Принцип действия тепловой электрической станции принцип действия КЭС

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТОПЛИВА

 

Размол и подсушку топлива осуществляют совместно в пылеприготовительных установках, оборудуемых мельницами различных типов.

Барабанно-шаровые мельницы (БШМ) наиболее громоздки и дороги, их целесообразно использовать только для размола топлива, бедного летучими, требующего тонкого размола и обладающего плохой размолоспособностью (за эталон размолоспособных принят, коэффициент размолоспособности АШ, как наиболее твердого топлива).

Валковые сред исходные мельницы (ВСМ) можно использовать для размола каменных углей (включая тощие), характерных малой влажностью, выходом летучих 15% (и более), допускающих умеренно тонкий размол и не очень абразивных.

Молотковые мельницы (ММ) и мельницы-вентиляторы (МВ) пригодны для размола бурых углей, сланцев и торфа. не требующих тонкого размола. При высокой влажности топлива МВ особенно предпочтительны.

Пылеприготовительные установки различают: индивидуальные, когда каждый парогенератор оборудуют своими мельницами, и с центральным пылезаводом, из которого пыль подается в бункера парогенераторов. Индивидуальные Пылеприготовительньие установки в свою очередь вьшолняют по двум основным схемам: с промежуточным бункером и с прямым вдуванием пыли в топку.

 

 

 

ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ

 

Свежий пар от парогенератора, пройдя через пароперегреватель, поступает в паровую турбину, где расширяется, производя работу. После цилиндра высокого давления турбины (ЦВД) пар на пути в конденсатор проходит через промежуточный перегреватель.

Расширение пара в турбине осуществляется в неподвижных криволинейных каналах - соплах, образующих сопловую решетку. Поток пара в такой решетке ускоряется и приобретает необходимое направление для входа в каналы рабочей решетки, образованной рабочими лопатками. Рабочие лопатки укреплены на ободе дисков ротора турбины. Протекая по криволинейным каналам между рабочими лопатками, струи пара создают усилия, вращающие ротор. В сопловых решетках происходит преобразование потенциальной энергии пара в кинетическую, а на рабочих решетках кинетическая энергия преобразуется в механическую энергию. Расширение пара в сопловых решетках сопровождается падением его давления, температуры и теплосодержания и увеличением объема, и проходные сечения проточной части турбины возрастают от ступени к ступени. Например, в 12 ступенях цилиндра высокого давления (ЦВД) турбины 300 МВт ЛМЗ пар расширяется при номинальной нагрузке от 235,2 до 39,2 бар, охлаждаясь с 560 до 315 °С, причем удельный объем пара увеличивается с 0,0 14 до 0,062 м3/кг, т. е. в 4,4 раза. Значительно больше увеличивается объем пара при последующем его расширении в 12 ступенях части среднего давления (ЧСД) и затем в 5 ступенях - части низкого давления (ЧНД).

Описанный процесс расширения пара - только в неподвижных сопловых решетках — характерен для турбин Лаваля - турбин активного типа.

Густав де Лавалъ (1845—1913) — шведский инженер. Построил первую паровую турбину активного типа, применив расширяющиеся сопла, поверхностный конденсатор и другие элементы, используемые и в современном турбостроении.

Современные активные турбины имеют то основное отличие от турбин Лаваля, что пар расширяется не в одной ступени, а в ряде ступеней, расположенных друг за другом. Для обеспечения высокого к.п.д. турбинной ступени необходимо выдержать определенное соотношение между окружной скоростью движущихся лопаток и абсолютной скоростью истечения пара из сопла. В многоступенчатой турбине удается обеспечить это наивыгоднейшее соотношение при любых параметрах свежего пара и умеренной частоте вращения ротора (например, 3000 об/мин у паровых турбин для привода электрических генераторов на КЭС). Турбины Лаваля уже при низком давлении свежего пара имели до 32000 об/мин и между турбиной и приводной машиной приходилось применять редукторную передачу.

Турбины на КЭС работают с постоянной частотой вращения, обеспечиваемой автоматическим регулированием. При изменении нагрузки генератора приходится изменять расход протекающего через турбину пара, что осуществляется системой парораспределения турбины.

Сопловое парораспределение преследует цель минимального мятия пара при частичных нагрузках; оно применено во всех отечественных конденсационных турбинах большой мощности, кроме машины 1 200 МВт, для которой расчетный выигрыш в удельном расходе тепла не оправдывается усложнением и удорожанием конструкции. При сопловом парораспределении предусматривают несколько регулирующих клапанов, каждый из которых обслуживает свою часть сопловой решетки.первой — регулирующей ступени ЦВД.

За последние 25 лет у турбин, изготовленных ЛМЗ, увеличили длину лопатки последней ступени с 665 до 960 мм (рис. 4), торцевую площадь одного выхлопа с 4,2 до 7,48 м² и число выхлопов — с одного (у турбины 50 МВт) до восьми (у двухвальной турбины 800 МВт). Применение двухвальной конструкции было вынужденным, т.к. в то время отсутствовал электрический генератор мощностью 800 МВт. Позднее была изготовлена одновальная турбина той же мощности, у которой число выхлопов уменьшено до шести, но с небольшим понижением к.п.д. По всем конструктивным показателям последняя турбина, естественно, превосходит двухвальную.

