Топлоелектрически централи. Какво е ТЕЦ

Топлоелектрическите централи могат да бъдат оборудвани с парни и газови турбини, с двигатели с вътрешно горене. Най-разпространени са топлоцентралите с парни турбини, които от своя страна се делят на: кондензиращ (KES)— цялата пара, в която, с изключение на малки части за загряване на захранваща вода, се използва за въртене на турбината и генериране на електрическа енергия; топлофикационни централи- централи за комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия (CHP), които са източник на енергия за потребителите на електрическа и топлинна енергия и са разположени в района на тяхното потребление.

Кондензационни електроцентрали

Кондензационните електроцентрали често се наричат държавни електроцентрали (GRES). IES са разположени главно в близост до зони за добив на гориво или резервоари, използвани за охлаждане и кондензиране на пара, изпускана от турбините.

Характеристики на кондензационните електроцентрали

в по-голямата си част има значително разстояние от потребителите на електрическа енергия, което налага необходимостта от пренос на електроенергия предимно при напрежения 110-750 kV;
блоков принцип на изграждане на станцията, който осигурява значителни технически и икономически предимства, състоящи се в повишаване на експлоатационната надеждност и улесняване на експлоатацията и намаляване на обема на строително-монтажните работи.
Механизмите и съоръженията, които осигуряват нормалното функциониране на станцията, съставляват нейната система.

IES може да работи на твърдо (въглища, торф), течно (мазут, нафта) гориво или газ.

Доставката и подготовката на твърдо гориво се състои в транспортирането му от складовете до системата за подготовка на горивото. При тази система горивото се довежда до пулверизирано състояние с цел по-нататъшното му впръскване в горелките на пещта на котела. За да поддържа процеса на горене, специален вентилатор нагнетява въздух в горивната камера, загрят от отработените газове, които се изсмукват от горивната камера от димоотвод.

Течното гориво се подава към горелките директно от склада в загрята форма от специални помпи.

Подготовката на газовото гориво се състои главно в регулиране на налягането на газа преди изгаряне. Газът от находището или хранилището се транспортира по газопровод до газоразпределителната точка (ГРП) на станцията. Газоразпределението и регулирането на неговите параметри се извършват на мястото на хидравличното разбиване.

Процеси във веригата пара-вода

Основната верига пара-вода извършва следните процеси:

Изгарянето на гориво в горивната камера е придружено от отделяне на топлина, която загрява водата, протичаща в тръбите на котела.
Водата се превръща в пара с налягане 13...25 MPa при температура 540..560 °C.
Парата, произведена в котела, се подава към турбината, където извършва механична работа - върти вала на турбината. В резултат на това роторът на генератора, разположен на общ вал с турбината, също се върти.
Отработената в турбината пара с налягане 0,003...0,005 MPa при температура 120...140°C постъпва в кондензатора, където се превръща във вода, която се изпомпва в деаератора.
В деаератора се отстраняват разтворените газове и най-вече кислородът, който е опасен поради корозивната си активност Системата за циркулационно водоснабдяване осигурява охлаждане на парата в кондензатора с вода от външен източник (резервоар, река, артезиански кладенец) . Охладената вода с температура не по-висока от 25...36 °C на изхода на кондензатора се изпуска във водоснабдителната система.

Интересно видео за работата на топлоелектрическата централа можете да видите по-долу:

За компенсиране на загубите на пара, подхранващата вода, която преди това е преминала през химическо пречистване, се подава към главната система пара-вода чрез помпа.

Трябва да се отбележи, че за нормалната работа на пароводни инсталации, особено със свръхкритични параметри на парата, е важно качеството на водата, подадена към котела, поради което кондензатът на турбината се пропуска през система от обезсоляващи филтри. Системата за пречистване на водата е предназначена за пречистване на подхранваща и кондензирана вода и отстраняване на разтворените газове от нея.

В станциите, използващи твърдо гориво, продуктите от горенето под формата на шлака и пепел се отстраняват от пещта на котела чрез специална система за отстраняване на шлака и пепел, оборудвана със специални помпи.

При изгаряне на газ и мазут такава система не е необходима.

В IES има значителни загуби на енергия. Топлинните загуби са особено високи в кондензатора (до 40..50% от общото количество топлина, отделена в пещта), както и с отработените газове (до 10%). Ефективността на съвременните IES с високи параметри на налягането на парата и температурата достига 42%.

Електрическата част на ИЕС представлява съвкупност от основно електрическо оборудване (генератори, ) и електрическо оборудване за спомагателни нужди, включващо шини, комутационна и друга апаратура с всички изградени връзки между тях.

Генераторите на станцията са свързани в блокове с повишаващи трансформатори без устройства между тях.

В тази връзка в ИЕС не се изгражда уредба за генераторно напрежение.

Разпределителните уредби за 110-750 kV, в зависимост от броя на връзките, напрежението, предаваната мощност и необходимото ниво на надеждност, се изработват съгласно стандартни електрически схеми на свързване. Кръстосаните връзки между блоковете се извършват само в разпределителни уредби от най-високо ниво или в електроенергийната система, както и за гориво, вода и пара.

В тази връзка всеки енергоблок може да се разглежда като отделна автономна станция.

За осигуряване на електроенергия за собствените нужди на станцията се правят кранове от генераторите на всеки блок. Генераторното напрежение се използва за захранване на мощни електродвигатели (200 kW или повече), докато за захранване на двигатели с по-малка мощност и осветителни инсталации се използва система 380/220 V. Електрическите вериги за собствените нужди на станцията могат да бъдат различни.

Още едно интересно видео за работата на ТЕЦ отвътре:

Комбинирани топлоелектрически централи

Топлоелектрическите централи, като източници на комбинирано производство на електрическа и топлинна енергия, имат значително по-голям КЕС (до 75%). Това се обяснява с това. че част от парата, отделена в турбините, се използва за нуждите на промишленото производство (технология), отопление и топла вода.

