Как работают тепловые электростанции: Как работает тепловая электростанция (ТЭЦ)?

Содержание

Как работает тепловая электростанция (ТЭЦ)?

Содержание

  • Принцип работы
  • Теплоснабжение
  • Как работают ТЭС на газе
  • Какие существуют разновидности ТЭС
  • ТЭС и ТЭЦ: различия
  • Как работает тепловая электростанция (ТЭЦ)?
  • Какие предъявляются требования к ТЭС
  • Получение тепла на ТЭС.
  • Новые технологии сжигания угля
  • Преимущества ТЭС
  • Недостатки ТЭС
  • Примеры станций
  • Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира

Принцип работы

Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и «ТЭС». Говоря понятным языком – они родные сестры. «Чистая» теплоэлектростанция – ТЭС рассчитана исключительно на производство электроэнергии. Ее другое название «конденсационная электростанция» – КЭС.

Теплоэлектроцентраль – ТЭЦ — разновидность ТЭС. Она, помимо генерации электроэнергии, осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.

Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступают топливо и разогретый воздух — окислитель. Наиболее распространенное топливо на российских ТЭЦ – измельченный уголь. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет ее вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.

Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой. Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО2, которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.

Теплоснабжение

Вторая, не менее важная функция ТЭЦ – обеспечение горячей водой (паром), предназначенной для систем центрального отопления близлежащих населенных пунктов и бытового использования. В специальных подогревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и 120 градусов зимой, после чего сетевыми насосами подается в общую камеру смешивания и далее по системе тепломагистралей поступает к потребителям. Запасы воды на ТЭЦ постоянно пополняются.

Как работают ТЭС на газе

По сравнению с угольными ТЭЦ, ТЭС, где установлены газотурбинные установки, намного более компактны и экологичны. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка – это по сути тот же турбореактивный авиадвигатель, где, в отличие от него, реактивная струя не выбрасывается в атмосферу, а вращает ротор генератора. При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.

Какие существуют разновидности ТЭС

Классифицироваться станции этого типа могут по двум основным признакам:

  • назначению;
  • типу установок.

В первом случае различают ГРЭС и ТЭЦ. ГРЭС — это станция, работающая за счет вращения турбины под мощным напором струи пара. Расшифровка аббревиатуры ГРЭС — государственная районная электростанция — в настоящий момент утратила актуальность. Поэтому часто такие комплексы называют также КЭС. Данная аббревиатура расшифровывается как «конденсационная электростанция».

ТЭЦ — это также довольно-таки распространенный вид ТЭС. В отличие от ГРЭС, такие станции оснащаются не конденсационными, а теплофикационными турбинами. Расшифровывается ТЭЦ как «теплоэнергоцентраль».

Помимо конденсационных и теплофикационных установок (паротурбинных), на ТЭС могут использоваться следующие типы оборудования:

  • газотурбинные установки;
  • парогазовые.

ТЭС и ТЭЦ: различия

Часто люди путают эти два понятия. ТЭЦ, по сути, как мы выяснили, является одной из разновидностей ТЭС. Отличается такая станция от других типов ТЭС прежде всего тем, что часть вырабатываемой ею тепловой энергии идет на бойлеры, установленные в помещениях для их обогрева или же для получения горячей воды.

Также люди часто путают названия ГЭС и ГРЭС. Связано это прежде всего со сходством аббревиатур. Однако ГЭС принципиально отличается от ГРЭС. Оба этих вида станций возводятся на реках. Однако на ГЭС, в отличие от ГРЭС, в качестве источника энергии используется не пар, а непосредственно сам водяной поток.

Как работает тепловая электростанция (ТЭЦ)?

Тепловая электростанция (ТЭЦ) использует энергию, высвобождающуюся при сжигании органического топлива — угля, нефти и природного газа — для превращения воды в пар высокого давления. Этот пар, имеющий давление около 240 килограммов на квадратный сантиметр и температуру 524°С (1000°F), приводит во вращение турбину. Турбина вращает гигантский магнит внутри генератора, который вырабатывает электроэнергию.

Современные тепловые электростанции превращают в электроэнергию около 40 процентов теплоты, выделившейся при сгорании топлива, остальная сбрасывается в окружающую среду. В Европе многие тепловые электростанции используют отработанную теплоту для отопления близлежащих домов и предприятий. Комбинированная выработка тепла и электроэнергии увеличивает энергетическую отдачу электростанции до 80 процентов.

Паротурбинная установка с электрогенератором

Типичная паровая турбина содержит две группы лопаток. Пар высокого давления, поступающий непосредственно из котла, входит в проточную часть турбины и вращает рабочие колеса с первой группой лопаток. Затем пар подогревается в пароперегревателе и снова поступает в проточную часть турбины, чтобы вращать рабочие колеса с второй группой лопаток, которые работают при более низком давлении пара.