Для следующего поколения турбин ЛМЗ разработал лопатку длиной 1 200 мм, обеспечивающую площадь одного выхлопа 10,9 м² и позволившую создать одновальную турбину мощностью 1 200 МВт при шести выхлопах. Прочность легированных сталей оказывается недостаточной для таких длинных лопаток и их изготовляют из титановых сплавов. Заметим, что использование лопаток 1 200 мм позволит сократить число цилиндров низкого давления (ЦНД) у турбины 800 МВт до двух с четырьмя выхлопами.

Конденсационные турбины мощных энергоблоков изготовляет также ХТГЗ. Эти турбины мощностью 300 и 500 МВт имеют лопатки последней ступени длиной 1050 мм.

Поскольку работоспособность пара падает по мере снижения его давления, мощность, развиваемая в ЦИД, оказывается наименьшей. Например, в одновальной турбине 800 МВт мощности отдельных цилиндров равны: ЦВД — 266, ЦСД — 304, ЦИД — 77Х3 МВт.

С увеличением числа и площади выхлопов и числа цилиндров турбины растет и ее длина. Так, турбина ЛМЗ мощностью 300 МВт имеет три цилиндра и общую длину 21,3 м (рис.5), а одновальная турбина 800 МВт — пять цилиндров при длине 39,75 м и, наконец, турбина 1 200 МВт при том же числе цилиндров имеет длину 45,6 м. У турбины 300 МВт в среднем цилиндре располагается часть среднего давления (после промежуточного перегрева) и одна из трех частей низкого давления. У более мощных одновальных турбин.

рис. 4. Конструктивные схемы паровых турбин ЛМЗ.
а—турбина 300 МВт
б—турбина800МВт
в— лопатка последней ступени длиной 960 мм.

 

Трансформатор

 

Широкое распространение переменного тока в электроэнергетике обусловлено возможностью получения наиболее простых конструкций электрических машин, работа которых основывается на наведении ЭДС переменным магнитным потокам. Еще одно преимущество переменного тока простота преобразования напряжения, что важно для передачи электрической энергии на расстояние. Изменение напряжения и тока производится в трансформаторах.

 

 

Тип ТДЦГ-400000/220 АТДЦТГ240000/З 30

Изготовитель Запорожский трансформаторный завод

Мощность, Мва 400 240

Напряжение, кв 220/20 330/220/35

 

Котел

 

Тип ТПП-110 ТПП-210

Изготовитель Таганрогский котельный завод «Красный

котельщик»

Паропроизводительность, т/ч 950

Давление пара на выходе из котла, ата 255

Температура пара на выходе из котла, °С 565

Температура пара за промежуточным

пароперегревателем, °С 570

Температура питательной воды, °С 260

Расход топлива, т/ч 116

КПД (брутто) котельного агрегата, % 90,6

Теплонапряжение топочного

объема, ккал/м³ч 146,5х103

Температура уходящих газов, °С 121

 

Рис. 9. Поперечный разрез котлоагрегата ТПП-110

 

 

- Скалкин Ф.В. и др. Энергетика и окружающая среда. - Л: Энергоиздат, 1981.

- Новиков Ю.В. Охрана окружающей среды. - М: Высш. шк., 1987.

- Стадницкий Г.В. Экология: учебник для ВУЗов. СПб: Химиздат, 2001.

- С.И.Розанов. Общая экология. СИб.: Издательство «Лань», 2003.

- Алисов Н.В., Хорев Б.С. Экономическая и социальная география мира. М.: Гардарики, 2001.

- Интернет-газета ОРЕN.ВY.

 

 

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ КЭС

 

Тепловые паротурбинные электростанции (ТЭС) разделяются на два основных типа конденсационные (КЭС) и теплофикационные (ТЭЦ).

Принцип действия тепловой конденсационной электрической станции (КЭС) основан на трехкратном превращении энергии (рис. 1). Сначала химическая энергия топлива превращается в тепловую энергию топочных газов в топке парогенератора 1 вырабатывающего водяной пар. Тепловая энергия, аккумулированная водяным паром, преобразуется в паровой турбине 2 в механическую энергию (пар, расширяясь в турбине, вращает ее ротор), и, наконец, механическая энергия преобразуется в электрическую в генераторе 3, вал которого жестко связан с валом турбины. Цикл заканчивается в конденсаторе 4 конденсацией отработавшего в турбине пара, откуда конденсат возвращается конденсатным насосом 5 в питательный бак 6 и затем подается питательным насосом 7 в парогенератор. Для охлаждения конденсатора используется вода из водохранилища или реки, подаваемая циркуляционным насосом 8.