Тази пара се доставя директно за промишлени и битови нужди или се използва частично за предварително загряване на вода в специални котли (нагреватели), от които водата се изпраща през отоплителната мрежа към потребителите на топлинна енергия.

Основната разлика между технологията за производство на енергия в сравнение с IES е спецификата на веригата пара-вода. Осигуряване на междинно извличане на турбинна пара, както и в метода на доставка на енергия, според който основната част от нея се разпределя на напрежението на генератора чрез генераторно разпределително устройство (GRU).

Комуникацията с други централи на електроенергийната система се осъществява при повишено напрежение чрез повишаващи трансформатори. По време на ремонт или аварийно изключване на един генератор, липсващата мощност може да бъде прехвърлена от електроенергийната система чрез същите трансформатори.

За повишаване на надеждността на работата на когенерацията е предвидено разделяне на шините.

Така при авария на гума и последващ ремонт на една от секциите, втората секция остава да работи и захранва консуматорите през останалите захранвани линии.

Съгласно такива схеми се изграждат промишлени с генератори до 60 MW, предназначени да захранват локални товари в радиус от 10 km.

Големите съвременни използват генератори с мощност до 250 MW с обща мощност на станцията 500-2500 MW.

Те са изградени извън границите на града и електричеството се пренася на напрежение 35-220 kV, не е предвидено ГРУ, всички генератори са свързани в блокове с повишаващи трансформатори. Ако е необходимо да се осигури захранване на малък локален товар в близост до блоковото натоварване, между генератора и трансформатора се осигуряват кранове от блоковете. Възможни са и комбинирани схеми на станции, в които има главно разпределително устройство и няколко генератора, свързани по блокови схеми.

Електрическа централа е електроцентрала, която преобразува естествената енергия в електрическа енергия. Най-разпространени са топлоелектрическите централи (ТЕЦ), които използват топлинна енергия, отделена при изгаряне на органично гориво (твърдо, течно и газообразно).

Топлоелектрическите централи генерират около 76% от електроенергията, произведена на нашата планета. Това се дължи на наличието на изкопаеми горива в почти всички области на нашата планета; възможността за транспортиране на органично гориво от мястото на добив до електроцентрала, разположена в близост до потребители на енергия; технически прогрес в ТЕЦ, осигуряващ изграждането на ТЕЦ с висока мощност; възможността за използване на отпадъчната топлина от работния флуид и доставянето й на потребителите, освен електрическа енергия, също и топлинна енергия (с пара или гореща вода) и др.

Високото техническо ниво на енергия може да бъде осигурено само с хармонична структура на генериращите мощности: енергийната система трябва да включва атомни електроцентрали, които генерират евтина електроенергия, но имат сериозни ограничения в обхвата и скоростта на промяна на натоварването, и топлоелектрически централи, които захранват топлинна и електрическа енергия, чието количество зависи от търсенето на енергия, топлинна енергия и мощни парни турбини, работещи с тежки горива, и мобилни автономни газови турбини, които покриват краткотрайни пикове на натоварване.

1.1 Видове електрически централи и техните характеристики.

На фиг. 1 е представена класификацията на ТЕЦ, използващи изкопаеми горива.

Фиг. 1. Видове топлоелектрически централи, използващи изкопаеми горива.

Фиг.2 Принципна топлинна схема на ТЕЦ

1 – парен котел; 2 – турбина; 3 – електрически генератор; 4 – кондензатор; 5 – кондензна помпа; 6 – нагреватели с ниско налягане; 7 – обезвъздушител; 8 – захранваща помпа; 9 – нагреватели за високо налягане; 10 – дренажна помпа.

Топлоелектрическата централа е комплекс от оборудване и устройства, които преобразуват енергията на горивото в електрическа и (като цяло) топлинна енергия.

Топлоелектрическите централи се характеризират с голямо разнообразие и могат да бъдат класифицирани по различни критерии.

Според предназначението и вида на доставяната енергия централите се делят на регионални и индустриални.

Районните електроцентрали са независими обществени електроцентрали, които обслужват всички видове потребители в района (промишлени предприятия, транспорт, население и др.). Районните кондензационни електроцентрали, които произвеждат основно електроенергия, често запазват историческото си име - GRES (държавни районни електроцентрали). Електрическите централи, които произвеждат електрическа и топлинна енергия (под формата на пара или гореща вода), се наричат централи за комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия (CHP). По правило държавните районни електроцентрали и районните топлоелектрически централи имат мощност над 1 милион kW.

Индустриалните електроцентрали са електроцентрали, които доставят топлинна и електрическа енергия на конкретни производствени предприятия или техния комплекс, например завод за химическо производство. Индустриалните електроцентрали са част от индустриалните предприятия, които обслужват. Техният капацитет се определя от нуждите на промишлените предприятия от топлинна и електрическа енергия и като правило е значително по-малък от този на районните ТЕЦ. Често промишлените електроцентрали работят в общата електрическа мрежа, но не са подчинени на диспечера на електроенергийната система.

Въз основа на вида на използваното гориво топлоелектрическите централи се разделят на електроцентрали, работещи с изкопаеми горива и ядрено гориво.

Кондензационните електроцентрали, работещи на изкопаеми горива, по времето, когато не е имало атомни електроцентрали (АЕЦ), исторически са били наричани топлоелектрически централи (ТЕС - топлоелектрическа централа). Именно в този смисъл този термин ще бъде използван по-долу, въпреки че топлоелектрическите централи, атомните електроцентрали, газотурбинните електроцентрали (GTPP) и електроцентралите с комбиниран цикъл (CGPP) също са топлоелектрически централи, работещи на принципа на преобразуване на топлинна енергия. енергия в електрическа енергия.

