Вугільна електростанція. Як виглядає сучасна вугільна електростанція Теплова ес

Електричною станцією називається комплекс обладнання, призначеного для перетворення енергії будь-якого природного джерела на електрику або тепло. Різновидів подібних об'єктів є кілька. Наприклад, найчастіше для отримання електрики та тепла застосовуються ТЕС.

Визначення

ТЕС — це електростанція, що застосовує як джерело енергії якесь органічне паливо. Як останній можна використовувати, наприклад, нафту, газ, вугілля. На даний момент теплові комплекси є найпоширенішим видом електростанцій у світі. Пояснюється популярність ТЕС, насамперед, доступністю органічного палива. Нафта, газ і вугілля є у багатьох куточках планети.

ТЕС - це (розшифровка зКрім абревіатури виглядає як "теплова електростанція"), крім усього іншого, комплекс з досить-таки високим ККД. Залежно від виду турбін цей показник на станціях подібного типу може дорівнювати 30 - 70%.

Які існують різновиди ТЕС

Класифікуватися станції цього можуть за двома основними ознаками:

• призначенню;
• типу установок.

У першому випадку розрізняють ГРЕС та ТЕЦ.ГРЕС - це станція, що працює за рахунок обертання турбіни під потужним натиском струменя пари. Розшифровка абревіатури ДРЕС - державна районна електростанція - зараз втратила актуальність. Тому часто такі комплекси називають також КЕС. Ця абревіатура розшифровується як "конденсаційна електростанція".

ТЕЦ — це також досить поширений вид ТЕС. На відміну від ГРЕС такі станції оснащуються не конденсаційними, а теплофікаційними турбінами. Розшифровується ТЕЦ як "теплоенергоцентраль".

Крім конденсаційних та теплофікаційних установок (паротурбінних), на ТЕС можуть використовуватись такі типи обладнання:

• парогазові.

ТЕС та ТЕЦ: відмінності

Часто люди плутають ці два поняття. ТЕЦ, по суті, як ми з'ясували, є одним із різновидів ТЕС. Відрізняється така станція від інших типів ТЕС насамперед тим, щочастина вироблюваної нею теплової енергії йде на бойлери, встановлені в приміщеннях для їх обігріву або для отримання гарячої води.

Також люди часто плутають назви ГЕС та ДРЕС. Пов'язано це насамперед із схожістю абревіатур. Проте ГЕС принципово відрізняється від ДРЕС. Обидва ці види станцій зводяться на річках. Однак на ГЕС, на відміну від ГРЕС, як джерело енергії використовується не пара, а безпосередньо сам водяний потік.

Які вимоги до ТЕС

ТЕС — це теплова електрична станція, де вироблення електроенергії та її споживання виробляються одномоментно. Тому такий комплекс має повністю відповідати низці економічних та технологічних вимог. Це забезпечить безперебійне та надійне забезпечення споживачів електроенергією. Так:

• приміщення ТЕС повинні мати гарне освітлення, вентиляцію та аерацію;
• повинен бути забезпечений захист повітря всередині станції та навколо неї від забруднення твердими частинками, азотом, оксидом сірки тощо;
• джерела водопостачання слід ретельно захищати від потрапляння в них стічних вод;
• системи водопідготовки на станціях слід облаштовуватибезвідходні.

Принцип роботи ТЕС

ТЕС – це електростанція, де можуть використовуватися турбіни різного типу. Далі розглянемо принцип роботи ТЕС з прикладу однієї з найпоширеніших її типів — ТЕЦ. Здійснюється вироблення енергії на таких станціях у кілька етапів:

Паливо та окислювач надходять у котел. Як перший у Росії зазвичай використовується вугільний пил. Іноді паливом ТЕЦ можуть бути також торф, мазут, вугілля, горючі сланці, газ. Окислювачем у разі виступає підігріте повітря.

Пар, що утворився в результаті спалювання палива в котлі, надходить у турбіну. Призначенням останньої є перетворення енергії пари на механічну.

Воли турбіни, що обертаються, передають енергію на вали генератора, що перетворює її в електричну.

Охолоджена пара енергії, що втратила частину енергії в турбіні, надходить у конденсатор.Тут він перетворюється на воду, яка подається через підігрівачі на деаератор.

Деаевода підігрівається і подається в котел.



Переваги ТЕС

ТЕС - це, таким чином, станція, основним типом обладнання на якій є турбіни та генератори. До плюсів таких комплексів відносять насамперед:

• дешевизну зведення у порівнянні з більшістю інших видів електростанцій;
• дешевизну палива, що використовується;
• невисоку вартість виробітку електроенергії.

Також великим плюсом таких станцій вважається те, що вони можуть бути побудовані в будь-якому потрібному місці, незалежно від наявності палива. Вугілля, мазут тощо можуть транспортуватися на станцію автомобільним чи залізничним транспортом.

Ще однією перевагою ТЕС є те, що вони займають дуже малу площу порівняно з іншими типами станцій.

Недоліки ТЕС

Зрозуміло, є такі станції не тільки переваги. Є в них ряд недоліків. ТЕС — це комплекси, які, на жаль, дуже сильно забруднюють навколишнє середовище. Станції цього типу можуть викидати в повітря просто величезну кількість кіптяви та диму. Також до мінусів ТЕС відносять високі порівняно із ГЕС експлуатаційні витрати. До того ж всі види палива, що використовується на таких станціях, відносяться до непоправних природних ресурсів.

Які ще види ТЕС існують

Крім паротурбінних ТЕЦ та КЕС (ДРЕС), на території Росії працюють станції:

Газотурбінні (ГТЕС). У разі турбіни обертаються немає від пари, але в природному газу. Також як паливо на таких станціях можуть використовуватися мазут або солярка. ККД таких станцій, на жаль, не надто високий (27 – 29%). Тому використовують їх в основному тільки як резервні джерела електроенергії або призначені для подачі напруги в мережу невеликих населених пунктів.

Парогазотурбінні (ПГЕС). ККД таких комбінованих станцій становить приблизно 41 – 44%. Передають енергію на генератор у системах цього типу одночасно турбіни і газові, і парові. Як і ТЕЦ, ПГЕС можуть використовуватися не тільки для власне вироблення електроенергії, але і для опалення будівель або забезпечення споживачів гарячою водою.

Приклади станцій

Отже, досить продуктивним і певною мірою навіть універсальним об'єктом може вважатися будь-яка я ТЕС, електростанція. Прикладитаких комплексів подаємо у списку нижче.

Білгородська ТЕЦ. Потужність цієї станції становить 60 МВт. Турбіни її працюють на природному газі.

Мічурінська ТЕЦ (60 МВт). Цей об'єкт також розташований у Білгородській області та працює на природному газі.

Череповецька ДРЕС. Комплекс знаходиться у Волгоградській області і може працювати як на газі, так і на вугіллі. Потужність цієї станції дорівнює цілих 1051 МВт.

Липецька ТЕЦ-2 (515 МВТ). Працює на природному газі.

ТЕЦ-26 "Мосенерго" (1800 МВт).

Черепетська ДРЕС (1735 МВт). Джерелом палива для турбін цього комплексу є вугілля.