Вид в разрезе

Типичный генератор тепловой электростанции (ТЭЦ) приводится во вращение непосредственно паровой турбиной, которая совершает 3000 оборотов в минуту. В генераторах такого типа магнит, который называют также ротором, вращается, а обмотки (статор) неподвижны. Система охлаждения предупреждает перегрев генератора.

Выработка энергии при помощи пара

На тепловой электростанции топливо сгорает в котле, с образованием высокотемпературного пламени. Вода проходит по трубкам через пламя, нагревается и превращается в пар высокого давления. Пар приводит во вращение турбину, вырабатывая механическую энергию, которую генератор превращает в электричество. Выйдя из турбины, пар поступает в конденсатор, где омывает трубки с холодной проточной водой, и в результате снова превращается в жидкость.

Мазутный, угольный или газовый котел

Котел заполнен причудливо изогнутыми трубками, по которым проходит нагреваемая вода. Сложная конфигурация трубок позволяет существенно увеличить количество переданной воде теплоты и за счет этого вырабатывать намного больше пара.

Какие предъявляются требования к ТЭС

ТЭС — это тепловая электрическая станция, на которой выработка электроэнергии и ее потребление производятся одномоментно. Поэтому такой комплекс должен полностью соответствовать ряду экономических и технологических требований. Это обеспечит бесперебойное и надежное обеспечение потребителей электроэнергией. Так:

  • помещения ТЭС должны иметь хорошее освещение, вентиляцию и аэрацию;
  • должна быть обеспечена защита воздуха внутри станции и вокруг нее от загрязнения твердыми частицами, азотом, оксидом серы и т. д.;
  • источники водоснабжения следует тщательно защищать от попадания в них сточных вод;
  • системы водоподготовки на станциях следует обустраивать безотходные.

Получение тепла на ТЭС.

Тепло на обычных тепловых электростанциях получают при сжигании органического топлива: газ, уголь, мазут, торф и очень редко дизель. Электростанции, которые сжигают газ называют также газовые электростанции, которые сжигают уголь — угольные электростанции .

Топливо сжигают в котлах . Котлы на электростанциях — это громадные конструкции, по размерам нередко как девятиэтажный дом, а иногда и больше. Все стенки внутри котла экранированы трубами, по которым бежит вода и при нагревании преобразуется в пар. Внутри котла есть зона, которая называется топка. В этом месте и горит наше топливо. Зона топки также экранирована трубами. Получается, что вода и пар, которые текут по трубкам внутри котла, получают тепло как непосредственно от пламени внутри топки, так и от продуктов сгорания топлива, т. е. дымовых газов, которые тоже имеют высокую температуру, порядка 1000 градусов Цельсия. Трубки внутри котла часто рвутся и получается, что вода которая течет по ним под высоким давлением, вырывается наружу. Это называется свищ. Тогда котел приходится останавливать на ремонт.

В итоге, вся вода, которая приходит в котел у нас после нагревания превращается в пар. Пар в свою очередь покидает котёл и идет по паропроводам к паровой турбине.

Новые технологии сжигания угля

КПД современных ТЭЦ ограничен 34 %. Абсолютное большинство тепловых электростанций до сих пор работают на угле, что объясняется весьма просто — запасы угля на Земле по-прежнему громадны, поэтому доля ТЭС в общем объеме выработанной электроэнергии составляет около 25 %.

Процесс сжигания угля многие десятилетия остается практически неизменным. Однако и сюда пришли новые технологии.

Метод «oxyfuel capture»

Здесь также при сжигании угля в качестве окислителя используется чистый кислород. Только в отличие от предыдущего метода в момент сгорания образуется пар, приводящий турбину во вращение. Затем из дымовых газов удаляются зола и оксиды серы, производится охлаждение и конденсация. Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю.

Метод «pre-combustion»

Уголь сжигается в «обычном» режиме – в котле в смеси с воздухом. После этого удаляется зола и SO2 – оксид серы. Далее происходит удаление СО2 с помощью специального жидкого абсорбента, после чего он утилизируется путем захоронения.

Преимущества ТЭС

ТЭС — это, таким образом, станция, основным типом оборудования на которой являются турбины и генераторы.

К плюсам таких комплексов относят в первую очередь:

  • дешевизну возведения в сравнении с большинством других видов электростанций;
  • дешевизну используемого топлива;
  • невысокую стоимость выработки электроэнергии.

Также большим плюсом таких станций считается то, что построены они могут быть в любом нужном месте, вне зависимости от наличия топлива. Уголь, мазут и т. д. могут транспортироваться на станцию автомобильным или железнодорожным транспортом.

Еще одним преимуществом ТЭС является то, что они занимают очень малую площадь в сравнении с другими типами станций.

Недостатки ТЭС

Разумеется, есть у таких станций не только преимущества. Имеется у них и ряд недостатков. ТЭС — это комплексы, к сожалению, очень сильно загрязняющие окружающую среду. Станции этого типа могут выбрасывать в воздух просто огромное количество копоти и дыма. Также к минусам ТЭС относят высокие в сравнении с ГЭС эксплуатационные расходы. К тому же все виды используемого на таких станциях топлива относятся к невосполнимым природным ресурсам.

