Энергетические ресурсы Земли (стр. 9 )

Тепловые конденсационные электрические станции (КЭС) являются наиболее массовыми в РФ источниками электрической энергии, они вы­рабатывают около 50% всей электроэнергии. По виду используемого топлива различают угольные, мазутные, газовые и газомазутные КЭС. Оборудование КЭС может быть приспособлено для сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива. Обычно один вид топлива для данной КЭС является основным, а другой - резервным. В соответствии с начальными параметрами пара различают КЭС с докритическим и сверхкритическим давлением пара. Для турбоагрегатов мощностью до 200 МВт применяют докритическое давление пара (около 13 МПа), - а при мощности более 250 МВт - сверхкритическое давление пара (около 24 МПа).

Рис.4.5. Принципиальная схема КЭС

Рассмотрим технологическую схему КЭС, работающей на каменном угле (рис.4.5). В котел Кт подается топливо в виде угольной пыли, подогретый воздух и питательная вода ПВ. Подача воздуха осущест­вляется дутьевым вентилятором ДВ, а питательной воды - питательным насосом ПН. Образующиеся при сгорании топлива газы ДГ отсасываются из котла дымососом Д и выбрасываются через дымовую трубу (высотой 100-250 м) в атмосферу. Пар из котла при давлении до 30 МПа и тем­пературе до 650°С подается в паровую турбину Т, где, проходя через ряд ступеней, он совершает механическую работу - вращает турбину и жестко связанный с ней ротор генератора Г. Отработанный пар из турбины поступает в конденсатор К (теплообменник); здесь он кон­денсируется благодаря пропуску через конденсатор значительного количества холодной (15-25oC) циркуляционной воды. Источником хо­лодной воды ИХВ могут быть: река, озеро, искусственное водохрани­лище, а также специальные установки с охлаждающими башнями (гра­дирнями) или с брызгальными бассейнами, откуда охлаждающая вода подается в конденсатор циркуляционными насосами ЦН. Воздух, попа­дающий в конденсатор через неплотности, удаляется с помощью эжек­тора Э. Конденсат, образующийся в конденсаторе, с помощью конденсатного насоса КН подается в деаэратор Др, который предназначен для удаления из питательной воды газов и в первую очередь кислоро­да, вызывающего усиленную коррозию труб котла. В диаэратор также подается химически очищенная вода ХОВ. После диаэратора питатель­ная вода питательным насосом ПН подается в котел, предварительно вода подогревается, причем ее подогрев осуществляется в подогрева­телях различного давления, снабжаемых паром из отборов турбины, а также в экономайзере (хвостовой части) котла.

Особенности КЭС следующие:

1) строятся по возможности ближе к месторождениям топлива;

2) большую часть выработанной электроэнергии отдают в сети повышенных напряжений (110-750 кВ);

3) работают по свободному графику выработки электроэнергии (т. е. неограниченному технологическому режиму);

4) низкоманевренны: разворот турбин и набор нагрузки из "хо­лодного" состояния требует примерно 3-10 ч;

5) имеют относительно низкий КПД (h=25-40%).

Рис.4.6. Тепловой баланс КЭС:

ТСТ - тепло, полученное при сжигании топлива; ПКт - потери тепла в котельном агрегате; ПТр - потери тепла в трубопроводах; ПТ - поте­ри тепла в турбогенераторах; ПК - потери тепла в конденсаторе; ТПЭ - тепло, превращенное в электроэнергию

На рис.4.6 приведен тепловой баланс КЭС.

Мощность современных КЭС достигает 4 ГВт. На них устанавлива­ются энергоблоки мощностью 200, 300, 500 и 800 МВт. На Костромской КЭС работает один энергоблок мощностью 1200 МВт.

Оборудование на КЭС разделяют на основное и вспомогательное. К основному оборудованию относят паровые котлы, турбины, конденса­торы, теплообменники, электрические генераторы. Вспомогательное оборудование включает систему технического водоснабжения, насосы, тягодутьевые установки, механизированные склады твердого топлива, системы пылеприготовления, золоулавливания и золоудаления, для подготовки добавочной воды и очистки конденсатора и др.