Замість ув'язнення

Таким чином, ми з'ясували, що є тепловими електростанціями і які існують різновиди подібних об'єктів. Вперше комплекс цього типу було збудовано дуже давно — 1882 року в Нью-Йорку. Через рік така система запрацювала у Росії — у Санкт-Петербурзі. Сьогодні ТЕС — це різновид електростанцій, на частку яких припадає близько 75% усієї електроенергії, що виробляється у світі. І мабуть, незважаючи на низку мінусів, станції цього типу ще довго забезпечуватимуть населення електроенергією та теплом. Адже переваг у таких комплексів на порядок більше, ніж недоліків.

Що таке і які принципи роботи ТЕС? Загальне визначення таких об'єктів звучить приблизно так - це енергетичні установки, які займаються переробкою природної енергії в електричну. Для цього також використовується паливо природного походження.

Принцип роботи ТЕС. Короткий опис

На сьогоднішній день найбільшого поширення набули саме На таких об'єктах спалюється що виділяє теплову енергію. Завдання ТЕС – використовувати цю енергію, щоб отримати електричну.

Принцип роботи ТЕС - це вироблення як і виробництво теплової енергії, що також поставляється споживачам як гарячої води, наприклад. Крім того, ці об'єкти енергетики виробляють близько 76% усієї електроенергії. Таке поширення зумовлено тим, що доступність органічного палива для роботи станції досить велика. Другою причиною стало те, що транспортування палива від місця його видобутку до самої станції – це досить проста та налагоджена операція. Принцип роботи ТЕС побудований так, що є можливість використовувати тепло робочого тіла, що відпрацювало, для вторинної поставки його споживачеві.

Поділ станцій на кшталт

Варто зазначити, що теплові станції можуть поділятися на типи залежно від того, який вони виробляють. Якщо принцип роботи ТЕС полягає лише у виробництві електричної енергії (тобто теплова енергія не постачає споживачеві), її називають конденсаційною (КЕС).

Об'єкти, призначені для виробництва електричної енергії, для відпуску пари, а також постачання гарячої води споживачеві мають замість конденсаційних турбін парові. Також у таких елементах станції є проміжний відбір пари або пристрій протитиску. Головною перевагою та принципом роботи ТЕС (ТЕЦ) такого типу стало те, що відпрацьована пара також використовується як джерело тепла і поставляється споживачам. Таким чином, вдається скоротити втрату тепла та кількість води, що охолоджує.

Основні засади роботи ТЕС

Перш ніж перейти до розгляду самого принципу роботи, необхідно зрозуміти, яку саме станцію йдеться. Стандартний пристрій таких об'єктів включає таку систему, як проміжний перегрів пари. Вона необхідна тому, що теплова економічність схеми з наявністю проміжного перегріву буде вищою, ніж у системі, де вона відсутня. Якщо говорити простими словами, принцип роботи ТЕС, що має таку схему, буде набагато ефективнішим за одних і тих самих початкових і кінцевих заданих параметрів, ніж без неї. З цього можна зробити висновок, що основа роботи станції - це органічне паливо і нагріте повітря.

Схема роботи

Принцип роботи ТЕС побудовано в такий спосіб. Паливний матеріал, а також окислювач, роль якого найчастіше перебирає підігріте повітря, безперервним потоком подаються в топку котла. У ролі палива можуть бути такі речовини, як вугілля, нафта, мазут, газ, сланці, торф. Якщо говорити про найбільш поширене паливо на території Російської Федерації, то це вугільний пил. Далі принцип роботи ТЕС будується в такий спосіб, що тепло, що утворюється з допомогою спалювання палива, нагріває воду, що у паровому котлі. В результаті нагрівання відбувається перетворення рідини в насичену пару, яка по паровідводу надходить у парову турбіну. Основне призначення цього пристрою на станції полягає в тому, щоб перетворити енергію пара, що надійшла, в механічну.

Усі елементи турбіни, здатні рухатися, тісно пов'язуються з валом, унаслідок чого вони обертаються як єдиний механізм. Щоб змусити обертатися вал, у паровій турбіні здійснюється передача кінетичної енергії пари ротору.

Механічна частина роботи станції

Пристрій та принцип роботи ТЕС у її механічній частині пов'язаний з роботою ротора. Пара, яка надходить з турбіни, має дуже високий тиск та температуру. Через це створюється висока внутрішня енергія пари, яка надходить з котла в сопла турбіни. Струмені пари, проходячи через сопло безперервним потоком, з високою швидкістю, яка найчастіше навіть вище звукової, впливають на робочі лопатки турбіни. Ці елементи жорстко закріплені на диску, який у свою чергу тісно пов'язаний з валом. У цей час відбувається перетворення механічної енергії пари в механічну енергію турбін ротора. Якщо говорити точніше про принцип роботи ТЕС, то механічна дія впливає на ротор турбогенератора. Це тому, що вал звичайного ротора і генератора тісно зв'язуються між собою. А далі відбувається досить відомий, простий і зрозумілий процес перетворення механічної енергії на електричну в такому пристрої, як генератор.

Рух пари після ротора

Після того як водяна пара проходить турбіну, її тиск і температура значно опускаються, і вона надходить у наступну частину станції - конденсатор. Усередині цього елемента відбувається зворотне перетворення пари на рідину. Для виконання цього завдання всередині конденсатора є вода, що охолоджує, яка надходить туди за допомогою труб, що проходять всередині стін пристрою. Після зворотного перетворення пари у воду вона відкачується конденсатним насосом і надходить в наступний відсік - деаератор. Також важливо відзначити, що вода, що відкачується, проходить крізь регенеративні підігрівачі.

Основне завдання деаератора - це видалення газів з води, що надходить. Одночасно з операцією очищення здійснюється і підігрів рідини так само, як і в регенеративних підігрівачах. Для цієї мети використовується тепло пари, яке відбирається з того, що йде в турбіну. Основне призначення операції деаерації у тому, щоб знизити вміст кисню і вуглекислого газу рідини до допустимих значень. Це допомагає знизити швидкість впливу корозії на тракти, якими йде постачання води і пари.

Станції на вугіллі

Спостерігається висока залежність принципу роботи ТЕС від виду використовуваного палива. З технологічної точки зору найбільш складною у реалізації речовиною є вугілля. Незважаючи на це, сировина є основним джерелом живлення на таких об'єктах, кількість яких становить приблизно 30% від загальної частки станцій. До того ж, планується збільшувати кількість таких об'єктів. Також варто відзначити, що кількість функціональних відсіків, необхідних для роботи станції, набагато більша, ніж у інших видів.

Як працюють ТЕС на вугільному паливі

Для того щоб станція працювала безперервно, залізничними коліями постійно привозять вугілля, яке розвантажується за допомогою спеціальних розвантажувальних пристроїв. Далі є такі елементи, як якими розвантажене вугілля подається складу. Далі паливо надходить у дробильну установку. При необхідності є можливість пройти процес поставки вугілля на склад, і передавати його відразу до дробарок з розвантажувальних пристроїв. Після проходження цього етапу роздроблена сировина надходить у бункер сирого вугілля. Наступний крок - це постачання матеріалу через живильники до пилокутних млинів. Далі вугільний пил, використовуючи пневматичний спосіб транспортування, подається в бункер вугільного пилу. Проходячи цей шлях, речовина пройде такі елементи, як сепаратор і циклон, та якщо з бункера вже надходить через живильники безпосередньо до пальників. Повітря, що проходить крізь циклон, засмоктується млиновим вентилятором, після чого подається в камеру топки котла.