Примеры станций

Итак, достаточно производительным и в какой-то мере даже универсальным объектом может считаться любая ТЭС, электростанция. Примеры таких комплексов представляем в списке ниже.

  1. Белгородская ТЭЦ. Мощность этой станции составляет 60 МВт. Турбины ее работают на природном газе.
  2. Мичуринская ТЭЦ (60 МВт). Этот объект также расположен в Белгородской области и работает на природном газе.
  3. Череповецкая ГРЭС. Комплекс находится в Волгоградской области и может работать как на газу, так и на угле. Мощность этой станции равна целых 1051 МВт.
  4. Липецкая ТЭЦ -2 (515 МВТ). Работает на природном газе.
  5. ТЭЦ-26 «Мосэнерго» (1800 МВт).
  6. Черепетская ГРЭС (1735 Мвт). Источником топлива для турбин этого комплекса служит уголь.

Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира

Первенство принадлежит китайской ТЭС Tuoketuo мощностью 6600 МВт (5 эн/бл. х 1200 МВт), занимающей площадь 2,5 кв. км. За ней следует ее «соотечественница» — Тайчжунская ТЭС мощностью 5824 МВт. Тройку лидеров замыкает крупнейшая в России Сургутская ГРЭС-2 – 5597,1 МВт. На четвертом месте польская Белхатувская ТЭС – 5354 МВт, и пятая – Futtsu CCGT Power Plant (Япония) – газовая ТЭС мощностью 5040 МВт.

Источники

  • https://www.techcult. ru/technology/5057-princip-raboty-i-ustrojstvo-tec-tes
  • https://www.syl.ru/article/315522/tes—eto-chto-takoe-tes-i-tets-razlichiya
  • http://Information-Technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/243-kak-
  • http://tesiaes.ru/?p=4706

[свернуть]

ТЭС, ГРЭС, КЭС, ТЭЦ: как работают тепловые электростанции

Когда туристы в лесу у костра поют под гитару песню про севшую у любви батарейку, то используют тепловую энергию от сжигания дров напрямую — чтобы согреться. Такие посиделки могут наполнить туристов энергией человеческого общения, но вот аккумулятор смартфона от костра не зарядить и лампочку не включить. Чтобы получить электрическую энергию с помощью сжигания органического топлива, люди строят тепловые электростанции. Рассказываем, как они работают, и почему ТЭС, ГРЭС, КЭС, ТЭЦ только звучат как волшебные слова, но ими не являются.

Тепловые электростанции (ТЭС) работают на ископаемом топливе. Оно сгорает в топке, и энергия химических связей переходит в тепловую энергию продуктов сгорания — воды и углекислого газа. Тепло нагревает воду в паровом котле и превращает ее в горячий пар, который под огромным давлением устремляется в турбину. На ее лопатках тепловая энергия пара превращается в механическую. Пар остывает и расширяется, а турбина раскручивается и вращает ротор электрогенератора, который преобразует механическую энергию вращения в электрическую.

Пройдя линии электропередач и трансформаторные подстанции, электрическая энергия попадает в дома, школы, магазины и заводы. Описанная схема считается классической, а ТЭС, работающие по ней, называют конденсационными, или КЭС.

Схема классической теплоэлектростанции

Словно офисный клерк в пятницу, водяной пар в КЭС после тяжелой работы в турбине «расслабляется и отдыхает» в конденсаторе. Там он превращается в воду и отправляется обратно в котел, где «в понедельник», то есть в новом рабочем цикле, его снова подогреют продукты сгорания топлива. Конденсация пара облегчает перекачку воды между турбинами и котлом, так как требуемая мощность насоса для перекачки пропорциональна расходу перекачиваемой среды, то есть объему, протекающему через насос в единицу времени.

Объем воды намного меньше, чем у пара, и конденсация позволяет снизить затраты энергии на перекачку.

В турбинах, наоборот, конденсации пара стремятся избегать, для чего на выходе из котла его дополнительно подогревают. Если этого не делать, образуются капли воды, которые могли бы ударяться о лопатки турбины с огромной скоростью и «подточить» даже суперсплавы, быстро разрушив турбину.

Паровые котлы можно «топить» чем угодно, но очистка топлива облегчает обслуживание и чистку оборудования, повышает надежность электростанции. Мазут — продукт нефтепереработки — очищают от серы, растворенных металлоорганических соединений и твердых примесей и подогревают до температуры текучести. Газ почти не нужно готовить — достаточно отделить от него сероводород. Уголь дробят, сушат и обжигают, а затем превращают в тонкую пыль, смешиваемую с воздухом.

Анатолий Дорохов

инженер на Московском нефтеперерабатывающем заводе

Сегодня в России мазут на ТЭС используется только как резервное топливо. Он содержит много серы, которая при сгорании дает вредные выбросы, поэтому от сжигания мазута стараются уйти.

