Принципы устройства тепловых электрических станций

В настоящее время существует два типа ТЭС: конденсационные (КЭС) и теплофикационные (ТЭЦ). Принципиальная схема конденсационной электростанции показана на рис. 2.2.

Принцип работы ТЭС

В гонку котла (Кт) поступает топливо и подогретый воздух. Образовавшиеся при сгорании топлива газы отсасываются из котла и выбрасываются наружу дымососом (высота дымовых груб составляет

• 100.. .250 м). Пар из котла при температуре 400...650°С с давлением
• 3.. .30 МПа подается в паровую турбину (Т), где, проходя ряд ступеней, выполняет механическую работу - вращает турбину и жестко связанный с ней ротор генератора. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе (^-теплообменнике. Источниками холодной воды (для охлаждения пара) служат реки, озера, традирни, брызгагельные бассейны. Конденсат поступает в диаэрагор (Др), где происходит удаление из него газов: в первую очередь, кислорода, вызывающего активную коррозию труб котла. Дополнительно в диаэратор подается химически очищенная вода (ХОВ). Питательная вода перед подачей в котел предварительно подогревается.

Рис. 2.2. Схема КЭС:

Э - экономайзер; ПН, КП, ЦП - питательный, конденсационный, циркуляционный насосы

Пропуск основного количества пара через конденсатор приводит к тому, что значительная часть тепловой энергии (до 70%) бесполезно уносится циркуляционной водой.

КЭС размешают вблизи источников энергоресурсов (угля, газа, мазута). Единичная мощность блоков (агрегатов) составляет 500... 1200 МВт, тогда как мощность ЭС равна 2000...3600 МВт. Особенность КЭС - низкая маневренность блоков. Гак, разворот турбины и набор наг рузки блоком из «холодного состояния» составляет от 3 до 10 ч.

Тепловой баланс КЭС приведен на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Тепловой баланс КЭС Главным недостатком КЭС является ее малый КПД.

Теплоэлектроцентрали выполняют по такому же принципу, что и КЭС, но при этом чаеть отработанного поеле турбины пара отводитея к еетевым подогревателям (СИ).

Потребители получают тепло от сетевых подогревателей (СИ). Чем больше отбор пара из котла на цели теплофикации, тем меньше тепла уходит с циркуляционной водой, и КПД станции будет больше.

ТЭЦ строят вблизи потребителей тепла и поэтому они работают на привозном топливе, большая часть ЭЭ потребляется в прилегающем районе. ТЭЦ по КПД намного превосходят КЭС (у КЭС КПД - 25...40 %, ТЭЦ - 60...70 %).

Конструктивная схема КЭС показана на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Схема конденсационной электростанции, работающей на угле:

I - топливный бункер; 2 - устройство пылеприготовления; 3 - подача воздуха;

• 4 — топка котла; 5 - барабан; б — конвективная шахта котла; 7 - дымовая труба;
• 8 — ЧВД турбины; 9 - ЧНД турбины; К) - электрогенератор; 11 - сборные шины электростанции; 12 - водоем; 13 - насос; 14 - конденсатор; 15 - питательный насос

Рабочий процесс паротурбинной ЭС основан на идеальном цикле Ренкина, (рис. 2.5), в котором теплота подводится и отводитея при постоянном давлении рабочего тела. Параметры свежею пара на входе /?о, /о соответствуют точке /; линия 1-2 изображает процесс расширения пара в турбине. Конечные параметры пара р_к и /_к соответствуют точке 2. Здесь тепловыделение /7_а =/₀-/_к (изменение энтальпии пара в этом процессе называют адиабатным тепловыделением), этот процесс и есть работа, совершаемая паром в турбине. Линия 2-3 изображает процесс конденсации отработанного пара в конденсаторе. Количество отводимой теплоты q_K = /_к -ct_K , где ct_K называют энтальпией пара конденсата (часть теплоты остается в конденсате). Линия 3-4 изображает процесс сжатия воды насосами до начального давления. Линия 4-5-6-1 изображает последовательно процессы нагревания, испарения и перегрева воды в конденсаторе до начальной температуры. Термический КПД цикла Ренкина вычисляется по формуле

В действительном цикле расширение пара в турбине происходит по линии 1-2', т. е. используется только часть тепловыделения, Aq_K - внутренние потери энергии в турбине.

Нар при температуре 600 °С и давлении 30 МПа передается в сопла диафрагм турбины, выполняющих роль преобразователя внутренней энергии пара в кинет ическую энергию упорядоченного движения молекул.

Рис. 2.5. Тепловая диаграмма цикла Ренкина

Газотурбинные установки (/ТУ)

ГТУ в качестве рабочего тела используют смесь продуктов сгорания с воздухом или нагретый воздух при большом давлении и высокой температуре. Тепловая энергия газов превращается в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Но принципу преобразования энергии Г'ГУ не отличаются от паровых ЭС. Схема ГТУ показана на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Схема газотурбинной установки