Като органично гориво за ТЕЦ се използват газообразни, течни и твърди горива. Повечето топлоелектрически централи в Русия, особено в европейската част, консумират природен газ като основно гориво и мазут като резервно гориво, като последното се използва поради високата му цена само в крайни случаи; Такива топлоелектрически централи се наричат газомаслени електроцентрали. В много региони, главно в азиатската част на Русия, основното гориво са топлинните въглища - нискокалорични въглища или отпадъци от добива на висококалорични въглища (антрацитни въглища - ASh). Тъй като преди изгарянето такива въглища се смилат в специални мелници до прахообразно състояние, такива топлоелектрически централи се наричат въглищен прах.

Въз основа на вида на топлоелектрическите централи, използвани в топлоелектрическите централи за преобразуване на топлинната енергия в механична енергия на въртене на роторите на турбинните агрегати, се разграничават парни турбини, газови турбини и електроцентрали с комбиниран цикъл.

Основата на парните турбинни електроцентрали са парните турбинни агрегати (STU), които използват най-сложната, най-мощна и изключително модерна енергийна машина - парна турбина - за преобразуване на топлинната енергия в механична енергия. PTU е основният елемент на топлоелектрически централи, комбинирани топлоелектрически централи и атомни електроцентрали.

STP, които имат кондензационни турбини като двигател за електрически генератори и не използват топлината на отработената пара за доставяне на топлинна енергия на външни потребители, се наричат кондензационни електроцентрали. STU, оборудвани с нагревателни турбини и освобождаващи топлината на отработената пара към промишлени или общински потребители, се наричат комбинирани топлоелектрически централи (CHP).

Газотурбинните топлоелектрически централи (ГТЕЦ) са оборудвани с газотурбинни агрегати (ГТУ), работещи с газообразно или, в краен случай, течно (дизелово) гориво. Тъй като температурата на газовете зад газовата турбина е доста висока, те могат да се използват за доставка на топлинна енергия на външни потребители. Такива електроцентрали се наричат GTU-CHP. В момента в Русия има една газотурбинна електроцентрала (GRES-3 на името на Klasson, Електрогорск, Московска област) с мощност 600 MW и една газотурбинна когенерационна централа (в град Електростал, Московска област).

Традиционният модерен газотурбинен агрегат (GTU) е комбинация от въздушен компресор, горивна камера и газова турбина, както и спомагателни системи, които осигуряват неговата работа. Комбинацията от газотурбинен агрегат и електрически генератор се нарича газотурбинен агрегат.

Топлоелектрическите централи с комбиниран цикъл са оборудвани с газови агрегати с комбиниран цикъл (CCG), които са комбинация от газови турбини и парни турбини, което позволява висока ефективност. Инсталациите CCGT-CHP могат да бъдат проектирани като кондензационни инсталации (CCP-CHP) и с топлинна енергия (CCP-CHP). Понастоящем четири нови централи CCGT-CHP работят в Русия (Северо-западна ТЕЦ на Санкт Петербург, Калининградская, ТЕЦ-27 на OJSC Mosenergo и Sochinskaya), а също така е изградена когенерационна централа в Тюменската ТЕЦ. През 2007 г. е пусната в експлоатация Ивановската ПГУТ-КЕС.

Модулните топлоелектрически централи се състоят от отделни, обикновено еднотипни, електроцентрали - енергийни блокове. В енергоблока всеки котел подава пара само към своята турбина, от която се връща след кондензация само към своя котел. Всички мощни държавни централи и ТЕЦ, които имат така нареченото междинно прегряване на парата, се изграждат по блокова схема. Работата на котли и турбини в топлоелектрически централи с кръстосани връзки се осигурява по различен начин: всички котли на топлоелектрическата централа подават пара към един общ паропровод (колектор) и всички парни турбини на топлоелектрическата централа се захранват от него. По тази схема се изграждат КЕС без междинно прегряване и почти всички когенерационни инсталации с подкритични начални параметри на парата.

Въз основа на нивото на първоначалното налягане се разграничават топлоелектрически централи с подкритично налягане, суперкритично налягане (SCP) и суперсуперкритични параметри (SSCP).

Критичното налягане е 22,1 MPa (225,6 at). В руската топлоенергетика първоначалните параметри са стандартизирани: топлоелектрическите централи и комбинираните топло- и електрически централи са изградени за подкритично налягане от 8,8 и 12,8 MPa (90 и 130 atm), а за SKD - 23,5 MPa (240 atm) . По технически причини ТЕЦ със свръхкритични параметри се захранват с междинно прегряване и по блокова схема. Суперсуперкритичните параметри обикновено включват налягане над 24 MPa (до 35 MPa) и температура над 5600C (до 6200C), чието използване изисква нови материали и нови конструкции на оборудването. Често ТЕЦ или ТЕЦ за различни нива на параметри се изграждат на няколко етапа - в опашки, чиито параметри нарастват с въвеждането на всяка нова опашка.

Съвременният свят изисква огромно количество енергия (електрическа и топлинна), която се произвежда в електроцентрали от различни видове.

Човекът се е научил да извлича енергия от няколко източника (въглеводородно гориво, ядрени ресурси, падаща вода, вятър и др.) Въпреки това, до ден днешен топлинните и атомните електроцентрали, които ще бъдат обсъдени, остават най-популярните и ефективни.

Какво е атомна електроцентрала?

Атомната електроцентрала (АЕЦ) е съоръжение, което използва реакцията на разпадане на ядреното гориво за производство на енергия.

Опитите за използване на контролирана (т.е. контролирана, предвидима) ядрена реакция за генериране на електричество са направени от съветски и американски учени едновременно - през 40-те години на миналия век. През 50-те години „мирният атом“ става реалност и в много страни по света започват да се строят атомни електроцентрали.