«Меняются технологии, и оборудование станций совершенствуется, поэтому ТЭС перешли на природный газ, что значительно экологичнее, — пояснил Антолий. — А мазут мы, вместо сжигания, с помощью современных технологий перерабатываем в светлые нефтепродукты: бензин, авиационный керосин, дизельное топливо».

Если электростанция производит только электричество, ее можно разместить в любом удобном месте, — линии электропередач доставят энергию за сотни и тысячи километров. Самые крупные электростанции снабжают электричеством целые регионы — их называют государственными районными электростанциями, или ГРЭС. По сути, ГРЭС — это просто очень большая КЭС.

Первые тепловые электростанции в России и мире появились в конце XIX века, однако они значительно отличались от современных. Вместо турбин использовались поршни и цилиндры, а отработанный пар выпускался в атмосферу. Мощность и надежность этих установок намного уступали современным. Первая ТЭС в России появилась в 1883 году в Санкт-Петербурге и представляла собой паровой локомотив, соединенный с электрогенератором мощностью 35 киловатт. Теперь типичная ТЭС вырабатывает сотни, а ГРЭС — тысячи мегаватт. Самая крупная российская тепловая электростанция, Сургутская ГРЭС-2, работает на газе и генерирует 5660 мегаватт электрической мощности.

ПОЛЕЗНОЕ ТЕПЛО

На КЭС в электричество можно перевести до 30–40% энергии топлива. Увеличить этот показатель не позволяют законы термодинамики, а ограничения описывает теорема Карно. Но оставшиеся 60–70% можно использовать, — это тепловая энергия.

Теорема Карно определяет предельно достижимый КПД тепловой машины — установки, проводящей тепловую энергию в электрическую, механическую и другие виды. Предельный КПД зависит от температур рабочего тела на входе (Т1) и выходе (Т2) машины: КПДмакс = 1 – T2/T1. Чем больше отношение температур — тем выше предельный КПД. Но если нагреть пар выше 540 градусов Цельсия, начинается коррозия стальных паропроводов. Поэтому предельный КПД тепловой станции — примерно 62%. Реальный КПД (около 40%) составляет почти две трети от предельного, и это можно считать довольно высоким показателем в энергетической отрасли.

Передавать тепло потребителям помогают теплоэлектроцентрали, или ТЭЦ. Они отличаются от ТЭС тем, что водяной пар, отработав в турбине, направляется не в конденсатор и обратно в котел, а в теплообменник, и превращает холодную воду в кипяток. По магистральным трубопроводам горячая вода попадает в котельные и оттуда — в наши водопроводы и системы отопления. 

Турбина тепловой электростанции на промышленном объекте

Общая эффективность использования энергии топлива — электрическая плюс тепловая — на ТЭЦ может достигать внушительных 70 и даже 85%. ТЭЦ — «городские жители»: законы физики не дают эффективно передавать тепло на те же расстояния, что и электричество. По этой же причине не строят атомные теплоэлектроцентрали: по дороге через санитарную зону шириной десятки километров горячая вода остынет.

Сократить потери тепла из трубы с горячей водой очень сложно. Ускорить поток воды в трубах нельзя — потребуется слишком высокое давление перекачки, качественно улучшить теплоизоляцию тоже не получится. Теплопроводность обычных материалов не может быть ниже теплопроводности воздуха в порах и между волокнами материала. Выйти за этот предел способны только экзотические и дорогие материалы и конструкции. Длина магистральных трубопроводов горячей воды обычно не превышает десятка километров.

НЕ КОТЛАМИ ЕДИНЫМИ

Турбину можно вращать и напрямую продуктами сгорания топлива, температура которых превышает тысячу градусов. Для этого строят газотурбинные электростанции, или ГТЭС. Они работают только на очищенном газе, сравнительно просты в конструкции и могут быть возведены менее, чем за год. Продукты сгорания, выходящие из турбины, нагревают воду в паровом котле парогазовой ТЭС, и пар вращает отдельную турбину, как в классической конденсационной электростанции. КПД такого «тандема» из газовой и паровой турбины может достигать 60%.

Газотурбинная электростанция Новопортовского нефтегазоконденсатного месторождения

Современная теплоэлектростанция сочетает в себе множество высоких технологий, но суть проста и универсальна: тепло топлива превращает воду в пар, пар вращает турбину, а турбина вращает электрогенератор, пар из турбины затем можно использовать для получения тепла. На долю ТЭС на ископаемом топливе приходится около 75% мировой выработки электроэнергии и две трети электроэнергии, вырабатываемой в России.

Как работает тепловая электростанция?

9 января 2013 г.

Цель этой статьи — дать вам концептуальное введение в работу тепловых электростанций. Здесь
Логически шаг за шагом объясняется работа теплоэлектростанции.