Далі рух газу виглядає приблизно в такий спосіб. Летюча речовина, що утворилася в камері топкового котла, послідовно проходить такі пристрої, як газоходи котельної установки, далі, якщо використовується система проміжного перегріву пари, газ подається в первинний і вторинний пароперегрівач. У цьому відсіку, а також у водяному економайзері, газ віддає своє тепло на розігрів робочого тіла. Далі встановлений елемент, що називається повітроперегрівачем. Тут теплова енергія газу використовується для підігріву повітря, що надходить. Після проходження всіх цих елементів, летюча речовина перетворюється на золоуловлювач, де очищається від золи. Після цього димові насоси витягують газ назовні та викидають його в атмосферу, використовуючи для цього газову трубу.

ТЕС та АЕС

Досить часто виникає питання про те, що спільного між тепловими і чи є подібність у принципах роботи ТЕС та АЕС.

Якщо говорити про їхню подібність, то їх кілька. По-перше, обидві вони побудовані таким чином, що для своєї роботи використовують природний ресурс, що є викопним та висіканим. Крім цього, можна зазначити, що обидва об'єкти спрямовані на те, щоб виробляти не лише електричну енергію, а й теплову. Подібності в принципах роботи також полягають і в тому, що ТЕС та АЕС мають турбіни та парогенератори, що беруть участь у процесі роботи. Далі є лише деякі відмінності. До них можна віднести те, що, наприклад, вартість будівництва та електроенергії, отриманої від ТЕС, набагато нижча, ніж від АЕС. Але, з іншого боку, атомні станції не забруднюють атмосферу доти, доки відходи утилізуються правильним чином і не відбувається аварій. Тоді як ТЕС через свій принцип роботи постійно викидають у повітря шкідливі речовини.

Тут криється і головна відмінність у роботі АЕС та ТЕС. Якщо теплових об'єктах теплова енергія від спалювання палива передається найчастіше воді чи перетворюється на пару, то атомних станціях енергію беруть від розподілу атомів урану. Отримана енергія розходиться для нагрівання різних речовин і вода тут використовується досить рідко. До того ж, всі речовини знаходяться в закритих герметичних контурах.

Теплофікація

На деяких ТЕС у їх схемах може бути передбачена така система, яка займається теплофікацією самої електростанції, а також прилеглого селища, якщо є. До мережевих підігрівачів цієї установки пар відбирається від турбіни, а також є спеціальна лінія для відведення конденсату. Вода підводиться та відводиться за спеціальною системою трубопроводу. Та електрична енергія, яка буде вироблятися таким чином, відводиться від електричного генератора і передається споживачеві, проходячи через трансформатори, що підвищують.

Основне обладнання

Якщо говорити про основні елементи, що експлуатуються на теплових електричних станціях, це котельні, а також турбінні установки в парі з електричним генератором і конденсатором. Основною відмінністю основного обладнання від додаткового стало те, що воно має стандартні параметри за своєю потужністю, продуктивністю, за параметрами пари, а також за напругою та силою струму тощо. Також можна відзначити, що тип і кількість основних елементів вибираються залежно того, яку потужність необхідно отримати від однієї ТЕС, а також режиму її експлуатації. Анімація принципу роботи ТЕС може допомогти розібратися у цьому питанні детальніше.

В1879 р., коли Томас Алва Едісонвинайшов лампу розжарювання, почалася епоха електрифікації. Для виробництва великих кількостей електроенергії потрібно дешеве і доступне паливо. Цим вимогам задовольняло кам'яне вугілля, і перші електростанції (побудовані наприкінці XIX ст. самим Едісоном) працювали на вугіллі.

У міру того, як у країні будувалося все більше і більше станцій, залежність від вугілля зростала. Починаючи з першої світової війни, приблизно половина щорічного виробництва електроенергії в США припадала на теплові електростанції, що працюють на кам'яному вугіллі. У 1986 р. загальна встановлена ​​потужність таких електростанцій становила 289000 МВт, і вони споживали 75% усієї кількості (900 млн. т) вугілля, що видобувається в країні. Враховуючи існуючі невизначеності щодо перспектив розвитку ядерної енергетики та зростання видобутку нафти та природного газу, можна припустити, що до кінця століття теплові станції на вугільному паливі будуть виробляти до 70% усієї електроенергії, що виробляється в країні.

Однак, незважаючи на те, що вугілля довгий час був і ще багато років буде основним джерелом отримання електроенергії (у США на його частку припадає близько 80% запасів всіх видів природних палив), він ніколи не був оптимальним паливом для електростанцій. Питомий вміст енергії на одиницю ваги (тобто теплотворна здатність) біля вугілля нижче, ніж у нафти чи газу. Його важче транспортувати, і, крім того, спалювання вугілля викликає низку небажаних екологічних наслідків, зокрема випадання кислотних дощів. З кінця 60-х років привабливість теплових станцій на вугіллі різко пішла на спад у зв'язку з посиленням вимог до забруднення середовища газоподібними та твердими викидами у вигляді золи та шлаків. Витрати на вирішення цих екологічних проблем поряд зі зростаючою вартістю будівництва таких складних об'єктів, як теплові електростанції, зробили менш сприятливими перспективи їх розвитку з суто економічної точки зору.

Однак, якщо змінити технологічну базу теплових станцій на вугільному паливі, їхня привабливість може відродитися. Деякі з цих змін носять еволюційний характері і націлені головним чином збільшення потужності існуючих установок. Разом про те розробляються абсолютно нові процеси безвідходного спалювання вугілля, т. е. з мінімальним збитком навколишнього середовища. Впровадження нових технологічних процесів спрямоване на те, щоб майбутні теплові електростанції на вугільному паливі піддавалися ефективному контролю на ступінь забруднення ними навколишнього середовища, мали гнучкість з точки зору можливості використання різних видів вугілля і не вимагали більших термінів будівництва.

Щоб оцінити значення досягнень у технології спалювання вугілля, розглянемо коротко роботу звичайної теплової електростанції на вугільному паливі. Вугілля спалюється в топці парового котла, що є величезною камерою з трубами всередині, в яких вода перетворюється на пару. Перед подачею в топку вугілля подрібнюється в пилюку, за рахунок чого досягається майже така ж повнота згоряння, як і при спалюванні горючих газів. Великий паровий котел споживає щогодини в середньому 500 т пилоподібного вугілля та генерує 2,9 млн. кг пари, що достатньо для виробництва 1 млн. квт-год електричної енергії. За той же час казан викидає в атмосферу близько 100000 м3 газів.
Генерована пара проходить через пароперегрівач, де його температура і тиск збільшуються, а потім надходить у турбіну високого тиску. Механічна енергія обертання турбіни перетворюється електрогенератором на електричну енергію. Для того щоб отримати більш високий ккд перетворення енергії, пара з турбіни зазвичай повертається в котел для вторинного перегріву і потім рухає одну або дві турбіни низького тиску і тільки після цього конденсується шляхом охолодження; конденсат повертається у цикл котла.