Централното звено на всяка атомна електроцентрала е ядрената инсталация, в която протича реакцията. Когато радиоактивните вещества се разпадат, се отделя огромно количество топлина. Освободената топлинна енергия се използва за загряване на охлаждащата течност (обикновено вода), която от своя страна загрява водата от втория кръг, докато се превърне в пара. Горещата пара върти турбините, което води до генериране на електричество.

По света продължават дебатите относно осъществимостта на използването на ядрена енергия за производство на електроенергия. Поддръжниците на атомните електроцентрали говорят за тяхната висока производителност, безопасността на последното поколение реактори и факта, че такива електроцентрали не замърсяват околната среда. Противниците твърдят, че атомните електроцентрали са потенциално изключително опасни и тяхната експлоатация и особено погребването на отработеното гориво са свързани с огромни разходи.

Какво е ТЕС?

Най-традиционният и разпространен вид електроцентрали в света са топлоелектрическите централи. Топлоелектрическите централи (както е съкращението) генерират електричество чрез изгаряне на въглеводородни горива - газ, въглища, мазут.

Схемата на работа на топлоелектрическа централа е следната: при изгаряне на гориво се генерира голямо количество топлинна енергия, с помощта на която се загрява водата. Водата се превръща в прегрята пара, която се подава към турбогенератора. Въртейки се, турбините задвижват частите на електрическия генератор, генерирайки електрическа енергия.

В някои топлоелектрически централи фазата на топлопредаване към охлаждащата течност (вода) отсъства. Те използват газотурбинни агрегати, при които турбината се върти от газове, получени директно от изгарянето на гориво.

Значително предимство на топлоелектрическите централи е наличието и относителната евтиност на горивото. Термостанциите обаче имат и недостатъци. Това е на първо място екологична заплаха за околната среда. При изгаряне на гориво в атмосферата се отделят големи количества вредни вещества. За да се направят топлоелектрическите централи по-безопасни, се използват редица методи, включително: обогатяване на горивото, инсталиране на специални филтри, които улавят вредни съединения, използване на рециркулация на димните газове и др.

Какво е CHP?

Самото име на този обект прилича на предишното и всъщност топлоелектрическите централи, като топлоелектрическите централи, преобразуват топлинната енергия на изгореното гориво. Но освен електричество, централите за комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия (CHP означава) доставят топлина на потребителите. Когенерационните инсталации са особено подходящи в зони със студен климат, където е необходимо да се осигурят топлина на жилищни сгради и промишлени сгради. Ето защо в Русия има толкова много топлоелектрически централи, където традиционно се използват централно отопление и водоснабдяване на градовете.

Според принципа на работа топлоелектрическите централи се класифицират като кондензационни централи, но за разлика от тях, при топлоелектрическите централи част от генерираната топлинна енергия се използва за производство на електроенергия, а другата част се използва за отопление на охлаждащата течност, която се доставя на потребителя.

CHP е по-ефективен в сравнение с конвенционалните топлоелектрически централи, тъй като ви позволява да използвате получената енергия максимално. В крайна сметка, след въртенето на електрическия генератор, парата остава гореща и тази енергия може да се използва за отопление.

В допълнение към топлоелектрическите централи има атомни топлоелектрически централи, които в бъдеще трябва да играят водеща роля в електро- и топлоснабдяването на северните градове.

Основният тип електроцентрали в Русия са топлоелектрическите централи (CHP). Тези инсталации генерират приблизително 67% от електроенергията в Русия. Разположението им се влияе от факторите на горивото и потреблението. Най-мощните електроцентрали са разположени на места, където се произвежда гориво. Топлоелектрическите централи, използващи висококалорично транспортируемо гориво, са насочени към потребителите.

Топлоелектрическите централи използват широко достъпни горивни ресурси, разположени са сравнително свободно и могат да генерират електроенергия без сезонни колебания. Изграждането им се извършва бързо и включва по-малко разходи за труд и материали. Но ТЕЦ има значителни недостатъци. Те използват невъзобновяеми ресурси, имат ниска ефективност (30-35%) и имат изключително негативно въздействие върху околната среда. Топлоелектрическите централи по света отделят годишно 200-250 милиона тона пепел и около 60 милиона тона серен диоксид 6 в атмосферата, а също така абсорбират огромни количества кислород. Установено е, че въглищата в микродози почти винаги съдържат U 238, Th 232 и радиоактивен въглероден изотоп. Повечето топлоелектрически централи в Русия не са оборудвани с ефективни системи за пречистване на димните газове от серни и азотни оксиди. Въпреки че инсталациите, работещи с природен газ, са много по-чисти от гледна точка на околната среда от инсталациите за въглища, шисти и мазут, инсталирането на газопроводи (особено в северните райони) вреди на околната среда.

ТЕЦе комплекс от оборудване и устройства, които преобразуват енергията на горивото в електрическа и (като цяло) топлинна енергия.

1. Според предназначението и вида на доставяната енергия електроцентралите се делят на регионални и индустриални.

Районните електроцентрали са независими обществени електроцентрали, които обслужват всички видове потребители в района (промишлени предприятия, транспорт, население и др.). Районните кондензационни електроцентрали, които произвеждат основно електроенергия, често запазват историческото си име - GRES (държавни районни електроцентрали). Електрическите централи, които произвеждат електрическа и топлинна енергия (под формата на пара или гореща вода), се наричат централи за комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия (CHP). Когенерационните централи са инсталации за комбинирано производство на електроенергия и топлина. Тяхната ефективност достига 70% срещу 30-35% за IES. Когенерационните централи са обвързани с потребителите, т.к Радиусът на топлообмен (пара, гореща вода) е 15-20 км. Максималната мощност на когенерационна инсталация е по-малка от тази на когенерационната централа.