Тепловые электростанции и паровые турбины

Тепловые электростанции используют воду в качестве рабочего тела. Атомные и угольные электростанции подпадают под эту категорию.
То, как энергия топлива превращается в электричество, формирует работу электростанции. В тепловой мощности
установка паровая турбина вращается с помощью пара высокого давления и высокой температуры, и это вращение
передан генератору для производства электроэнергии. Паровая турбина является сердцем электростанции.

Рис. 1A Тепловая электростанция

Рис. 1B. Вращающаяся крыльчатка передает центробежную силу
частицам воды и
вода движется радиально наружу

Вы можете поближе познакомиться с лопастями ротора паровой турбины уникальной формы.

Рис. 2   Форма аэродинамического профиля лопаток ротора паровой турбины

Три ступени паровой турбины

Электростанции большой мощности часто используют разные ступени паровых турбин, например,
турбины среднего давления и турбины низкого давления.

Рис.3 В электростанции используются различные ступени паровой турбины

Поглощение энергии пара

Когда лопатки турбины вращаются под действием высокотемпературного пара высокого давления, пар теряет свою энергию. Это в свою очередь
Это приведет к низкому давлению и низкотемпературному пару на выходе из турбины. Здесь пар расширяется до
достигается точка насыщения. Поскольку в паре не происходит подвода или отвода тепла, в идеале энтропия
пар остается прежним. Это изменение показано на следующих диаграммах p-v и T-s. Если мы сможем довести это до минимума
давление, низкотемпературный пар возвращается в исходное состояние, тогда мы можем непрерывно производить электроэнергию.

Рис. 4 Падение давления и температуры пара, когда турбина поглощает из него энергию

Использование конденсатора

Сжатие жидкости, находящейся в газообразном состоянии, требует большого
должен перейти в жидкое состояние. Для этого используется конденсатор, который отводит тепло в окружающую среду.
и превращает пар в жидкость. В идеале не должно быть никаких изменений давления во время этого процесса отвода тепла,
так как жидкость свободно расширяется в конденсаторе. Изменения в жидкости показаны на диаграммах p-v и T-s ниже.

Рис. 5 Использование конденсатора для преобразования пара в жидкое состояние

Насос

На выходе из конденсатора жидкость находится в жидком состоянии, поэтому мы можем использовать насос для повышения давления. Во время этого
процесса объем и температура (повышение на 2-3 град.С) жидкости практически не изменяются, так как она находится в жидком состоянии. Сейчас
жидкость восстановила свое первоначальное давление.

Рис. 6 Компрессор нагнетает жидкость до исходного давления

Подвод тепла в котле и цикл Ренкина

Здесь к жидкости добавляется внешнее тепло, чтобы вернуть жидкости ее первоначальную температуру. Это тепло
добавляется через теплообменник, называемый бойлером. Здесь давление жидкости остается прежним, так как она свободна
расширяться в трубах теплообменника. Температура повышается, жидкость превращается в пар и восстанавливает свое первоначальное
температура. Это завершает термодинамический цикл тепловой электростанции, называемый циклом Ренкина. Этот цикл может
повторяться и возможно непрерывное производство электроэнергии.

Рис. 7   Добавка тепла в котле доводит жидкость до ее первоначальной температуры

Отвод тепла конденсатора – градирня

Для отвода тепла от конденсатора более холодная жидкость должна соприкасаться с ним. На теплоэлектростанции
непрерывная подача холодной жидкости производится с помощью градирни. Холодная жидкость из градирни
поглощает тепло от конденсатора и нагревается, это тепло выбрасывается в атмосферу посредством естественной конвекции с
помощи градирни.

Рис:8 Градирня

Топка котла для подвода тепла

Тепло подводится к котлу с помощью топки котла. Здесь топливо вступает в реакцию с воздухом и выделяет тепло. В
тепловая электростанция, топливо может быть как угольным, так и ядерным. Когда уголь используется в качестве топлива, он производит много
загрязняющие вещества, которые необходимо удалить перед выбросом в окружающую среду. Это делается с помощью ряда шагов,
наиболее важным из них является электростатический осадитель (ESP), который удаляет частицы золы из выхлопных газов. В настоящее время
гораздо более чистый выхлоп выбрасывается в атмосферу через дымовую трубу.

Рис. 9 Основные принадлежности цикла Ренкина – градирня, топка котла, электрофильтр и дымовая труба

Оптимизация производительности тепловой установки
электростанция. Снижение температуры конденсатора или повышение средней температуры котла приведет к
КПД цикла электростанции по 2-му закону термодинамики (КПД Карно), большая часть
над этой идеей работают технологии повышения производительности. Некоторые последние тенденции перечислены ниже.

1.Расширение турбины после насыщения

Расширение пара в турбине даже после достижения точки насыщения может быть опасным делом. Как
пар становится ниже насыщения, влажность пара увеличивается. Эти сконденсированные капли воды сталкиваются с
лопасти турбины вращаются с высокой скоростью, что может привести к сильной эрозии кончиков лопастей. Наконечник лопатки турбины
эрозия показана на рисунке ниже. Но по мере расширения вы сможете поглощать больше энергии пара,
тем самым повышая КПД силовой установки. Уровень влажности до 15% считается безопасным для паровой турбины.
операция. Таким образом, большая часть паровой турбины будет расширяться до этой точки, чтобы извлечь максимальную энергию из
жидкость. Это показано на рисунке ниже.