Обладнання теплової електростанції включає механізми паливоподачі, котли, турбіни, генератори, а також складні системи охолодження, очищення димових газів та видалення золи. Всі ці основні та допоміжні системи розраховуються так, щоб працювати з високою надійністю протягом 40 або більше років при навантаженнях, які можуть змінюватись від 20% встановленої потужності станції до максимальної. Капітальні витрати на обладнання типової теплової електростанції потужністю 1000 МВт зазвичай перевищують 1 млрд. дол.

Ефективність, з якою тепло, звільнене при спалюванні вугілля, може бути перетворено на електрику, до 1900 становила лише 5%, але до 1967 досягла 40%. Іншими словами, за період близько 70 років питоме споживання вугілля на одиницю виробленої електричної енергії скоротилося у вісім разів. Відповідно відбувалося і зниження вартості 1 кВт встановленої потужності теплових електростанцій: якщо в 1920 р. вона становила 350 дол. (у цінах 1967 р.), то в 1967 р. знизилася до 130 дол. Ціна електроенергії, що відпускається, також впала за той же період з 25 центів до 2 центів за 1 кВт-чай.

Проте з 60-х років темпи прогресу стали падати. Ця тенденція, мабуть, пояснюється тим, що традиційні теплові електростанції досягли межі своєї досконалості, що визначається законами термодинаміки та властивостями матеріалів, з яких виготовляються котли та турбіни. З початку 70-х років ці технічні чинники посилилися новими економічними та організаційними причинами. Зокрема, різко зросли капітальні витрати, темпи зростання попиту на електроенергію сповільнилися, посилилися вимоги щодо захисту навколишнього середовища від шкідливих викидів та подовжилися терміни реалізації проектів будівництва електростанцій. Через війну вартість виробництва електроенергії з вугілля, мала багаторічну тенденцію до зниження, різко зросла. Справді, 1 кВт електроенергії, виробленої новими тепловими електростанціями, тепер коштує більше, ніж у 1920 р. (у порівнянних цінах).

В останні 20 років на вартість теплових електростанцій на вугільному паливі найбільший вплив мали вимоги до видалення газоподібних, що посилилися.
рідких та твердих відходів. На системи газоочищення та золовидалення сучасних теплових електростанцій тепер припадає 40% капітальних витрат та 35% експлуатаційних витрат. З технічної та економічної точок зору найбільш значним елементом системи контролю викидів є установка для десульфуризації димових газів, часто звана системою мокрого (скрубберного) пиловловлення. Мокрий пиловловлювач (скруббер) затримує оксиди сірки, що є основною забруднювальною речовиною, що утворюється при згорянні вугілля.

Ідея мокрого пиловловлення проста, але на практиці виявляється важко здійсненною і дорогою. Лужна речовина, зазвичай вапно або вапняк, змішується з водою, розчин розпорошується в потоці димових газів. Окисли сірки, що містяться в димових газах, абсорбуються частинками лугу і випадають з розчину у вигляді інертного сульфіту або сульфату кальцію (гіпсу). Гіпс можна легко видалити або, якщо він досить чистий, може знайти збут як будівельний матеріал. У більш складних і дорогих скруберних системах гіпсовий осад може перетворюватися на сірчану кислоту або елементарну сірку - цінніші хімічні продукти. З 1978 р. установка скруберів є обов'язковою на всіх теплових електростанціях, що будуються, на пилокутному паливі. Внаслідок цього в енергетичній промисловості США зараз більше скруберних установок, ніж у всьому світі.
Вартість скруберної системи на нових станціях зазвичай становить 150-200 дол. на 1 кВт встановленої потужності. Установка скруберів на станціях, що спочатку діють, спочатку спроектованих без мокрого газоочищення, обходиться на 10-40% дорожче, ніж на нових станціях. Експлуатаційні витрати на скрубери досить високі незалежно від того, встановлені вони на старих чи нових станціях. У скруберах утворюється величезна кількість гіпсового шламу, який необхідно витримувати у відстійних ставках або видаляти у відвали, що створює нову екологічну проблему. Наприклад, теплова електростанція потужністю 1000 МВт, що працює на кам'яному куті, що містить 3% сірки, виробляє на рік стільки шламу, що можна покрити площу в 1 км2 шаром товщиною близько 1 м.
Крім того, системи мокрого газоочищення споживають багато води (на станції потужністю 1000 МВт витрата води становить близько 3800 л/хв), а їх обладнання та трубопроводи часто схильні до засмічення та корозії. Ці фактори збільшують експлуатаційні витрати та знижують загальну надійність систем. Нарешті, у скруберних системах витрачається від 3 до 8% вироблюваної станцією енергії на привід насосів і димососів та на підігрів димових газів після газоочищення, що необхідно для запобігання конденсації та корозії в димових трубах.
Широке поширення скруберів в американській енергетиці був ні простим, ні дешевим. Перші скруберні установки були значно менш надійними, ніж решта обладнання станцій, тому компоненти скруберних систем проектувалися з великим запасом міцності та надійності. Деякі з труднощів, пов'язані з установкою та експлуатацією скруберів, можуть бути пояснені тим фактом, що промислове застосування технології скруберного очищення було розпочато передчасно. Тільки тепер, після 25-річного досвіду, надійність скруберних систем досягла прийнятного рівня.
Вартість теплових станцій на вугільному паливі зросла не тільки через обов'язкову наявність систем контролю викидів, але також тому, що вартість будівництва сама по собі різко підскочила вгору. Навіть з урахуванням інфляції питома вартість встановленої потужності теплових станцій на вугільному паливі зараз утричі вища, ніж у 1970 р. За минулі 15 років «ефект масштабу», тобто вигода від будівництва великих електростанцій, був зведений нанівець значним подорожчанням будівництва . Частково це подорожчання відбиває високу вартість фінансування довгострокових об'єктів капітального будівництва.

Який вплив має затримка реалізації проекту, можна побачити з прикладу японських енергетичних компаній. Японські фірми зазвичай розторопніші, ніж їхні американські колеги, у вирішенні організаційно-технічних і фінансових проблем, які часто затримують введення в експлуатацію великих будівельних об'єктів. У Японії електростанція може бути побудована та пущена в дію за 30-40 місяців, тоді як у США для станції такої ж потужності зазвичай потрібно 50-60 місяців. За таких великих термінів реалізації проектів вартість нової станції, що будується (і, отже, вартість замороженого капіталу) виявляється порівнянною з основним капіталом багатьох енергетичних компаній США.

