Тепловые электрические станции. Технологическая и тепловая схема ТЭС

ТЭС и их энергетические показатели

и реализуют потребителям 2 основных вида продукции – электрическую энергию

и тепловую энергию, – и для которых источником тепловой энергии служит органическое топливо .
ТЭС классифицируют по следующим признакам:
Основной вид отпускаемой продукции:
Конденсационные (КЭС), которые не имеют регулируемого тепловыми двигателями (турбинами) отпуска тепловой энергии потребителям
Теплофикационные или когенерационные (ТЭЦ), которые имеют регулируемый тепловыми двигателями отпуск тепловой энергии потребителям и у которых доля отпускаемой тепловой энергии в общем объеме отпуска энергии потребителям не менее половины
Технология производства электрической и тепловой энергии:
Паротурбинная (ПТУ-ТЭС)
Газотурбинная (ГТУ-ТЭС)
Парогазовая (ПГУ-ТЭС)
Газопоршневая (ТЭС-ДВС или ТЭС-ГПА)
Ведомственная принадлежность предприятия
ТЭС энергетических компаний
ТЭС промышленных предприятий или фирм
Основной вид топлива для ТЭС (уголь, газ, мазут, сланцы, топливные вторичные энергетические ресурсы)

паротурбинная электростанция включает в себя четыре обязательных элемента:
  энергетический котел,

или просто котел, в который подводится питательная вода под большим давлением, топливо и атмосферный воздух для горения. В топке котла идет процесс горения — химическая энергия топлива превращается в тепловую и лучистую энергию. Питательная вода протекает по трубной системе, расположенной внутри котла. Далее нагревается до температуры кипения и испаряется. Получаемый пар в этом же котле перегревается сверх температуры кипения и по одному или нескольким трубопроводам подается в паровую турбину;
   турбоагрегат, состоящий из паровой турбины, электрогенератора и возбудителя. Паровая турбина, в которой пар расширяется до очень низкого давления, преобразует потенциальную энергию сжатого и нагретого до высокой температуры пара в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Турбина приводит электрогенератор, преобразующий кинетическую энергию вращения ротора генератора в электрический ток.
   конденсатор служит для конденсации пара, поступающего из турбины, и создания глубокого разрежения. Это позволяет очень существенно сократить затрату энергии на последующее сжатие образовавшейся воды и одновременно увеличить работоспособность пара, т.е. получить большую мощность от пара, выработанного котлом;
   питательный насос для подачи питательной воды в котел и создания высокого давления перед турбиной.
Таким образом, в ПТУ рабочим телом совершается непрерывный цикл преобразования химической энергии сжигаемого топлива в электрическую энергию.

внешним потребителям не изображена)