По правило държавните районни електроцентрали и районните топлоелектрически централи имат мощност над 1 милион kW.

2. Въз основа на вида на използваното гориво топлоелектрическите централи се разделят на електроцентрали, работещи с органично гориво и ядрено гориво.

Наричат се топлоелектрически централи, работещи с изкопаеми горива кондензационни електроцентрали (CPS). Ядреното гориво се използва в атомните електроцентрали (АЕЦ). Именно в този смисъл този термин ще бъде използван по-долу, въпреки че топлоелектрическите централи, атомните електроцентрали, газотурбинните електроцентрали (GTPP) и електроцентралите с комбиниран цикъл (CGPP) също са топлоелектрически централи, работещи на принципа на преобразуване на топлинна енергия. енергия в електрическа енергия.

Основна роля сред топлинните инсталации играят кондензационните електроцентрали (CPS). Те гравитират както към източниците на гориво, така и към потребителите, поради което са много разпространени. Колкото по-голям е IES, толкова по-далеч може да предава електричество, т.е. С увеличаване на мощността се увеличава влиянието на фактора гориво и енергия.

Като органично гориво за ТЕЦ се използват газообразни, течни и твърди горива. Фокусът върху горивните бази възниква при наличието на евтини и непреносими горивни ресурси (кафяви въглища от Канско-Ачинския басейн) или в случай на електроцентрали, използващи торф, шисти и мазут (такива CPP обикновено се свързват с центрове за рафиниране на нефт ). Повечето топлоелектрически централи в Русия, особено в европейската част, консумират природен газ като основно гориво и мазут като резервно гориво, като последното се използва поради високата му цена само в крайни случаи; Такива топлоелектрически централи се наричат газомаслени електроцентрали. В много региони, главно в азиатската част на Русия, основното гориво са топлинните въглища - нискокалорични въглища или висококалорични въглищни отпадъци (антрацитни въглища - AS). Тъй като преди изгарянето такива въглища се смилат в специални мелници до прахообразно състояние, такива топлоелектрически централи се наричат въглищен прах.

3. Въз основа на вида на топлоелектрическите централи, използвани в топлоелектрическите централи за преобразуване на топлинната енергия в механична енергия на въртене на роторите на турбинните агрегати, се разграничават парни турбини, газови турбини и електроцентрали с комбиниран цикъл.

Газотурбинни топлоелектрически централи (ГТЕЦ)са оборудвани с газотурбинни агрегати (GTU), работещи с газообразно или, в краен случай, течно (дизелово) гориво. Тъй като температурата на газовете зад газовата турбина е доста висока, те могат да се използват за доставка на топлинна енергия на външни потребители. Такива електроцентрали се наричат GTU-CHP. В момента в Русия има една газотурбинна електроцентрала (GRES-3 на името на Klasson, Електрогорск, Московска област) с мощност 600 MW и една газотурбинна когенерационна централа (в град Електростал, Московска област).

ТЕЦ с комбиниран цикълса оборудвани с газови турбини с комбиниран цикъл (CCGT), които са комбинация от газови турбини и парни турбини, което позволява висока ефективност. Инсталациите CCGT-CHP могат да бъдат проектирани като кондензационни инсталации (CCP-CHP) и с топлинна енергия (CCP-CHP). В Русия има само една действаща CCGT-CHP (PGU-450T) с мощност 450 MW. В Държавната районна електроцентрала Невинномисск работи енергоблок ПГУ-170 с мощност 170 MW, а в Южната топлоелектрическа централа на Санкт Петербург има енергоблок ПГУ-300 с мощност 300 MW.

4. Според технологичната схема на паропроводите топлоелектрическите централи се разделят на блокови топлоелектрически централи и топлоелектрически централи с кръстосани връзки.

5. Въз основа на нивото на първоначалното налягане се разграничават топлоелектрически централи с подкритично налягане и суперкритично налягане (SCP).

Критичното налягане е 22,1 MPa (225,6 at). В руската топлоенергетика първоначалните параметри са стандартизирани: топлоелектрическите централи и комбинираните топло- и електрически централи са изградени за подкритично налягане от 8,8 и 12,8 MPa (90 и 130 atm), а за SKD - 23,5 MPa (240 atm) . ТЕЦ със свръхкритични параметри по технически причини се изпълняват с междинно прегряване и по блокова схема. Често топлоелектрическите централи или централите за комбинирано производство на топло и електрическа енергия се изграждат на няколко етапа – на опашки, чиито параметри се подобряват с въвеждането на всяка нова фаза.

Нека разгледаме типична кондензационна топлоелектрическа централа, работеща с органично гориво (фиг. 3.1).

Ориз. 3.1. Топлинен баланс на газьол и

въглищен прах (цифри в скоби) ТЕЦ

Горивото се подава към котела и за изгарянето му тук се подава окислител - въздух, съдържащ кислород. Въздухът се взема от атмосферата. В зависимост от състава и топлината на изгаряне, пълното изгаряне на 1 kg гориво изисква 10-15 kg въздух и по този начин въздухът също е естествена „суровина“ за производството на електроенергия, за доставката на която до горенето зона е необходимо да има мощни високопроизводителни компресори. В резултат на химическата реакция на горене, при която въглеродът С на горивото се превръща в оксиди CO 2 и CO, водородът H 2 във водна пара H 2 O, сярата S в оксиди SO 2 и SO 3 и т.н., изгарянето на горивото образуват се продукти – смес от различни високотемпературни газове. Именно топлинната енергия на продуктите от изгарянето на горивото е източникът на електроенергия, генерирана от топлоелектрическите централи.