Тому енергетичні компанії шукають шляхи зниження вартості будівництва нових електрогенеруючих установок, зокрема застосовуючи модульні установки меншої потужності, які можна швидко транспортувати та встановлювати на існуючій станції для задоволення потреб. Такі установки можуть бути пущені в експлуатацію в більш короткі терміни і тому окупаються швидше, навіть якщо коефіцієнт окупності капіталовкладень залишається незмінним. Встановлення нових модулів тільки в тих випадках, коли потрібне збільшення потужності системи, може дати чисту економію до 200 дол. на 1 кВт, незважаючи на те, що при застосуванні малопотужних установок втрачаються вигоди від «ефекту масштабу».
В якості альтернативи будівництву нових електрогенеруючих об'єктів енергетичні компанії також практикували реконструкцію старих електростанцій, що діють, для поліпшення їх робочих характеристик і продовження терміну служби. Ця стратегія, природно, потребує менших капітальних витрат, ніж будівництво нових станцій. Така тенденція виправдовує себе і тому, що електростанції, збудовані близько 30 років тому, ще не застаріли морально. У деяких випадках вони працюють навіть з більш високим ккд, тому що не оснащені скруберами. Старі електростанції набувають все більшої питомої ваги в енергетиці країни. У 1970 р. лише 20 електрогенеруючих об'єктів у США мали вік понад 30 років. До кінця століття 30 років буде середнім віком теплових електростанцій на вугільному паливі.

Енергетичні компанії також шукають шляхи зниження експлуатаційних витрат на станціях. Для запобігання втратам енергії необхідно забезпечити своєчасне попередження про погіршення робочих характеристик найважливіших ділянок об'єкта. Тому безперервне спостереження за станом вузлів та систем стає важливою складовою частиною експлуатаційної служби. Такий безперервний контроль природних процесів зносу, корозії та ерозії дозволяє операторам станції вжити своєчасних заходів та попередити аварійний вихід із ладу енергетичних установок. Значимість таких заходів може бути правильно оцінена, якщо врахувати, наприклад, що вимушений простий станції на вугільному паливі потужністю 1000 МВт може завдати енергетичній компанії збитків у 1 млн. дол. на день, головним чином тому, що невироблена енергія має бути компенсована шляхом енергопостачання. дорожчих джерел.

Зростання питомих витрат на транспортування та обробку вугілля та на шлаковидалення зробив важливим фактором і якість вугілля (визначається вмістом вологи, сірки та інших мінералів), що визначає робочі характеристики та економіку теплових електростанцій. Хоча низькосортне вугілля може коштувати дешевше за високосортне, його витрати на виробництво тієї ж кількості електричної енергії значно більші. Витрати перевезення більшого обсягу низькосортного вугілля можуть перекрити вигоду, обумовлену його нижчою ціною. Крім того, низькосортне вугілля дає зазвичай більше відходів, ніж високосортне, і, отже, необхідні великі витрати на видалення шлаку. Нарешті, склад низькосортного вугілля схильний до великих коливань, що ускладнює «налаштування» паливної системи станції на роботу з максимально можливим ккд; у цьому випадку система має бути відрегульована так, щоб вона могла працювати на вугіллі найгіршої очікуваної якості.
На діючих електростанціях якість вугілля може бути покращена або принаймні стабілізована шляхом видалення перед спалюванням деяких домішок, наприклад, сірковмісних мінералів. У очисних установках подрібнене «брудне» вугілля відокремлюється від домішок багатьма способами, що використовують відмінності у питомій вазі або інших фізичних характеристиках вугілля та домішок.

Незважаючи на зазначені заходи щодо поліпшення робочих характеристик діючих теплових електростанцій на вугільному паливі, у США до кінця століття потрібно буде ввести до ладу додатково 150000 МВт енергетичних потужностей, якщо попит на електроенергію зростатиме з очікуваним темпом 2,3% на рік. Для збереження конкурентоспроможності вугілля на енергетичному ринку, що постійно розширюється, енергетичним компаніям доведеться прийняти на озброєння нові прогресивні способи спалювання вугілля, які є більш ефективними, ніж традиційні, у трьох ключових аспектах: менше забруднення навколишнього середовища, скорочення термінів будівництва електростанцій і поліпшення їх робочих та експлуатаційних характеристик .

СПАЛЮВАННЯ ВУГІЛЛЯ У ПСЕВДОЖИРЕНОМУ ШАРУ зменшує потребу у допоміжних установках з очищення викидів електростанції. Псевдозріджений шар суміші вугілля і вапняку створюється в топці котла повітряним потоком, в якому тверді частинки перемішуються і знаходяться у зваженому стані, тобто поводяться так само, як у киплячій рідині. Турбулентне перемішування забезпечує повноту згоряння вугілля; при цьому частинки вапняку реагують з окислами сірки та вловлюють близько 90% цих оксидів. Оскільки нагрівальні груби котла безпосередньо стосуються киплячого шару палива, генерація пари відбувається з більшою ефективністю, ніж у звичайних парових котлах, що працюють на подрібненому куті. Крім того, температура вугілля, що горить, в киплячому шарі нижче, що запобігає плавленню котельного шлаку і зменшує утворення оксидів азоту.

ГАЗИФІКАЦІЯ ВУГЛІ може бути здійснена нагріванням суміші вугілля та води в атмосфері кисню. Продуктом процесу є газ, що складається в основному з окису вуглецю та водню. Після того, як газ буде охолоджений, очищений від твердих частинок і звільнений від сірки, його можна використовувати як паливо для газових турбін, а потім для водяної пари для парової турбіни (комбінований цикл). Станція з комбінованим циклом викидає в атмосферу менше забруднюючих речовин ніж звичайна теплова станція на вугіллі.

В даний час розробляється більше десятка способів спалювання вугілля з підвищеним ккд та меншою шкодою для навколишнього середовища. Найбільш перспективними серед них є спалювання в псевдозрідженому шарі та газифікація вугілля. Спалювання по першому способу проводиться в топці парового котла, яка влаштована так, що подрібнене вугілля в суміші з частинками вапняку підтримується над решіткою топки у завислому («псевдо-зрідженому») стані потужним висхідним потоком повітря. Зважені частки поводяться по суті так само, як і в киплячій рідині, тобто знаходяться в турбулентному русі, що забезпечує високу ефективність процесу горіння. Водяні труби такого котла знаходяться в безпосередньому контакті з «киплячим шаром» палива, внаслідок чого велика частка тепла передається теплопровідністю, що значно ефективніше, ніж радіаційне та конвективне перенесення тепла у звичайному паровому котлі.