Рис.10 Расширение турбины ниже точки насыщения для получения максимальной мощности от пара

2. Повышение средней температуры котла

Если вы можете увеличить среднюю температуру подвода тепла котла, это приведет к
более высокая эффективность. Одним из способов сделать это является увеличение давления компрессора. Это сместит точку насыщения
жидкости на более высокий уровень, что обеспечивает более высокую среднюю температуру подвода тепла. Это показано в
рисунок ниже. Синяя линия представляет собой изменение цикла после повышения давления в компрессоре.

Рис.11 Повышение давления компрессора для достижения более высокой средней температуры котла

Что такое электрофильтр (ESP)?

В верхней части горящий уголь производит много загрязняющих веществ. Мы не можем выбрасывать эти загрязняющие вещества напрямую
в атмосферу, поэтому перед передачей их в стек отходящие газы очищают в электростатической
осадитель. ESP использует пластины с высоковольтным статическим электричеством для поглощения частиц загрязняющих веществ.

Рис. 12 A Электродные пластины

Рис. 12 B Электрофильтр

ОБ АВТОРЕ

Сабин Мэтью, аспирант ИИТ Дели в области машиностроения. Основатель Lesics Engineers Pvt Ltd &
Ютуб-канал «ЛЕСИКС». Он предоставляет качественное инженерное образование на своем канале YouTube. И каверы на «LESICS»
огромное разнообразие инженерных тем. Сабин очень увлечен пониманием физики, лежащей в основе
сложные технологии и объясняя их простыми словами. Чтобы узнать больше об авторе, перейдите по этой ссылке

Тепловые электростанции: компоненты и принцип работы

Содержание

Принцип работы тепловых электростанций

Принцип работы теплоэлектростанции заключается в «тепле, выделяемом при сжигании топлива, которое производит (рабочее тело) (пар) из воды. Генерируемый пар приводит в действие турбину, соединенную с генератором, который вырабатывает электроэнергию на тепловых электростанциях.

Основные узлы ТЭС

Общий план ТЭС:

Генеральный план тепловой электростанции

Принцип работы тепловой электростанции

Рабочее тело – вода и пар. Это называется циклом питательной воды и пара. Идеальным термодинамическим циклом, на который очень похожа работа ТЭЦ , является ЦИКЛ РЕНКИНА.

В паровом котле вода нагревается за счет сжигания топлива в воздухе в топке, а функция котла заключается в выдаче сухого перегретого пара необходимой температуры. Получаемый таким образом пар используется для привода паровых турбин. Эта турбина соединена с синхронным генератором (обычно трехфазным синхронным генератором переменного тока), который вырабатывает электрическую энергию. Отработанный пар из турбины конденсируется в воду в конденсаторе пара турбины, что создает всасывание при очень низком давлении и позволяет расширить пар в турбине до очень низкого давления. Основными преимуществами работы с конденсацией являются повышенное количество энергии, извлекаемой на кг пара и, следовательно, повышение эффективности, а конденсат, подаваемый в котел, снова снижает количество свежей питательной воды.

Конденсат вместе с небольшим количеством свежей подпиточной воды снова подается в котел с помощью насоса (называемого питательным насосом котла). В конденсаторе пар конденсируется охлаждающей водой. Охлаждающая вода рециркулирует через градирню. Это представляет собой контур охлаждающей воды.

Окружающий воздух поступает в котел после фильтрации пыли. Кроме того, дымовые газы выходят из котла и выбрасываются в атмосферу через дымовые трубы. Они составляют контур воздуха и дымовых газов. Поток воздуха, а также статическое давление внутри парового котла (называемое тягой) поддерживается двумя вентиляторами, называемыми 9.0083 Вентилятор принудительной тяги (FD) и Вентилятор принудительной тяги (ID) .

Общая схема типовой тепловой электростанции вместе с различными цепями показана ниже.

Принципиальная схема паровой электростанции

Внутри котла находятся различные теплообменники, а именно. Экономайзер , Испаритель (не показан на рис. выше, это в основном водяные трубы, т.е. стояк сливного стояка), перегреватель (иногда также присутствуют подогреватель, подогреватель воздуха).

В экономайзере питательная вода значительно нагревается за счет остаточного тепла дымовых газов. Барабан котла поддерживает напор для естественной циркуляции двухфазной смеси (пар+вода) по водяным трубам.

Существует также супернагреватель, который также берет тепло от дымовых газов и повышает температуру пара в соответствии с требованиями.

Вы можете прочитать: Газотурбинные электростанции и их функционирование.