След това вътре в котела топлината се прехвърля от димните газове към водата, движеща се вътре в тръбите. За съжаление, не цялата топлинна енергия, освободена в резултат на изгарянето на горивото, може да бъде прехвърлена на вода поради технически и икономически причини. Продуктите от изгарянето на горивото (димните газове), охладени до температура 130–160 °C, напускат топлоелектрическата централа през комина. Частта от топлината, отнесена от димните газове, в зависимост от вида на използваното гориво, режима на работа и качеството на работа, е 5–15%.

Част от топлинната енергия, останала вътре в котела и прехвърлена към водата, осигурява образуването на пара с високи начални параметри. Тази пара се изпраща към парна турбина. На изхода на турбината се поддържа дълбок вакуум с помощта на устройство, наречено кондензатор: налягането зад парната турбина е 3–8 kPa (припомнете си, че атмосферното налягане е на ниво от 100 kPa). Следователно парата, влизаща в турбината с високо налягане, се придвижва към кондензатора, където налягането е ниско, и се разширява. Именно разширяването на парата осигурява превръщането на нейната потенциална енергия в механична работа. Парната турбина е проектирана по такъв начин, че енергията на разширяване на парата се преобразува във въртене на нейния ротор. Роторът на турбината е свързан с ротора на електрически генератор, в чиито статорни намотки се генерира електрическа енергия, която е крайният полезен продукт (стока) от работата на топлоелектрическата централа.

Кондензаторът, който не само осигурява ниско налягане зад турбината, но също така кара парата да кондензира (превръща се във вода), изисква големи количества студена вода, за да работи. Това е третият вид „суровина“, доставяна на ТЕЦ, а за работата на ТЕЦ е не по-малко важна от горивото. Следователно топлоелектрическите централи се изграждат или в близост до съществуващи естествени водоизточници (река, море), или се изграждат изкуствени източници (хладилни басейни, охладителни кули и др.).

Основната загуба на топлина в топлоелектрическите централи се дължи на преноса на кондензационна топлина към охлаждащата вода, която след това я освобождава в околната среда. Повече от 50% от топлината, подадена към ТЕЦ с гориво, се губи с топлината на охлаждащата вода. Освен това резултатът е топлинно замърсяване на околната среда.

Част от топлинната енергия на горивото се консумира вътре в топлоелектрическата централа или под формата на топлина (например за загряване на мазут, доставен в топлоелектрическата централа в гъста форма в железопътни цистерни), или под формата на електричество ( например за задвижване на електрически двигатели за помпи за различни цели). Тази част от загубите се нарича собствени нужди.

За нормалната работа на топлоелектрическите централи, в допълнение към "суровините" (гориво, охлаждаща вода, въздух), са необходими много други материали: масло за работа на системи за смазване, регулиране и защита на турбините, реагенти (смоли) за почистване на работната течност, множество ремонтни материали.

И накрая, мощните топлоелектрически централи се обслужват от голям брой персонал, който осигурява текуща експлоатация, поддръжка на оборудването, анализ на технически и икономически показатели, доставка, управление и др. Приблизително можем да приемем, че 1 MW инсталирана мощност изисква 1 човек и следователно персоналът на мощна топлоелектрическа централа е няколко хиляди души. Всяка кондензационна парна турбина включва четири задължителни елемента:

· енергиен котел или просто котел, в който се подава захранваща вода под високо налягане, гориво и атмосферен въздух за изгаряне. В пещта на котела протича процесът на горене - химическата енергия на горивото се преобразува в топлинна и лъчиста енергия. Захранващата вода протича през тръбна система, разположена вътре в котела. Горящото гориво е мощен източник на топлина, която се предава на захранващата вода. Последният се нагрява до точка на кипене и се изпарява. Получената пара в същия котел се прегрява над точката на кипене. Тази пара с температура 540 ° C и налягане 13–24 MPa се подава към парна турбина през един или повече тръбопроводи;

· турбинен агрегат, състоящ се от парна турбина, електрически генератор и възбудител. Парна турбина, в която парата се разширява до много ниско налягане (около 20 пъти по-малко от атмосферното налягане), преобразува потенциалната енергия на компресираната и нагрята пара в кинетична енергия на въртене на ротора на турбината. Турбината задвижва електрически генератор, който преобразува кинетичната енергия на въртене на ротора на генератора в електрически ток. Електрическият генератор се състои от статор, в чиито електрически намотки се генерира ток, и ротор, който е въртящ се електромагнит, захранван от възбудител;

· Кондензаторът служи за кондензиране на парата, идваща от турбината и създаване на дълбок вакуум. Това дава възможност много значително да се намали консумацията на енергия за последващото компресиране на получената вода и в същото време да се увеличи ефективността на парата, т.е. получавате повече мощност от парата, генерирана от котела;

· захранваща помпа за подаване на захранваща вода към котела и създаване на високо налягане пред турбината.

По този начин в PTU се извършва непрекъснат цикъл на преобразуване на химическата енергия на изгореното гориво в електрическа енергия върху работния флуид.

В допълнение към изброените елементи, истинският STP допълнително съдържа голям брой помпи, топлообменници и други устройства, необходими за повишаване на неговата ефективност. Технологичният процес за производство на електроенергия в газова топлоелектрическа централа е показан на фиг. 3.2.

Основните елементи на разглежданата електроцентрала (фиг. 3.2) са котелна инсталация, която произвежда пара с високи параметри; турбина или парна турбина, която преобразува топлината на парата в механична енергия на въртене на ротора на турбината и електрически устройства (електрически генератор, трансформатор и др.), които осигуряват генериране на електроенергия.

Основният елемент на котелната инсталация е котелът. Газът за работа на котела се доставя от газоразпределителна станция, свързана към главния газопровод (не е показан на фигурата) до газоразпределителна точка (GDP) 1. Тук налягането му се намалява до няколко атмосфери и се подава към горелките 2 разположени в дъното на котела (такива горелки се наричат горелки с огнище).

