи (за топлоелектрически централи), системи за техническо водоснабдяване, системи за захранване с масло, регенеративно отопление на захранваща вода, химическо пречистване на вода, разпределение и пренос на електроенергия (виж раздел 4).

Всички инсталации с парни турбини използват регенеративно нагряване на захранващата вода, което значително повишава топлинната и общата ефективност на електроцентралата, тъй като във вериги с регенеративно отопление потоците пара, отстранени от турбината към регенеративните нагреватели, извършват работа без загуби в източника на студ (кондензатор). В същото време, при същата електрическа мощност на турбогенератора, потокът на пара в кондензатора намалява и в резултат на това ефективността инсталациите растат.

Типът на използвания парен котел (виж раздел 2) зависи от вида на горивото, използвано в електроцентралата. За най-разпространените горива (изкопаеми въглища, газ, мазут, торф) се използват котли с U-образно, Т-образно и кулообразно оформление и горивна камера, проектирана спрямо определен вид гориво. За горива с нискотопима пепел се използват котли с течно отстраняване на пепелта. В същото време се постига високо (до 90%) събиране на пепел в горивната камера и се намалява абразивното износване на нагревателните повърхности. По същите причини парните котли с четириходова схема се използват за горива с висока пепел, като например шисти и отпадъци от обработка на въглища. Топлоелектрическите централи обикновено използват барабанни или директни котли.

Турбините и електрическите генератори се съпоставят по мощностна скала. Всяка турбина отговаря определен типгенератор За блоковите ТЕЦ мощността на турбините съответства на мощността на блоковете, а броят на блоковете се определя от зададената мощност на централата. IN модерни блоковеИзползват се кондензационни турбини с мощност 150, 200, 300, 500, 800 и 1200 MW с междинно прегряване на парата.

Топлоелектрическите централи използват турбини (вижте подраздел 4.2) с обратно налягане (тип P), с кондензация и промишлено извличане на пара (тип P), с кондензация и едно или две извличане на топлина (тип T), както и с кондензация, промишлени и нагревателна екстракционна двойка (PT тип). PT турбините също могат да имат един или два изхода за отопление. Изборът на тип турбина зависи от големината и съотношението на топлинните натоварвания. Ако преобладава топлинният товар, тогава в допълнение към PT турбините могат да се монтират турбини тип T с топлинна екстракция, а ако преобладава индустриалният товар, могат да се монтират тип PR и R турбини с промишлена екстракция и обратно налягане.

В момента в топлоелектрическите централи най-често срещаните са инсталации с електрическа мощност от 100 и 50 MW, работещи при начални параметри от 12,7 MPa, 540–560 ° C. За топлоелектрически централи в големите градове са създадени инсталации с електрическа мощност от 175–185 MW и 250 MW (с турбина T-250-240). Инсталациите с турбини Т-250-240 са модулни и работят при свръхкритични начални параметри (23,5 MPa, 540/540°C).

Характеристика на работата на електроцентралите в мрежата е, че общият брой електрическа енергиягенерирани от тях във всеки момент от време трябва напълно да съответстват на изразходваната енергия. Основната част от централите работят паралелно в единната енергийна система, като покриват общия електрически товар на системата, а ТЕЦ едновременно покрива топлинния товар на своята площ. Има местни електроцентрали, предназначени да обслужват района и не са свързани към общата електрическа мрежа.

Извиква се графично представяне на зависимостта на консумацията на енергия във времето графика на електрическия товар. Ежедневните графики на електрическото натоварване (фиг. 1.5) варират в зависимост от времето на годината, деня от седмицата и обикновено се характеризират с минимално натоварване през нощта и максимално натоварване по време на пиковите часове (пиковата част на графиката). Заедно с дневните графики голямо значениеимат годишни класацииелектрическо натоварване (фиг. 1.6), които се изграждат според ежедневните графики.

Графиките на електрическите натоварвания се използват при планиране на електрическите натоварвания на електроцентрали и системи, разпределение на товарите между отделните електроцентрали и блокове, при изчисления за избор на състав на работно и резервно оборудване, определяне на необходимата инсталирана мощност и необходимия резерв, броя и единицата мощност на агрегати, при разработване на планове за ремонт на оборудване и определяне на ремонтен резерв и др.

При работа при пълно натоварване оборудването на електроцентралата развива своя номинален или възможно най-дългомощност (производителност), която е основната паспортна характеристика на устройството. В това най-висока мощност(производителност) устройството трябва да работи дълго време при номиналните стойности на основните параметри. Една от основните характеристики на електроцентралата е нейната инсталирана мощност, която се определя като сумата от номиналните мощности на всички електрически генератори и отоплителни съоръжения, като се вземе предвид резервът.

Работата на електроцентралата се характеризира и с броя часове на използване инсталиран капацитет, което зависи от режима, в който работи централата. За електроцентрали, носещи базов товар, броят на часовете на използване на инсталираната мощност е 6000–7500 h/година, а за тези, работещи в режим на покритие на върхово натоварване – по-малко от 2000–3000 h/година.

Натоварването, при което устройството работи с най-голяма ефективност, се нарича икономично натоварване. Номиналният дългосрочен товар може да бъде равен на икономическия товар. Понякога е възможно оборудването да работи за кратко време с товар с 10–20% по-висок от номиналния товар при по-ниска ефективност. Ако оборудването на електроцентралата работи стабилно с проектното натоварване при номиналните стойности на основните параметри или когато те се променят в приемливи граници, тогава този режим се нарича стационарен.