Основные компоненты тепловой электростанции

Основные компоненты теплоэлектростанции

  • Котел (1)
    • Огромный котел действует как печь, передающая тепло от горящего топлива ряду за рядом водяных труб, которые полностью окружают пламя.
    • Вода поддерживается насосом P1
  • Барабан (2)
    • Он содержит воду и пар под высоким давлением и создает поток для турбины.
    • Также принимает воду, подаваемую питательным насосом котла П2 
  • Турбина высокого давления (ВД) (3)
    • Преобразует тепловую энергию в механическую, позволяя пару расширяться при прохождении через лопасти турбины.
    • Затем пар проходит через подогреватель S3 для повышения теплового КПД и предотвращения преждевременной конденсации.
  • Турбина среднего давления (СД) (4)
    • Похожа на турбину высокого давления, за исключением того, что она больше, так что пар может расширяться еще больше. содержит воду и пар под высоким давлением и производит поток для турбина.
  • Турбина низкого давления (НД) (5)
    • Она состоит из двух идентичных секций и удаляет оставшуюся доступную энергию из пара. Паровая турбина может быть импульсной или реактивной, а иногда и комбинацией того и другого.

Паротурбинные агрегаты

  • Конденсатор (6)
    • Вызывает конденсацию пара, пропуская его через охлаждающие трубы S4.
    • Холодная вода из внешних источников, протекающая по трубам, уносит тепло. Температура охлаждающей воды повышается на 5-10°C по мере того, как она проходит через трубы конденсатора. Конденсированный пар имеет температуру от 27°C до 33°C
    • Конденсирующийся пар создает почти вакуумное давление 5 кПа.
    • Конденсатный насос P2 отводит тепловатый сконденсированный пар и направляет его через подогреватель (7) к насосу питательной воды (8).
  • Подогреватель (7)
    • В теплообменник поступает горячий пар, отбираемый из турбины высокого давления, для повышения температуры питательной воды. Термодинамические исследования показывают, что при таком отводе пара общий КПД увеличивается.
  • Горелка (9)
    • Горелки подают и регулируют количество газа, мазута или угля, впрыскиваемого в котел. Уголь измельчается перед закачкой. Точно так же тяжелая бункерная нефть предварительно нагревается и впрыскивается в виде распыленной струи для улучшения контакта поверхности с окружающим воздухом.
  • Наддув (10)
    • Обеспечивает огромное количество воздуха, необходимого для горения.
  • Вытяжной вентилятор(10)
  • Он переносит газы и другие продукты сгорания к очистительному устройству, а оттуда к дымовой трубе и наружному воздуху.
  • Генератор (G)
  • Подключенный к трем турбинам, преобразует механическую энергию в электрическую.
  • Градирни
    • Всякий раз, когда испаряется один процент массы воды, температура оставшейся воды падает до 5,8 o C. Для охлаждения конденсатора используется явление испарения для получения охлаждающего эффекта .
    • Испарение происходит при контакте большой поверхности воды с окружающим воздухом. Самый простой способ сделать это — разбить воду на мелкие капли и продуть воздух через этот искусственный дождь.

Градирня с принудительной и естественной градирней для электростанции

Теплая охлаждающая вода, вытекающая из конденсатора, направляется в верхнюю часть градирни, где разбивается на мелкие капли. Когда капли падают к открытому резервуару внизу, происходит испарение, и капли охлаждаются.

Схема потока энергии

Схема потока энергии ТЭЦ

Современные котлы вырабатывают пар с температурой 550 o C и давлением 16,5 МПа a. Тогда общий КПД (электрическая мощность/тепловая мощность) составляет около 40 %.

Используя предыдущую модель, мы можем оценить характеристики станции мощностью 480 МВт. Градирня должна испарить q = 2% X 14400 = 288 кг/с охлаждающей воды

Паровые турбины и турбогенератор практически не изменились за последние 100 лет

Усовершенствованная угольная электростанция

Super Crictice (SC): 540-580 O C и 22,1-25 PA

Ultra Super Cricing (USC): 580-62083 Oltra Super Cricigin C    и    22 -25 Па

Усовершенствованный сверхкритический (A-USC):       700-725 o C    и     25–35 Па

Тепловая мощность и

004 При этом одновременно производится тепло и электричество.

Электроэнергия потребляется внутри установки ТЭЦ, хотя любой излишек или дефицит обменивается с системой распределения коммунальных услуг.

  • Электростанция Эйслесфорд:   220 МВт тепла и 98 МВт электроэнергии
  • Когенерационная электростанция нефтеперерабатывающего завода Lindesy : 118 МВт тепла и 38 МВт электроэнергии

    • 7

    4 Энергия из отходов, например, страницы , твердые отходы, пластик, все они могут быть использованы для производства с помощью следующих технологий

    • Традиционные установки для сжигания
    • Газификация и пиролиз

    Геотермальная электростанция

    Тепло, вырабатываемое землей, также может быть использовано для производства электроэнергии. Горячие источники и гейзеры использовались не менее 10 000 лет. Экологически чистый и требует меньше места по сравнению с гидро- и солнечной электростанцией. По мере того, как мы углубляемся в землю, температура увеличивается по градиенту, поэтому для этого гидротермального резервуара также необходимо найти.

