Технологический учебник "Электроснабжение промышленных предприятий и гражданских зданий" по специальности 270843 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий (стр. 4 )

Тема № 2. НАЗНАЧЕНИЕ И ТИПЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И РЕЖИМЫ ИХ РАБОТЫ.

2.1. Основные определения.

Электростанциями называется предприятия или установки, предназначенные для производства электроэнергии. Топливом для электростанций служит уголь, торф, вода, ветер, солнце, атомная энергия. В зависимости от вида энергии, потребляемой первичным двигателем, электрические станции могут быть разделены на следующие основные типы: тепловые, атомные, гидроэлектростанции, гидроаккумулирующие, газотурбинные, а также маломощные электрические станции местного значения: ветряные, солнечные, геотермальные, морских приливов и от­ливов, дизельные и др.

Мощные электрические станции объединяют высоковольт­ными линиями электропередачи (ЛЭП) в единую энергетичес­кую систему. Такое объединение электрических станций повы­шает надежность электроснабжения потребителей и дает огром­ную экономию народному хозяйству за счет лучшего использо­вания электрооборудования.

2.2.Тепловые электрические станции.

Из общего количества вырабатываемой электрической энергии в большая часть приходится на выработку электроэнергии тепловыми электро­станциями.

Процесс получения электрической энергии на ТЭС заключа­ется в последовательном преобразовании энергии сжигаемого топлива в тепловую энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат (паровую турбину, соединенную с ге­нератором). Механическая энергия вращения преобразуется генератором в электрическую. Топливом для электростанций служат каменный уголь, торф, горючие сланцы, естественный газ, нефть, мазут, древесные отходы.

По характеру обслуживания тепловые электрические станции делят на районные (ГРЭС), конденсационные (КЭС), тепло­электроцентрали (ТЭЦ).

Районные электростанции (ГРЭС), снабжающие потреби­телей только электроэнергией и располагающиеся в районе энергетических запасов (угля, торфа, газа и т. д.).

Успешно работают мощные ГРЭС: Рефтинская мощностью 3,8 ГВт, Запорожская, Углегорская, Костромская мощностью по 3,6 ГВт и др. ТЭС единичной мощностью 4,0 и 6,4 ГВт сооружаются в районах Экибастузского (Экибастузские ГРЭС-1, ГРЭС-2) и Канско-Ачинского (Березовская ГРЭС-1) угольных бассейнов. Попутный газ Тюменских месторождений используется на Сургутских ГРЭС-1 и ГРЭС-2. Турбины ГРЭС обеспечивают конденсационный режим, при котором пар проходит последовательно через все ступени турбины, после чего конденсируется в конденсаторе.

Конденсационные, снабжающие потребителей только электроэнергией, по принципу работы соответствуют ГРЭС, но удалены от потребителей электроэнергии. Они передают вырабатываемую мощность на высоких и сверхвысоких на­пряжениях. В отечественной энергетике на долю КЭС приходит­ся до 60% выработки электроэнергии.

Теплоэлектроцентрали, снабжающие потребителей электрической и тепловой энергией, располагающиеся в районе их потребления. Они отличаются от ГРЭС и КЭС тем, что используют теплоту «отработавшего» в турбинах пара для нужд промышленного производства, а также для отопления, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения. ТЭС получили широкое рас­пространение в райо­нах (городах) с боль­шим потреблением те­плоты и электроэнер­гии. В целом на ТЭЦ производится около 25% всей вырабатываемой электроэнер­гии.

Принципиальная схема ТЭЦ и системы теплофикации предста­влены на рис. 4

Твер­дое топливо, поступающее из топливного склада, с помощью транспортера попадает в топливный бункер, а затем дробильное устройство (шаровую мельницу). Пылевидное топливо пневмотранспортом вдувается к горелкам топки котла. При сгорании топлива выделяется газ с температурой 1200— 1600°С. Эти газы омывают трубы внутри котла 1, по которым протекает

Рис. 4

Схема ТЭЦ

вода, отдают свою теплоту, и вода превращается в пар. Вырабатываемый пар с температурой 540—560°С и давлением 130—250 т. а. поступает по паропроводу в паровую турбину 2.

Вследствие разности давлений пара, поступающего в турби­ну и выходящего из нее, а также разности температур пар, расширяясь при прохождении через все ступени турбины, совершает механическую работу, т. е. вращает вал турбины, а вместе с ним и генератор 3. Отработанный пар в паровой турбине с параметрами давления 0,035 — 0,05 и температу­рой 120—140°С направляется по трубам в конденсатор 4, где пар превращается в дистилированную воду, которая откачивается насосом 5 в деаэратор 6 для освобождения конденсатора от растворенного в нем воздуха. Другая часть отобранного пара отбирается из промежуточной ступени турбины с давлением 13—40 т. а. и направляется в тепло­фикационный коллектор 7 для использования в системе теплоснабжения промышленных предприятий и коммуникально-хозяйственных объектов. При водяной системе теплоснабжения пар поступает в коллектор 7 в пароводяные подогреватели 5, где отдает теплоту воде, циркулирующей в тепловой сети. Пар в пароводяных подогревателях превращается в конденсат, который насосом 18 откачивается в деаэратор. Нагретая вода поступает по линии тепловой сети 16 к потребителям 13 и 14 и после охлаждения в них по обратной линии тепловой сети попадает сетевыми насосами 17 вновь на подогрев в пароводяные подогреватели 15.