Режимите на работа с постоянни натоварвания, но различни от проектните, или с нестационарни натоварвания се наричат. нестационарниили променливи режими. При променливи режими някои параметри остават непроменени и имат номинални стойности, докато други се променят в определени допустими граници. Така при частично натоварване на блока налягането и температурата на парата пред турбината могат да останат номинални, докато вакуумът в кондензатора и параметрите на парата в отвежданията ще се променят пропорционално на натоварването. Възможни са и нестационарни режими, когато се променят всички основни параметри. Такива режими възникват например при стартиране и спиране на оборудване, изхвърляне и увеличаване на натоварването на турбогенератора, при работа на плъзгащи се параметри и се наричат ​​нестационарни.

Топлинният товар на електроцентралата се използва за технологични процеси и индустриални инсталации, за отопление и вентилация на промишлени, жилищни и обществени сгради, климатик и битови нужди. За производствени цели обикновено се изисква налягане на парата от 0,15 до 1,6 MPa. Въпреки това, за да се намалят загубите по време на транспортиране и да се избегне необходимостта от непрекъснато оттичане на вода от комуникациите, парата се отделя от електроцентралата донякъде прегрята. Топлоелектрическата централа обикновено доставя отопление, вентилация и битови нужди топла водас температури от 70 до 180°C.

Топлинно натоварване, определено от потреблението на топлина за производствени процесии битови нужди (снабдяване с топла вода), зависи от температурата на външния въздух. В условията на Украйна през лятото това натоварване (както и електрическо) е по-малко, отколкото през зимата. Промишлените и битовите топлинни товари се променят през деня, освен това средното дневно топлинно натоварване на електроцентралата, изразходвано за битови нужди, се променя през делничните дни и почивните дни. Типичните графики на промените в дневния топлинен товар на промишлените предприятия и захранването с топла вода в жилищна зона са показани на фигури 1.7 и 1.8.

Ефективността на работа на топлоелектрическите централи се характеризира с различни технически и икономически показатели, някои от които оценяват съвършенството на топлинните процеси (КПД, разход на топлина и гориво), докато други характеризират условията, в които работи топлоелектрическата централа. Например на фиг. 1.9 (a,b) показва приблизителни топлинни баланси на ТЕЦ и ТЕЦ.

Както се вижда от фигурите, комбинираното производство на електрическа и топлинна енергия осигурява значително повишаване на топлинната ефективност на електроцентралите поради намаляване на топлинните загуби в кондензаторите на турбините.

Най-важните и пълни показатели за работата на топлоелектрическите централи са разходите за електроенергия и топлина.

Топлоелектрическите централи имат както предимства, така и недостатъци в сравнение с други видове електроцентрали. Могат да се посочат следните предимства на ТЕЦ:

• относително свободно териториално разпределение, свързано с широко разпределение на горивните ресурси;
• способността (за разлика от водноелектрическите централи) да генерира енергия без сезонни колебания на мощността;
• площта на отчуждаване и изтегляне от икономическия оборот на земя за изграждане и експлоатация на топлоелектрически централи като правило е много по-малка от тази, необходима за атомни електроцентрали и водноелектрически централи;
• Топлоелектрическите централи се изграждат много по-бързо от водноелектрическите централи или атомните електроцентрали, а тяхната специфична цена на единица инсталирана мощност е по-ниска в сравнение с атомните електроцентрали.
• В същото време топлоелектрическите централи имат големи недостатъци:
• експлоатацията на топлоелектрическите централи обикновено изисква много повече персонал от водноелектрическите централи, което е свързано с поддържането на много мащабен горивен цикъл;
• работата на топлоелектрическите централи зависи от доставката на горивни ресурси (въглища, мазут, газ, торф, нефтени шисти);
• променливите режими на работа на топлоелектрическите централи намаляват ефективността, увеличават разхода на гориво и водят до повишено износване на оборудването;
• съществуващите топлоелектрически централи се характеризират с относително ниска ефективност. (най-често до 40%);
• Топлоелектрическите централи имат пряко и неблагоприятно въздействие върху околната среда и не са екологични източници на електроенергия.
• Най-големи щети върху околната среда на околните региони нанасят електроцентралите, изгарящи въглища, особено въглища с висока пепел. Сред топлоелектрическите централи „най-чистите” са тези, които използват технологичен процесприроден газ.

Според експерти топлоелектрическите централи по света отделят годишно около 200–250 милиона тона пепел, повече от 60 милиона тона серен диоксид, големи количества азотни оксиди и въглероден диоксид (причиняващи така наречения парников ефект и водещи до дълго -термин глобално изменение на климата), поглъщайки големи количества кислород. Освен това вече е установено, че свръхрадиационният фон около топлоелектрическите централи, работещи на въглища, е средно 100 пъти по-висок в света, отколкото в близост до атомни електроцентрали със същата мощност (въглищата почти винаги съдържат уран, торий и радиоактивен изотоп на въглерода като следи от примеси). Въпреки това, добре развитите технологии за изграждане, оборудване и експлоатация на топлоелектрически централи, както и по-ниската цена на тяхното изграждане, водят до факта, че топлоелектрическите централи представляват по-голямата част от световното производство на електроенергия. Поради тази причина подобряването на ТЕЦ технологиите и намаляването отрицателно влияниеТяхното въздействие върху околната среда привлече голямо внимание в целия свят (вижте раздел 6).