Котел з топкою, де вугілля спалюється в псевдозрідженому шарі, має більшу площу теплопередаючих поверхонь труб, ніж звичайний котел, що працює на подрібненому в пил вугіллі, що дозволяє знизити температуру в топці і тим самим зменшити утворення оксидів азоту. (Якщо температура у звичайному котлі може бути вище 1650 °С, то в котлі зі спалюванням у псевдозрідженому шарі вона знаходиться в межах 780-870 °С.) Більш того, вапняк, примішаний до вугілля, пов'язує 90 або більше відсотків сірки, що звільнилася з вугілля при горінні, оскільки нижча робоча температура сприяє проходженню реакції між сіркою та вапняком з утворенням сульфіту або сульфату кальцію. Таким чином, шкідливі для навколишнього середовища речовини, що утворюються при спалюванні вугілля, нейтралізуються на місці освіти, тобто в топці.
Крім того, котел зі спалюванням у псевдозрідженому шарі за своїм пристроєм та принципом роботи менш чутливий до коливань якості вугілля. У топці звичайного котла, що працює на пилоподібному вугіллі, утворюється величезна кількість розплавленого шлаку, який часто забиває теплопередаючі поверхні і тим самим знижує ккд та надійність котла. У котлі зі спалюванням у псевдозрідженому шарі вугілля згоряє при температурі нижче точки плавлення шлаку і тому проблема засмічення поверхонь нагрівання шлаком навіть не виникає. Такі котли можуть працювати на вугіллі нижчої якості, що в деяких випадках дозволяє суттєво знизити експлуатаційні витрати.
Спосіб спалювання в псевдозрідженому шарі легко реалізується в казанах модульної конструкції з невеликою паропродуктивністю. За деякими оцінками капіталовкладення на теплову електростанцію з компактними котлами, що працюють за принципом псевдозрідженого шару, можуть бути на 10-20% нижче за капіталовкладення на теплову станцію традиційного типу такої ж потужності. Економія досягається з допомогою скорочення часу будівництва. Крім того, потужність такої станції можна легко наростити при збільшенні електричного навантаження, що важливо для тих випадків, коли її зростання в майбутньому наперед невідоме. Спрощується і проблема планування, оскільки такі компактні установки можна швидко змонтувати, щойно виникне необхідність збільшення вироблення електроенергії.
Котли зі спалюванням в псевдозрідженому шарі можуть також включатися в схему існуючих електростанцій, коли необхідно швидко збільшити потужність, що генерується. Наприклад, енергетична компанія Northern States Power переробила один із пилокутних котлів на станції в шт. Міннесота в котел із псевдозрідженим шаром. Переробка здійснювалася з метою збільшення потужності електростанції на 40%, зниження вимог до якості палива (котел може працювати навіть на місцевих відходах), ретельнішого очищення викидів та подовження терміну служби станції до 40 років.
За минулі 15 років масштаби застосування технології, що використовується на теплових електростанціях, оснащених виключно котлами зі спалюванням у псевдозрідженому шарі, розширилися від дрібних експериментальних та напівпромислових установок до великих «демонстраційних» станцій. Така станція із загальною потужністю 160 МВт будується спільно компаніями Tennessee Valley Authority, Duke Power та Commonwealth of Kentucky; фірма Colorado-Ute Electric Association, Inc. пустила в експлуатацію електрогенеруючу установку потужністю 110 МВт з котлами зі спалюванням у псевдозрідженому шарі. У разі успіху цих двох проектів, а також проекту компанії Northern States Power, спільного підприємства приватного сектора із загальним капіталом близько 400 млн. дол., економічний ризик, пов'язаний із застосуванням котлів зі спалюванням у псевдозрідженому шарі в енергетичній промисловості, буде значно зменшено.
Іншим способом, який, щоправда, вже існував у простішому вигляді ще в середині XIX ст., є газифікація кам'яного вугілля з отриманням «чисто палаючого» газу. Такий газ придатний для освітлення та опалення і широко використовувався в США до другої світової війни, доки не був витіснений природним газом.
Спочатку газифікація вугілля привернула увагу енергетичних компаній, які сподівалися за допомогою цього способу отримати паливо, що згоряє без відходів, і за рахунок цього позбутися скруберного очищення. Тепер стало очевидно, що газифікація вугілля має і більш важливу перевагу: гарячі продукти згоряння генераторного газу можна використовувати безпосередньо для приводу газових турбін. У свою чергу, відпрацьоване тепло продуктів згоряння після газової турбіни може бути утилізовано з метою отримання пари для приводу парової турбіни. Таке спільне використання газових та парових турбін, зване комбінованим циклом, є нині одним із найефективніших способів виробництва електричної енергії.
Газ, отриманий газифікацією кам'яного вугілля та звільнений від сірки та твердих частинок, є чудовим паливом для газових турбін і, як і природний газ, згорає майже без відходів. Високий ккд комбінованого циклу компенсує неминучі втрати, пов'язані з перетворенням на газ. Більш того, станція з комбінованим циклом споживає значно менше води, тому що дві третини потужності розвиває газова турбіна, яка не потребує води на відміну від парової турбіни.
Життєздатність електричних станцій з комбінованим циклом, що працюють на принципі газифікації вугілля, була доведена досвідом експлуатації станції Cool Water фірми Southern California Edison. Ця станція потужністю близько 100 МВт була введена в експлуатацію в травні 1984 року. Вона може працювати на різних сортах вугілля. Викиди станції по чистоті не відрізняються від викидів сусідньої станції, що працює на природному газі. Вміст оксидів сірки в газах, що йдуть, підтримується на рівні значно нижче встановленої норми за допомогою допоміжної системи уловлювання сірки, яка видаляє майже всю сірку, що міститься в вихідному паливі, і виробляє чисту сірку, що використовується в промислових цілях. Утворення оксидів азоту запобігається додаванню до газу води перед спалюванням, що знижує температуру горіння газу. Більш того, залишок в газогенераторі залишок незгорілого вугілля піддається переплавлення і перетворюється на інертний склоподібний матеріал, який після охолодження відповідає вимогам, що пред'являються в штаті Каліфорнія до твердих відходів.
Крім більш високого ккд і меншого забруднення навколишнього середовища станції з комбінованим циклом мають ще одну перевагу: вони можуть споруджуватися в кілька черг, тому встановлена ​​потужність нарощується блоками. Така гнучкість будівництва зменшує ризик надмірних чи, навпаки, недостатніх капіталовкладень, пов'язані з невизначеністю зростання попиту електроенергію. Наприклад, перша черга встановленої потужності може працювати на газових турбінах, а як паливо використовувати не вугілля, а нафту або природний газ, якщо поточні ціни на ці продукти низькі. Потім, у міру зростання попиту на електроенергію, додатково вводяться до ладу котел-утилізатор і парова турбіна, що збільшить не тільки потужність, але і ккд станції. Згодом, коли попит на електроенергію збільшиться, на станції можна буде побудувати установку для газифікації вугілля.
Роль теплових електростанцій на вугільному паливі є ключовою темою, коли йдеться про збереження природних ресурсів, захист навколишнього середовища та шляхи розвитку економіки. Ці аспекти цієї проблеми не обов'язково є конфліктуючими. Досвід застосування нових технологічних процесів спалювання вугілля показує, що вони можуть успішно та одночасно вирішувати проблеми та охорони навколишнього середовища, та зниження вартості електроенергії. Цей принцип був врахований у спільній американо-канадській доповіді про кислотні дощі, опублікованій минулого року. Керуючись пропозиціями, що містяться в доповіді, конгрес США в даний час розглядає можливість заснування генеральної національної ініціативи з демонстрації та застосування «чистих» процесів спалювання вугілля. Ця ініціатива, яка об'єднає приватний капітал з федеральними капіталовкладеннями, націлена на широке промислове застосування у 90-ті роки нових процесів спалювання вугілля, включаючи котли зі спалюванням палива у киплячому шарі та газогенератори. Однак навіть при широкому застосуванні нових процесів спалювання вугілля в найближчому майбутньому зростаючий попит на електроенергію не зможе бути задоволений без цілого комплексу узгоджених заходів щодо консервації електроенергії, регулювання її споживання та підвищення продуктивності існуючих теплових електростанцій, що працюють на традиційних принципах. Економічні та екологічні проблеми, що постійно стоять на порядку денному, ймовірно, призведуть до появи абсолютно нових технологічних розробок, які принципово відрізняються від тих, що були тут описані. У перспективі теплові електростанції на вугільному паливі можуть перетворитися на комплексні підприємства з переробки природних ресурсів. Такі підприємства перероблятимуть місцеві види палива та інші природні ресурси та вироблятимуть електроенергію, тепло та різні продукти з урахуванням потреб місцевої економіки. Крім котлів зі спалюванням у киплячому шарі та установок для газифікації вугілля такі підприємства будуть оснащені електронними системами технічної діагностики та автоматизованими системами управління та, крім того, корисно використовувати більшість побічних продуктів спалювання вугілля.