При паровой системе теплоснабжения пар из указанного коллектора 7 направляется в паровую линию 8; из нее теплопотребляющие аппараты 9 где превращается в кон­денсат, который из сборных баков 11 насосами 12 через конденсатную линию 10 перекачивается в деаэратор 6, а затем в котел 1 при помощи питательных насосов 20.

Для конденсации пара в конденсаторе 4 подача воды в паровой котел 1 выполняется насосами 19, которые подают холодную воду из источника водоснабжения 21 (реки, озера, артезианские скважины). Поскольку через трубы конденсатора протекает большое количество воды, ее температура на выходе из конденсатора не превышает 25-30°С. Вода с такой температурой не может быть использована в полезных целях и поэтому ее снова сбрасывают в систему водоснабжения.

Отработанные газы из топки котла с температурой 350 -450'С нельзя выбрасывать в атмосферу, поэтому на пути их следования установлен водяной экономайзер, который допол­нительно подогревает питательную воду. Продолжая свой путь, газы проходят через золоулавливатель, а затем отсасывающим дымососом выбрасывают в дымовую трубу. ГРЭС и КЭС имеют невысокий КПД. Таким образом, работа конденсационных станций па привозном топливе экономически невыгодна.

2.3.Атомные электрические станции.

Атомная энергетика в по­следние годы развивается быстрыми темпами. От первой Обнинской АЭС мощностью 5 МВт атомная энергетика прошла путь до АЭС мощностью 4000 МВт. Среди действующих Ле­нинградская. Нововоронежская, Кольская, Курская, Смолен­ская. Игналинская, Белоярская и другие мошные АЭС.

В нашей стране удельный вес АЭС в суммарном произ­водстве электроэнергии составляет 12%. Перспективы элект­роэнергетики на длительный период в европейской части страны строились на форсированном развитии атомных эле­ктростанций..Атомные электростанции отличаются от обычной паро­турбинной станции тем, что на АЭС в качестве источника энергии используется процесс деления ядер урана, плутония. тория и др. В результате рас­щепления этих материалов в специальных устройствах-реакторах—выделяется огромное количество тепловой энергии.

Рис.6 .Одноконтурная схема АЭС Рис. 5 Двухконтурная схема АЭС

1-турбина, 2-генератор, 3-конденсатор, 1-турбина, 2-генератор, 3-конденсатор,

4-конденсат, 5-питательный насос, 4-конденсат, 5-циркуляционный насос,

6-циркуляционный насос, 7-реактор, 6-реактор, 7-рабочие каналы.

8-рабочие каналы, 9-пароперегреватель.

Принципиальная схема одноконтурной АЭС представлена на рис. 6, из которой видно, что все оборудование такой АЭС работает в радиационном режиме, что усложняет его эксплуатацию, хотя и упрощает процесс получения тепловой энергии.

Принципиальная схема двухконтурной АЭС представлена на рис. 5. В качестве регулятора скорости протекания реакции используют вертикально расположенные в реакторе стержни из графита, а в качестве теплоносителя - тяжелую воду или жидкий гелий (-190° С). Выделяющаяся в канал теплоэнергия нагревает воду первичного контура до температуры 255—275° С. Нагретый пар поступает в пароге­нератор, где отдает свою теплоту воде вторичного контура и превращает ее в пар с температурой 250—260° С и давлением 1,25 МПа, который подается в турбину. Охлажденная вода из парогенератора при температуре 190° С и давлении 10 МПа подается циркуляционным насосом обратно в реактор. Эта вода, циркулирующая непосредственно через реактор, является радиоактивной, поэтому оборудование этого контура ограж­дают специальными железобетонными, чугунными, свинцовыми и другими конструкциями. Вторичный замкнутый контур «парогенератор — турбина — конденсатор» не представляет опа­сной радиоактивности и работает так же, как и - в тепловых паротурбинных станциях. . Такие станции можно сооружать в любом месте, так как они не связаны с местом расположения естественных запасов топлива. Кроме того, окружающая среда не загрязняется дымом, золой, пылью и сернистым газом.

2.4.Электрические станции с МГД-генераторами.

Наиболее перс­пективным направлением в создании мощных высокоэконо­мичных электрических станций является непосредственное по­лучение электрической энергии из тепловой в магнитоэлектри­ческих генераторах. В этом случае отпадает необходимость в паровых котлах, турбинах и вращающихся генераторах и КПД таких станций может быть доведен с 40% в тепловых турбогенераторных до 60% в МГД-генераторных электростан­циях. Принцип действия последних состоит в следующем. Продукты сгорания топлива — газа при высоких температурах теплопроводны, а при 3000—4000° С становятся электропроводя­щими. Состояние газа при такой температуре называют плазмой. Известно, что если проводник пересекает магнитное поле, то в нем возникает электродвижущая сила (ЭДС), пропорцио­нальная скорости движения проводника, его длине и напря­женности магнитного поля. На этой основе выполнены конст­рукции как электрогенераторов, так и МГД-генераторов, в ко­торых в качестве проводника используется плазма. На рис. 7 приведена принципиальная схема МГД-генератора. Из камеры сгорания 2, куда подается топливо, и насосов 1, 8 поток раскаленных газов поступает в сопло 3, а затем в канал генератора 6. По обеим сторонам канала установлены мощные магниты 4. При движении плазмы в магнитном поле со скоростью 600—650 м/с в плазме возникает ЭДС. Ток, отдаваемый в сеть, снимается электродами 5.