Каждое превращение энергии связано с потерями. Так, в парогенераторе часть тепла топлива теряется из-за неполноты сгорания, другая часть — с горячими продуктами сгорания, выбрасываемыми в дымовую трубу. В турбинной установке часть тепла водяного пара теряется при нагреве циркуляционной воды, охлаждавшей конденсатор. В генераторе часть механической энергии расходуется на нагрев обмоток. Кроме того, имеются потери механической энергии в подшипниках турбины и генератора, а также потери тепла в окружающую среду от нагретых наружных поверхностей оборудования и трубопроводов. Наконец, часть выработанной электрической энергии расходуется на приведение в действие многочисленных механизмов собственных нужд электростанции.

Лучшие современные КЭС имеют коэффициент полезного действия (к.п.д.), т. е. используют не более 40% тепла сжигаемого топлива. Но и этот к. п. д. был достигнут в результате длительного периода усовершенствования конструкции оборудования и усложнения схемы электростанции. При этом следует отметить, что хотя работа над повышением к.п.д. тепловых электростанций непрерывно продолжается, выигрыш от уменьшения расхода топлива на единицу продукции - 1 кВт/ч отпущенной электроэнергии - становится относительно все меньше.

Каков же максимальный к. п. д., который может быть достигнут в теплосиловом цикле?

Еще в 1824 г. Карно доказал, что к.п.д. идеальной тепловой машины зависит только от абсолютных температур двух источников тепла: горячего (нагревателя) Т1 и холодного (холодильника) Т2 и эта зависимость выражается формулой

Эта формула показывает прежде всего, что к.п.д., теплового двигателя всегда будет меньше единицы и что потери тепла равны отношению абсолютных температур холодильника и нагревателя.

Например, при стандартной в настоящее время абсолютной температуре поступающего в турбину пара Т1 =565 + 273= 838 К и абсолютной температуре в конденсаторе Т2= 30 + 273= 303 К потери составят:
303:838= 0,36, т. е. 36%,
а к. п. д. идеальной тепловой машины, работающей при таких условиях, не может быть выше
1—0,36= 0,64, т. е. 64%.

Карно показал таким образом, что даже в идеальной машине неизбежна потеря тепла в холодном источнике. В нашем примере эта потеря составляет 36%’, т.е. более 1/3 части тепла, выделившегося при сжигании топлива.

Карно Сади (1796 - 1832) - военный инженер и физик. Написал единственное произведение «Размышления О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». В этом сочинении Карно показал, каким должен быть простейший цикл преобразования тепловой энергии в механическую для получения наивысшего к. п. д.

В первых тепловых машинах делались попытки реализовать цикл превращения энергии в одной машине — двигателе при попеременном испарении воды и конденсации здесь же отработавшего пара, Но такие машины оказались неработоспособными.
Наш соотечественник И. И. Ползунов внес неоценимый вклад в создание реального теплосилового цикла.

Ползунов Иван Иванович (1728—1 766) —выдаю щийся теплотехник, один из изобретателей универсального теплового двигателя, строитель первой в России паросиловой установки, автор первого в мире проекта поршневого двигателя (1763).

Ползунов предложил разделить весь процесс превращения энергии между тремя аппаратами: паровым котлом (парогенератором), паровой машиной и конденсатором. Такое разделение сохранилось и до настоящего времени.

рис. 1. Технологическая схема простейшей паротурбинной установки.

 

рис. 2. Тепловая схема блока ЗОО Мвт

1 — котел; 2 — турбина; З — генератор; 4 конденсатор;

5 — конденсатные насосы; б — подогреватели низкого давления;

7 — деаэраторы; 8 — бустерные насосы; 9 — питательный электронасос;

10 — питательный турбонасос; 11— подогреватели высокого давления

 

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ТОПЛИВА

 

Размол и подсушку топлива осуществляют совместно в пылеприготовительных установках, оборудуемых мельницами различных типов.

Барабанно-шаровые мельницы (БШМ) наиболее громоздки и дороги, их целесообразно использовать только для размола топлива, бедного летучими, требующего тонкого размола и обладающего плохой размолоспособностью (за эталон размолоспособных принят, коэффициент размолоспособности АШ, как наиболее твердого топлива).

Валковые сред исходные мельницы (ВСМ) можно использовать для размола каменных углей (включая тощие), характерных малой влажностью, выходом летучих 15% (и более), допускающих умеренно тонкий размол и не очень абразивных.

Молотковые мельницы (ММ) и мельницы-вентиляторы (МВ) пригодны для размола бурых углей, сланцев и торфа. не требующих тонкого размола. При высокой влажности топлива МВ особенно предпочтительны.

Пылеприготовительные установки различают: индивидуальные, когда каждый парогенератор оборудуют своими мельницами, и с центральным пылезаводом, из которого пыль подается в бункера парогенераторов. Индивидуальные Пылеприготовительньие установки в свою очередь вьшолняют по двум основным схемам: с промежуточным бункером и с прямым вдуванием пыли в топку.