Таким чином, можливості покращення економічних та екологічних факторів виробництва електроенергії на базі кам'яного вугілля є дуже широкими. Своєчасне використання цих можливостей залежить, однак, від того, чи зможе уряд проводити збалансовану політику щодо виробництва енергії та захисту навколишнього середовища, яка б створила необхідні стимули для електроенергетичної промисловості. Необхідно вжити заходів до того, щоб нові процеси спалювання вугілля розвивалися та впроваджувалися раціонально, при співпраці з енергетичними компаніями, а не так, як це було з впровадженням скруберного газоочищення. Все це можна забезпечити, якщо звести до мінімуму витрати та ризик шляхом добре продуманого проектування, випробування та вдосконалення невеликих дослідних експериментальних установок з подальшим широким промисловим впровадженням систем, що розробляються.

Відповідно до загальноприйнятого визначення, теплові електростанції– це електростанції, що виробляють електроенергію у вигляді перетворення хімічної енергії палива на механічну енергію обертання валу електрогенератора.

Перші ТЕСз'явилися ще наприкінці XIX століття в Нью-Йорку (1882), а в 1883 перша теплова електростанція була побудована в Росії (С.Петербург). З моменту своєї появи, саме ТЕС набули найбільшого поширення, враховуючи дедалі більшу енергетичну потребу техногенного століття. Аж до середини 70-х років минулого століття саме експлуатація ТЕС була домінуючим способом отримання електроенергії. Наприклад, США та СРСР частка ТЕС серед усієї отримуваної електроенергії становила 80%, тоді як у всьому світі – близько 73-75%.

Це вище визначення хоч і ємне, але не завжди зрозуміле. Спробуємо пояснити загальний принцип роботи теплових електростанцій будь-якого типу.

Вироблення електрики в ТЕСвідбуватися з участю безлічі послідовних етапів, але загальний принцип її дуже простий. Спочатку паливо спалюється в спеціальній камері згоряння (паровому котлі), при цьому виділяється велика кількість тепла, яке перетворює воду, що циркулює за спеціальними системами труб розташованими всередині котла, в пару. Постійно наростаючий тиск пари обертає ротор турбіни, яка передає енергію обертання на вал генератора, і в результаті виробляється електричний струм.

Система пар/вода замкнена. Пара, після проходження через турбіну, конденсується і знову перетворюється на воду, яка додатково проходить через систему підігрівачів і знову потрапляє до парового казана.

Існує кілька типів теплових електростанцій. В даний час серед ТЕС найбільше теплових паротурбінних електростанцій (ТПЕМ). В електростанціях такого типу, теплова енергія палива, що спалюється, використовується в парогенераторі, де досягається дуже високий тиск водяної пари, що приводить в рух ротор турбіни і, відповідно, генератор. Як паливо, на таких теплоелектростанціях використовується мазут або дизель, а також природний газ, вугілля, торф, сланці, тобто всі види палива. ККД ТПЕС становить близько 40 %, які потужність може досягати 3-6 ГВт.

ДРЕС (державна районна електрична станція)- Досить відома і звична назва. Це не що інше, як теплова паротурбінова електростанція, обладнана спеціальними конденсаційними турбінами, які не утилізують енергію відпрацьованих газів і не перетворюють її на тепло, наприклад, для обігріву будівель. Такі електростанції ще називають конденсаційними електростанціями.

У тому ж випадку, якщо ТПЕМоснащені спеціальними теплофікаційними турбінами, що перетворюють вторинну енергію відпрацьованої пари в теплову енергію, що використовується для потреб комунальних або промислових служб, це вже теплоелектроцентралі або ТЕЦ. Наприклад, у СРСР частку ДРЕС припадало близько 65% вироблюваної паротурбінними електростанціями електроенергії, і, відповідно, 35% - частку ТЕЦ.

Існують також інші види теплових електростанцій. У газотурбінних електростанціях або ГТЕС генератор обертається за допомогою газової турбіни. Як паливо на таких ТЕС застосовують природний газ або рідке паливо (дизель, мазут). Проте ККД таких електростанцій не дуже високий, близько 27-29%, тому їх використовують в основному як резервні джерела електроенергії для покриття піків навантаження на електричну мережу, або для постачання електрики невеликих населених пунктів.

Теплові електростанції з парогазотурбінною установкою (ПГЕС). Це електростанції комбінованого типу. Вони обладнані паротурбінними та газотурбінними механізмами, та їх ККД досягає 41-44%. Ці електростанції також дозволяють утилізувати тепло і перетворювати його на теплову енергію, що йде на опалення будівель.

Головним недоліком всіх теплових електростанцій є тип палива, що використовується. Усі види палива, які застосовують на ТЕС, є непоправними природними ресурсами, які повільно, але неухильно закінчуються. Саме тому в даний час, поряд з використанням атомних електростанцій, ведуться розробки механізму вироблення електроенергії за допомогою альтернативних або інших джерел енергії.

Реферат з дисципліни «Вступ до напряму»

Виконав студент Михайлов Д.А.

Новосибірський державний технічний університет

Новосибірськ, 2008

Вступ

Електрична станція – енергетична установка, що служить перетворення природної енергії на електричну. Тип електричної станції визначається насамперед видом природної енергії. Найбільшого поширення набули теплові електричні станції (ТЕС), у яких використовується теплова енергія, виділена під час спалювання органічного палива (вугілля, нафту, газ та інших.). На теплових електростанціях виробляється близько 76% електроенергії, що виробляється на планеті. Це пов'язано з 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, які забезпечують спорудження ТЕС великою потужністю; можливістю використання відпрацьованого тепла робочого тіла та відпустки споживачам, крім електричної, також теплової енергії (з парою або гарячою водою) тощо. Теплові електричні станції, призначені лише виробництва електроенергії, називають конденсаційними електричними станціями (КЭС). Електростанції, призначені для комбінованого вироблення електричної енергії та відпуску пари, а також гарячої води тепловому споживачеві мають парові турбіни з проміжними відборами пари або з протитиском. На таких установках теплота пари, що відпрацювала, частково або навіть повністю використовується для теплопостачання, внаслідок чого втрати теплоти з охолоджувальною водою скорочуються. Однак частка енергії пари, перетворена на електричну, при одних і тих же початкових параметрах на установках з теплофікаційними турбінами нижче, ніж на установках з турбінами конденсаційними. Теплоелектростанції, на яких пара, що відпрацювала, поряд з виробленням електроенергії використовується для теплопостачання, називають теплоелектроцентралями (ТЕЦ).