Ориз. 3.2. Технологичен процес на производство на електроенергия в газови топлоелектрически централи

Самият котел е U-образна конструкция с газопроводи с правоъгълно напречно сечение. Лявата му част се нарича камина. Вътрешността на горивната камера е свободна и в нея гори гориво, в случая газ. За да направите това, специален вентилатор 28 непрекъснато подава горещ въздух към горелките, загрят във въздушния нагревател 25. На фиг. Фигура 3.2 показва така наречения въртящ се въздухонагревател, чиято топлоакумулираща опаковка се нагрява от отработените димни газове през първата половина на оборота, а през втората половина на оборота загрява въздуха, идващ от атмосферата. За повишаване на температурата на въздуха се използва рециркулация: част от димните газове, напускащи котела, се използват от специален вентилатор за рециркулация 29 се подава към основния въздух и се смесва с него. Горещият въздух се смесва с газ и се подава през горелките на котела в горивната камера - камерата, в която гори горивото. При изгаряне се образува факла, която е мощен източник на лъчиста енергия. По този начин, когато горивото гори, неговата химическа енергия се преобразува в топлинна и лъчиста енергия на факела.

Стените на пещта са облицовани с екрани 19 - тръби, към които се подава захранваща вода от економайзер 24. Диаграмата показва така наречения котел с директен поток, в екраните на който захранващата вода преминава през тръбопроводната система на котела само веднъж , се нагрява и изпарява, превръщайки се в суха наситена пара. Широко използвани са барабанни котли, в екраните на които многократно циркулира захранващата вода, а парата се отделя от котелната вода в барабана.

Пространството зад горивната камера на котела е доста плътно запълнено с тръби, вътре в които се движи пара или вода. Отвън тези тръби се измиват от горещи димни газове, които постепенно се охлаждат, докато се движат към комина 26.

Сухата наситена пара постъпва в основния паропрегревател, състоящ се от таван 20, екран 21 и конвективни 22 елементи. В главния прегревател неговата температура и следователно потенциалната енергия се повишава. Парата с високи параметри, получена на изхода на конвективния паропрегревател, напуска котела и по паропровод навлиза в парната турбина.

Мощната парна турбина обикновено се състои от няколко отделни турбини - цилиндри.

17 парата се подава към първия цилиндър - цилиндъра за високо налягане (HPC) директно от котела, поради което той има високи параметри (за SKD турбини - 23,5 MPa, 540 °C, т.е. 240 at/540 °C). На изхода от HPC налягането на парата е 3–3,5 MPa (30–35 at), а температурата е 300–340 ° C. Ако парата продължи да се разширява в турбината над тези параметри до налягането в кондензатора, тя ще стане толкова влажна, че дългосрочната работа на турбината ще бъде невъзможна поради ерозионно износване на нейните части в последния цилиндър. Следователно от HPC относително студената пара се връща обратно в котела в така наречения междинен прегревател 23. В него парата отново попада под въздействието на горещите газове на котела, температурата му се повишава до първоначалната (540 °С). °C). Получената пара се изпраща в цилиндър със средно налягане (MPC) 16. След разширяване в MPC до налягане от 0,2–0,3 MPa (2–3 at) парата влиза в един или повече идентични цилиндри с ниско налягане (LPC) 15.

Така, разширявайки се в турбината, парата върти своя ротор, свързан с ротора на електрическия генератор 14, в статорните намотки на който се генерира електрически ток. Трансформаторът повишава напрежението си, за да намали загубите в електропроводите, прехвърля част от генерираната енергия за захранване на собствените нужди на топлоелектрическата централа, а останалата част от електроенергията отдава в електроенергийната система.

Както котелът, така и турбината могат да работят само с много висококачествена захранваща вода и пара, допускащи само незначителни примеси от други вещества. Освен това консумацията на пара е огромна (например в енергоблок от 1200 MW повече от 1 тон вода се изпарява, преминава през турбината и кондензира за 1 секунда). Следователно нормалната работа на силовия агрегат е възможна само чрез създаване на затворен цикъл на циркулация на работния флуид с висока чистота.

Парата, напускаща турбината LPC, влиза в кондензатор 12 - топлообменник, през тръбите на който непрекъснато тече охлаждаща вода, доставяна от циркулационна помпа 9 от река, резервоар или специално охлаждащо устройство (охладителна кула).

Охладителната кула е стоманобетонна куха изпускателна кула (фиг. 3.3) с височина до 150 m и диаметър на изхода 40–70 m, което създава гравитация за въздух, влизащ отдолу през въздуховодни панели.

Вътре в охладителната кула на височина 10–20 m е монтирано устройство за напояване (пръскачка). Въздухът, който се движи нагоре, кара някои от капчиците (приблизително 1,5–2%) да се изпарят, като по този начин охлажда водата, идваща от кондензатора и нагрята в него. Охладената вода се събира отдолу в басейна, изтича в предната камера 10, а оттам се подава към кондензатора 12 от циркулационната помпа 9 (фиг. 3.2).

Ориз. 3.3. Проектиране на охладителна кула с естествена тяга

Ориз. 3.4. Външен изглед на охладителната кула

Заедно с циркулационната вода се използва водоснабдяване с директен поток, при което охлаждащата вода влиза в кондензатора от реката и се изпуска в него надолу по течението. Парата, идваща от турбината в пръстена на кондензатора, кондензира и тече надолу; Полученият кондензат се подава от кондензна помпа 6 през група регенеративни нагреватели с ниско налягане (LPH) 3 към деаератора 8. В LPH температурата на кондензата се повишава поради топлината на кондензация на парата, взета от турбина. Това дава възможност да се намали разходът на гориво в котела и да се увеличи ефективността на електроцентралата. В деаератор 8 се извършва обезвъздушаване - отстраняване от кондензата на разтворени в него газове, които нарушават работата на котела. В същото време резервоарът на обезвъздушителя е контейнер за захранваща вода за котела.