    Геотермальный насос также используется для нагрева воды в зимнее время, в основном в Европе. Геотермальная энергия зависит от места также потому, что мы должны найти то место, где повышение температуры будет высоким на километр глубины. По природным ресурсам и энергии США имеют большое количество площадок для геотермальной энергетики.

    Геотермальная электростанция Herber:                52   кВт

    Тепловая электростанция на основе солнечной энергии

    Концентрируя солнечную энергию, стандартная схема турбины/генератора может производить электроэнергию.

    • Силовая башня : В этих различных вогнутых солнечных зеркалах используются солнечные лучи для отражения солнечных лучей на башню для нагревания топлива (воды), таким образом производится пар, а затем остальная часть материала для производства электроэнергии.
    • 1.291 зеркальные гелиостаты и башня высотой 54 этажа Крупнейшая в мире башенная солнечная электростанция недалеко от Севильи в Испании, вырабатывающая 20 мегаватт (МВт) электроэнергии, которой достаточно для снабжения 10 000 домов.

    Преобразование тепловой энергии океана (OTEC)

    Он все еще находится в стадии разработки. Он использует разницу температур между теплой поверхностной водой и холодной водой на глубине для запуска «тепловой машины ». Разница температур должна быть не менее 40 90 240 o 90 241 F (22 90 240 o 90 241 C) круглый год, что наблюдается только вблизи экватора.

    Пакистан: электроэнергия из багассы

    Пакистан является пятым по величине производителем сахарного тростника с производством 50 миллионов тонн сахарного тростника в год, что дает 10 миллионов тонн жома. В стране имеется 87 сахарных заводов с мощностью производства 3000 мегаватт в зимнее время из жома. В настоящее время 7 сахарных заводов продают излишки электроэнергии правительству. Энергия, вырабатываемая из багассы, является возобновляемой энергией, как и энергия ветра, поскольку углерод, выделяемый после сгорания, уже улавливается растениями сахарного тростника во время их роста. Таким образом, чистый выброс углерода электростанциями на основе багассы фактически равен нулю.

    o 21 МВт Tracy Biomass Plant

    Воздействие тепловых электростанций на окружающую среду

    Двуокись углерода, двуокись серы и вода являются основными продуктами сгорания при сжигании нефти, угля или газа. SO 2 создает вещества, вызывающие кислотные дожди. Пыль и летучая зола являются другими загрязняющими веществами, которые могут попасть в атмосферу. На новых растениях действуют меры контроля для каждого из них, однако старые растения ежегодно выбрасывают в атмосферу тысячи фунтов каждого из них.

    Каждую зиму главной проблемой в Пакистане является туман, который создается тепловыми электростанциями. Индия также признает, что ее угольные электростанции вызывают туман в Пакистане. Атомная электростанция может производить радиоактивные излучения в окружающую среду, которые вредны для жизни. Точно так же нефтяные и угольные электростанции могут загрязнять окружающую среду.

    o ТЭЦ Гудду (Пакистан)                                  1 655 МВт   o ТЭЦ Джамшоро (Пакистан)                              850 MW

    Pakistan Coal Reserves

    o Sindh            186.560 billion tonnes o Balochistan   217 miilion tonnes o Punjab 235 biilion tonnes o NWFP   90 million tonnes

    o Азад Джаму Кашмир 9 миллионов тонн

    Различные энергетические проекты CPEC введены в эксплуатацию для производства достаточного количества электроэнергии в Пакистане. Но из-за политических проблем до сих пор не введены в эксплуатацию многие успешные энергетические проекты, которые могут удовлетворить энергетические потребности Пакистана.

    Угольный завод Тар

    Это один из крупнейших запасов угля в мире с мощностью 9,75 миллиардов тонн угля . Подземный газ должен быть преобразован в угольный газ с помощью процесса, известного как подземная газификация угля (UCG). Он может производить 50 000 МВт электроэнергии в течение десятилетий и 100 миллионов баррелей нефти в течение 500 лет.

    Это может изменить правила игры для Пакистана, а производимая электроэнергия станет дешевле. Но из-за политических опасений и комиссионной мафии этот проект до сих пор не запущен. В последнее десятилетие Пакистан столкнулся с серьезным энергетическим кризисом, и уголь Тар может стать решением проблемы нехватки энергии в Пакистане.

    Преимущества тепловых электростанций:

    1. Экономичны благодаря низкой начальной стоимости, отличной от любой электростанции.
    2. Земли требуется меньше, чем для гидроэлектростанции.
    3. Так как уголь является основным топливом и его стоимость намного ниже, чем бензина/дизеля, то стоимость выработки экономична.
    4. Техническое обслуживание проще.
      Как работают тепловые электростанции: Как работает тепловая электростанция (ТЭЦ)?