Основні засади роботи ТЕС

На рис.1 представлено типову теплову схему конденсаційної установки на органічному паливі.

Рис.1 Принципова теплова схема ТЕС

1 – паровий котел; 2 – турбіна; 3 – електрогенератор; 4 – конденсатор; 5 – конденсатний насос; 6 – підігрівачі низького тиску; 7 – деаератор; 8 – живильний насос; 9 – підігрівачі високого тиску; 10 – дренажний насос.

Цю схему називають схемою із проміжним перегрівом пари. Як відомо з курсу термодинаміки, теплова економічність такої схеми при тих самих початкових і кінцевих параметрах і правильному виборі параметрів проміжного перегріву вище, ніж у схемі без проміжного перегріву.

Розглянемо принципи роботи ТЕС. Паливо та окислювач, яким зазвичай служить підігріте повітря, безперервно надходять у топку котла (1). Як паливо 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 насичена пара, що утворилася, надходить по паропроводу в парову турбіну (2). Призначення якої перетворювати теплову енергію пари на механічну енергію.

Всі частини турбіни, що рухаються, жорстко пов'язані з валом і обертаються разом з ним. У турбіні кінетична енергія струменів пари передається ротору в такий спосіб. Пара високого тиску і температури, що має велику внутрішню енергію, з котла надходить у сопла (канали) турбіни. Струменя пари з високою швидкістю, частіше вище звукової, безперервно витікає з сопел і надходить на робочі лопатки турбіни, укріплені на диску, жорстко пов'язаному з валом. При цьому механічна енергія потоку пари перетворюється на механічну енергію ротора турбіни, а точніше кажучи, на механічну енергію ротора турбогенератора, так як вали турбіни та електричного генератора (3) з'єднані між собою. У електричному генераторі механічна енергія перетворюється на електричну енергію.

Після парової турбіни водяна пара, маючи вже низький тиск і температуру, надходить у конденсатор (4). Тут пара за допомогою охолоджувальної води, що прокачується по розташованих усередині конденсатора трубках, перетворюється на воду, яка конденсатним насосом (5) через регенеративні підігрівачі (6) подається в деаератор (7).

Деаератор служить видалення з води розчинених у ній газів; одночасно в ньому, так само як у регенеративних підігрівачах, поживна вода підігрівається парою, що відбирається для цього з відбору турбіни. Деаерація проводиться для того, щоб довести до допустимих значень вміст кисню та вуглекислого газу в ній і тим самим знизити швидкість корозії у трактах води та пари.

Деаерована вода живильним насосом (8) через підігрівачі (9) подається в котельну установку. Конденсат гріючої пари, що утворюється в підігрівачах (9), каскадно перепускається в деаератор, а конденсат гріючої пари підігрівачів (6) подається дренажним насосом (10) в лінію, по якій протікає конденсат з конденсатора (4).

Найбільш складною у технічному плані є організація роботи ТЕС на вугіллі. Водночас частка таких електростанцій у вітчизняній енергетиці висока (~30%) та планується її збільшення.

Технологічна схема такої електростанції, що працює на вугіллі, показано на рис.2.

Рис.2 Технологічна схема пиловугільної ТЕС

1 – залізничні вагони; 2 – розвантажувальні пристрої; 3 – склад; 4 – стрічкові транспортери; 5 – дробильна установка; 6 – бункера сирого вугілля; 7 – пиловугільні млини; 8 – сепаратор; 9 – циклон; 10 – бункер вугільного пилу; 11 – живильники; 12 – млиновий вентилятор; 13 - топкова камера котла; 14 – дутьовий вентилятор; 15 - золоуловлювачі; 16 - димососи; 17 – димова труба; 18 – підігрівачі низького тиску; 19 – підігрівачі високого тиску; 20 – деаератор; 21 – живильні насоси; 22 - турбіна; 23 – конденсатор турбіни; 24 – конденсатний насос; 25 – циркуляційні насоси; 26 - приймальний колодязь; 27 - скидний колодязь; 28 – хімічний цех; 29 - мережеві підігрівачі; 30 - трубопроводу; 31 – лінія відведення конденсату; 32 - електричний розподільний пристрій; 33 – багерні насоси.

Паливо в залізничних вагонах (1) надходить до розвантажувальних пристроїв (2), звідки за допомогою стрічкових транспортерів (4) прямує на склад (3), зі складу паливо подається в дробильну установку (5). Є можливість подавати паливо в дробильну установку та безпосередньо від розвантажувальних пристроїв. З дробильної установки паливо надходить до бункера сирого вугілля (6), а звідти через живильники – до пилокутних млинів (7). Вугільний пил пневматично транспортується через сепаратор (8) та циклон (9) у бункер вугільного пилу (10), а звідти живильниками (11) до пальників. Повітря з циклону засмоктується млиновим вентилятором (12) і подається в камеру топки котла (13).

Гази, що утворюються при горінні в камері топки, після виходу з неї проходять послідовно газоходи котельної установки, де в пароперегрівачі (первинному і вторинному, якщо здійснюється цикл з проміжним перегрівом пари) і водяному економайзері віддають теплоту робочому тілу, а в повітропідігрівачі - подається в паровий казан повітря. Потім у золоуловлювачах (15) гази очищаються від летючої золи і через димову трубу (17) димососами (16) викидаються в атмосферу.

Шлак і зола, що випадають під камерою топки, повітропідігрівачем і золоуловлювачами, змиваються водою і по каналах надходять до багерних насосів (33), які перекачують їх на золовідвали.

Повітря, необхідне горіння, подається в воздухоподогреватели парового котла дутьевым 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) економайзер котла.

Втрати пари та конденсату заповнюються в даній схемі хімічно знесоленою водою, яка подається до лінії конденсату за конденсатором турбіни.

Охолодна вода подається в конденсатор із приймального колодязя (26) водопостачання циркуляційними насосами (25). Підігріта вода скидається в скидний колодязь того ж джерела на деякій відстані від місця забору, достатньому для того, щоб підігріта вода не підмішувалася до забирається. Пристрої хімічної обробки додаткової води перебувають у хімічному цеху (28).

У схемах може бути передбачена невелика мережна підігрівальна установка для теплофікації електростанції та прилеглого селища. До мережевих підігрівачів (29) цієї установки пара надходить від відборів турбіни, конденсат відводиться по лінії (31). Мережа вода підводиться до підігрівача і відводиться від нього трубопроводами (30).

Вироблена електрична енергія відводиться від електричного генератора до зовнішніх споживачів через електротрансформатори, що підвищують.

Для постачання електроенергією електродвигунів, освітлювальних пристроїв та приладів електростанції є електричний розподільний пристрій для власних потреб (32).

Висновок

У рефераті наведено основні принципи роботи ТЕС. Розглянуто теплову схему електростанції на прикладі роботи конденсаційної електричної станції, а також технологічну схему на прикладі електростанції, що працює на вугіллі. Показано технологічні принципи виробництва електричної енергії та теплоти.