От деаератора захранващата вода се подава към група нагреватели с високо налягане (HPH) чрез захранваща помпа 7, задвижвана от електрически двигател или специална парна турбина.

Регенеративното нагряване на кондензат в HDPE и HDPE е основният и много печеливш начин за повишаване на ефективността на топлоелектрическите централи. Парата, която се разширява в турбината от входа към извличащия тръбопровод, генерира определена мощност и при навлизане в регенеративния нагревател прехвърля своята кондензационна топлина към захранващата вода (а не към охлаждащата вода!), повишавайки нейната температура и по този начин спестяване на разход на гориво в котела. Температурата на захранващата вода на котела зад HPH, т.е. преди да влезе в котела, е 240–280°C, в зависимост от първоначалните параметри. По този начин се затваря технологичният цикъл пара-вода на преобразуване на химическата енергия на горивото в механична енергия на въртене на ротора на турбината.

Топлоцентрали (ТЕЦ). Предназначение. Видове

Топлоелектрическа централа, която генерира електрическа енергия в резултат на преобразуване на топлинната енергия, отделена при изгарянето на органично гориво. Сред ТЕЦ преобладават термичните парни турбини (ТПТ), при които топлинната енергия се използва в парогенератор за производство на водна пара под високо налягане, която върти ротор на парна турбина, свързан с ротора на електрически генератор (обикновено синхронен генератор). Горивото, използвано в такива топлоелектрически централи, е въглища (основно), мазут, природен газ, лигнитни въглища, торф и шисти.

TPES, които имат кондензационни турбини като задвижване на електрически генератори и не използват топлината на отработената пара за доставяне на топлинна енергия на външни потребители, се наричат кондензационни електроцентрали. Държавната централа произвежда приблизително същото количество електроенергия като топлоелектрическата централа. TPES, оборудвани с нагревателни турбини и освобождаващи топлината на отработената пара към промишлени или общински потребители, наречени комбинирани топлоелектрически централи (CHP); Те генерират около електроенергията, произведена в топлоелектрическите централи.

Топлоелектрическите централи с електрически генератор, задвижван от газова турбина, се наричат газотурбинни електроцентрали (ГТЕЦ). Газ или течно гориво се изгарят в горивната камера на газотурбинна електроцентрала; продуктите от горенето с температура 750-900 С влизат в газова турбина, която върти електрически генератор. Ефективността на такива топлоелектрически централи обикновено е 26-28%, мощността е до няколкостотин MW. GTPP обикновено се използват за покриване на пикове на електрическия товар.

Топлоелектрическа централа с парна и газова турбина, състояща се от парна турбина и газова турбина, се нарича електроцентрала с комбиниран цикъл (CGPP). чиято ефективност може да достигне 42 - 43%. ГТЕЦ и ППЦ могат да доставят топлина и на външни потребители, тоест могат да работят като топлоелектрическа централа.

Топлоелектрическите централи използват широко достъпни горивни ресурси, разположени са сравнително свободно и могат да генерират електроенергия без сезонни колебания. Изграждането им се извършва бързо и включва по-малко разходи за труд и материали. Но ТЕЦ има значителни недостатъци. Те използват невъзобновяеми ресурси, имат ниска ефективност (30-35%) и имат изключително негативно въздействие върху околната среда. Топлоелектрическите централи на този свят отделят годишно 200-250 милиона тона пепел и около 60 милиона тона серен анхидрид в атмосферата, а също така абсорбират огромни количества кислород. Установено е, че въглищата в микродози почти винаги съдържат U238, Th232 и радиоактивен въглероден изотоп. Повечето топлоелектрически централи в Русия не са оборудвани с ефективни системи за пречистване на димните газове от серни и азотни оксиди. Въпреки че инсталациите, работещи с природен газ, са много по-чисти от гледна точка на околната среда от инсталациите за въглища, шисти и мазут, инсталирането на газопроводи (особено в северните райони) вреди на околната среда.

Колкото по-голям е IES, толкова по-далеч може да предава електричество, т.е. С увеличаване на мощността се увеличава влиянието на фактора гориво и енергия. Фокусът върху горивните бази възниква при наличието на евтини и непреносими горивни ресурси (кафяви въглища от Канско-Ачинския басейн) или в случай на електроцентрали, използващи торф, шисти и мазут (такива CPP обикновено се свързват с центрове за рафиниране на нефт ).

CHP (комбинирани топло- и електроцентрали) са инсталации за комбинирано производство на електроенергия и топлина. Тяхната ефективност достига 70% срещу 30-35% за IES. Когенерационните централи са обвързани с потребителите, т.к Радиусът на топлообмен (пара, гореща вода) е 15-20 км. Максималната мощност на когенерационна инсталация е по-малка от тази на когенерационната централа.

Наскоро се появиха принципно нови инсталации:

газови турбини (GT), в които се използват газови турбини вместо парни турбини, което елиминира проблема с водоснабдяването (в Краснодарската и Шатурската GRES);
парна и газова турбина (CCGT), където топлината на отработените газове се използва за загряване на вода и производство на пара с ниско налягане (в Nevinnomyssk и Karmanovskaya GRES);
магнитохидродинамични генератори (MHD генератори), които преобразуват топлината директно в електрическа енергия (в CHPP-21 Mosenergo и Ryazan State District Electrical).

В Русия мощни (2 милиона kW или повече) са построени в Централния регион, Поволжието, Урал и Източен Сибир.

На базата на Канско-Ачинския басейн се създава мощен горивно-енергиен комплекс (КАТЕК). Проектът предвижда изграждането на осем държавни централи с мощност от 6,4 милиона kW всяка. През 1989 г. е пуснат в експлоатация първият блок на Березовска ГРЕС-1 (0,8 милиона kW).