котельной установки является котел. Газ для работы котла подается от

газораспределительной станции, подключенной к магистральному газопроводу (на рисунке не показан), к газораспределительному пункту (ГРП) 1. Здесь его давление снижается до нескольких атмосфер и он подается к горелкам 2.
Собственно котел представляет собой П-образную конструкцию с газоходами прямоугольного сечения. Внутренняя часть топки свободна, и в ней происходит горение топлива газа. Для этого к горелкам специальным дутьевым вентилятором 28 непрерывно подается горячий воздух, нагреваемый в воздухоподогревателе 25. Для повышения температуры воздуха используется рециркуляция: часть дымовых газов, уходящих из котла, специальным вентилятором рециркуляции 29 подается к основному воздуху и смешивается с ним. Горячий воздух смешивается с газом и через горелки котла подается в его топку — камеру, в которой происходит горение топлива. Стены топки облицованы экранами 19 — трубами, к которым подается питательная вода из экономайзера 24. На схеме изображен так называемый прямоточный котел, в экранах которого питательная вода, проходя трубную систему котла только 1 раз, нагревается и испаряется, превращаясь в сухой насыщенный пар. Широкое распространение получили барабанные котлы, в экранах которых осуществляется многократная циркуляция питательной воды, а отделение пара от котловой воды происходит в барабане.
Пространство за топкой котла достаточно густо заполнено трубами, внутри которых движется пар или вода. Снаружи эти трубы омываются горячими дымовыми газами, постепенно остывающими при движении к дымовой трубе 26.
Сухой насыщенный пар поступает в основной пароперегреватель, состоящий из потолочного 20, ширмового 21 и конвективного 22 элементов. В основном пароперегревателе повышается его температура и, следовательно, потенциальная энергия. Мощная паровая турбина обычно состоит из нескольких как бы отдельных турбин — цилиндров.
К первому цилиндру — цилиндру высокого давления (ЦВД) 17 пар подводится прямо из котла, и поэтому он имеет высокие параметры. Если бы пар продолжал расширяться в турбине дальше от этих параметров до давления в конденсаторе, то он стал бы настолько влажным, что длительная работа турбины была бы невозможной из-за эрозионного износа его деталей в последнем цилиндре. Поэтому из ЦВД относительно холодный пар возвращается обратно в котел в так называемый промежуточный пароперегреватель 23. В нем пар попадает снова под воздействие горячих газов котла, его температура повышается до исходной (540 °С). Полученный пар направляется в цилиндр среднего давления (ЦСД) 16. После расширения в ЦСД до давления 0,2—0,3 МПа (2—3 ат) пар поступает в один или несколько одинаковых цилиндров низкого давления (ЦНД) 15.
Таким образом, расширяясь в турбине, пар вращает ее ротор, соединенный с ротором электрического генератора 14, в статорных обмотках которого образуется электрический ток. Трансформатор повышает его напряжение для уменьшения потерь в линиях электропередачи, передает часть выработанной энергии на питание собственных нужд ТЭС, а остальную электроэнергию отпускает в энергосистему.
Пар, покидающий ЦНД турбины, поступает в конденсатор 12 — теплообменник, по трубкам которого непрерывно протекает охлаждающая вода, подаваемая циркуляционным насосом 9 из реки, водохранилища или специального охладительного устройства (градирни).

на высоте 10—20 м устанавливают оросительное (разбрызгивающее устройство). Воздух, движущийся вверх,

заставляет часть капель (примерно 1,5—2 %) испаряться, за счет чего охлаждается вода, поступающая из конденсатора и нагретая в нем. Охлажденная вода собирается внизу в бассейне, перетекает в аванкамеру 10 (см. рис. 2.2), и оттуда циркуляционным насосом 9 она подается в конденсатор 12. Наряду с оборотной, используют прямоточное водоснабжение, при котором охлаждающая вода поступает в конденсатор из реки и сбрасывается в нее ниже по течению. Пар, поступающий из турбины в межтрубное пространство конденсатора, конденсируется и стекает вниз; образующийся конденсат конденсатным насосом 6 подается через группу регенеративных подогревателей низкого давления (ПНД) 3 в деаэратор 8. В ПНД температура конденсата повышается за счет теплоты конденсации пара, отбираемого из турбины. Это позволяет уменьшить расход топлива в котле и повысить экономичность электростанции. В деаэраторе 8 происходит деаэрация — удаление из конденсата растворенных в нем газов, нарушающих работу котла. Одновременно бак деаэратора представляет собой емкость для питательной воды котла.
Из деаэратора питательная вода питательным насосом 7, приводимым в действие электродвигателем или специальной паровой турбиной, подается в группу подогревателей высокого давления (ПВД).
Регенеративный подогрев конденсата в ПНД и ПВД — это основной и очень выгодный способ повышения КПД ТЭС. Пар, который расширился в турбине от входа до трубопровода отбора, выработал определенную мощность, а поступив в регенеративный подогреватель, передал свое тепло конденсации питательной воде (а не охлаждающей!), повысив ее температуру и тем самым сэкономив расход топлива в котле. Температура питательной воды котла за ПВД, т.е. перед поступлением в котел, составляет в зависимости от начальных параметров 240—280 °С. Таким образом замыкается технологический пароводяной цикл преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения ротора турбоагрегата.
Газообразные продукты сгорания топлива, отдав свою основную тепло­ту питательной воде, поступают на трубы экономайзера 24 и в воздухоподогреватель 25, в которых они охлаждаются до температуры 140—160 °С и направляются с помощью дымососа 27 к дымовой трубе 26. Дымовая труба создает разрежение в топке и газоходах котла; кроме того, она рассеивает вредные продукты сгорания в верхних слоях атмосферы, не допуская их высокой концентрации в нижних слоях.
Если на ТЭС используется твердое топливо, то она снабжается топливоподачей и пылеприготовительной установкой. Прибывающий на ТЭС в специальных вагонах уголь разгружается, дробится до размера кусков 20—25 мм и ленточным транспортером подается в бункер, вмещающий запас угля на несколько часов работы. Из бункера уголь поступает в специальные мельницы, в которых он размалывается до пылевидного состояния. В мельницу непрерывно специальным дутьевым вентилятором подается воздух, нагретый в воздухоподогревателе. Горячий воздух смешивается с угольной пылью и через горелки котла подается в его топку в зону горения.
Пылеугольная ТЭС снабжается специальными электрофильтрами, в которых происходит улавливание сухой летучей зоны. Зола, образующаяся при горении топлива и не унесенная потоком газов, удаляется из донной части топки и транспортируется на золоотвалы.

(ПТС) - графическое изображение (с помощью условных обозначений) отдельных элементов

оборудования, осуществляющих технологический процесс и входящих в состав пароводяного тракта, и соединяющих его трубопроводов.
ПТС ТЭС изображается как одноагрегатная и однолинейная схема

отопительной ТЭЦ от ТЭС состоит в использовании не конденсационной, а

теплофикационной паровой турбины — турбины, позволяющей выполнять большие регулируемые отборы пара на сетевые подогреватели, регулируя давление пара в них непосредственно в проточной части с помощью регулирующих диафрагм или клапанов).
Как на КЭС, так и на ТЭЦ имеется водонагревательная (теплофикационная) сетевой установки. На КЭС имеются основной и пиковый сетевые подогреватели, получающие пар из нерегулируемых отборов турбин.
На предыдущем слайде изображена технологическая схема ТЭЦ, отличающаяся от КЭС только схемой подготовки сетевой воды. Остывшая в теплоприемниках тепловой сети обратная сетевая вода (магистраль II) поступает к сетевым насосам I подъема 47. Насосы повышают давление сетевой воды, исключая ее закипание при нагреве в сетевых подогревателях и обеспечивая ее прокачку через сетевые подогреватели. Из сетевого насоса СН-I сетевая вода последовательно проходит через трубную систему нижнего и верхнего сетевых подогревателей 48 и 49. Нагрев сетевой воды в них осуществляется теплотой конденсации пара, отбираемого из двух отборов паровой турбины. Отбор пара осуществляется при таких давлениях, чтобы температура его конденсации в сетевом подогревателе была достаточной для нагрева сетевой воды (см. рис.)
Нагретая в НСП и ВСП сетевая вода поступает к сетевым насосам II подъема 49, которые подают ее в пиковый водогрейный котел (ПВК) 44 и обеспечивают ее прокачку через всю или часть тепловой сети. Для нагрева сетевой воды в ПВК в него от ГРП подается газ, а от дутьевого вентилятора — воздух. Нагретая до требуемой температуры сетевая вода (прямая) подается в магистраль прямой сетевой воды III и из нее — тепловым потребителям.

образом, МВт


В этой формуле:
- теплота, выделившаяся при

сгорании топлива;
- электрическая мощность, вырабатываемая ТЭС (турбоустановкой);
- сумма потерь механических (преимущественно в подшипниках турбоагрегата) и в генераторе (в обмотках ротора и статора и в стали статора);
- мощность тепловой нагрузки (суммарный отпуск теплоты с горячей водой и с паром);
- потери при отпуске теплоты (этой величиной часто пренебрегают);
- потери теплоты в окружающую среду (для паротурбинной установки – потери в конденсаторе, отводимые с охлаждающей водой);
- потери при транспорте теплоты в основном цикле установки (для паротурбинной установки – потери от утечек пара, потери от непрерывной продувки и тепловые потери трубопроводов о других элементов оборудования);
- потери в котельном агрегате (с уходящими газами, от химического и механического недожога топлива и др.)