Основными потребителями воды на КЭС являются конденсаторы па­ровых турбин (92-96% общего количества воды), газоохладители электрических генераторов (2-4%), маслоохлади%) и ряд других механизмов. Применяется прямоточная, оборотная и смешанная система водоснабжения. Наиболее простой является прямоточная сис­тема водоснабжения. Она предполагает наличие в районе КЭС естест­венного источника воды (реки, озера, моря). При отсутствии источ­ника воды с большим дебитом один и тот же запас воды используется многократно. Такую систему водоснабжения называют оборотной. В нее входят охладитель воды, подводящие и сбросные водопроводы и цирку­ляционные насосы. В качестве охладителей используются водохранили­ща - охладители, брызгальные бассейны и градирни. В системе оборот­ного водоснабжения с градирней (рис 4.7) - охлажденная вода бассейна 4, расположенного в основании градирни, поступает к циркуляционным насосам 3, которыми она прокачивается через конденсаторы 2 и возв­ращается в оросительное устройство 8.

Паровые котлы требуют большого количества воздуха для сжига­ния топлива, при котором образуется еще больше продуктов сгорания. Совокупность газовоздухопроводов и теплообменных поверхностей наг­рева, тягодутьевых машин и золоуловителей, дымовой трубы и внешних газоходов составляет газовоздушный тракт КЭС (рис.4.8). Воздух к котлу 2 подается дутьевым вентилятором 3, создающим необходимый напор для преодоления максимального сопротивления воздушного трак­та. После воздухоподогревателя 7 поток воздуха разделяется на две части: первичный, поступающий в систему пылеприготовления 1 в ка­честве сушильного агента и через дроссель 9 для транспортировки топлива в топку, и вторичный, направляемый через дроссель 8 непос­редственно к устройствам для сжигания топлива. Продукты сгорания топлива охлаждаются в воздухоподогревателе 7 очищаются от золы в золоуловителях 4 и дымососом 5 выбрасываются через дымовую трубу 6 в атмосферу.

Экономичность работы КЭС принято оценивать расходами теплоты и топлива на выработку энергии и КПД, которые разделяют на КПД брутто hбс , в котором не учитывается расход энергии на собственные нужды, и КПД нетто hнс,- с учетом расхода теплоты и электроэнергии на собственные нужды.

Рис 4.7 Система оборотного водоснабжения КЭС с градирней:

1 – градирня; 2 – конденсатор турбины; 3 – циркуляционный насос; 4 – сбросный бассейн охлаждающей воды; 5 – отвод охлаждающей воды; 6 – подвод охлаждаемой воды; 7 – распределительный желоб; 8 – оросительное устройство; ВНВВ – выход нагретого влажного воздуха; ВХВ – вход холодного воздуха;

Рис 4.8. Газовоздушный тракт КЭС

КПД брутто КЭС определяется по выражению:

(4.27)

где Qс – теплота, подведенная с топливом, кДж/кг; B – расход топлива, кг; Qрн – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Если известны КПД котла hк и турбоустановки hту, то КПД КЭС равен:

(4.28)

где hрт – КПД теплового потока, учитывающего потери теплоты при движении пара от котла к турбине ( hтр = 0,98-0,99)

КПД нетто КЭС составляет:

(4.29)

где Эсн – доля расхода энергии на собственные нужды (от 4 до 6%).

Наряду с КПД показателем тепловой экономичности КЭС служит расход теплоты:

(4.30)

если hбс = 0,32-0,37, то qc = 2.7-3.1.

Из (4.27) можно найти удельный расход топлива на выработку 1 кДж или 1 кВт*ч энергии (в кг/кДж или кг/(кВт*ч)):

или (4.31)

В РФ принято оценивать тепловую экономичность КЭС расходом условного топлива (Qрн = 29,3 МДж/кг), Тогда из (4.31) получаем расход условного топлива вy (кг/МДж или (кг/кВт*ч)):

(4.32)

В настоящее время на лучших КЭС величина вy составляет 310-320 г/(кВт*ч).

4.3. Теплоэлектроцентрали

Для многих отраслей промышленности, таких, как автомобилест­роение, химическая, нефтеперерабатывающая, металлургическая, целлюлозно-бумажная, текстильная, пищевая и др., наряду с электроэнер­гией требуется большое количество тепловой энергии. Для отопления жилых зданий также необходима тепловая энергия. В этих условиях естественно использовать пар, получаемый в парогенераторах на теп­ловых станциях, как для выработки электроэнергии, так и для тепло­фикации потребителей. Электростанции, выполняющие такие функции, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Для получения пара с не­обходимыми для потребителей параметрами на ТЭЦ используют специ­альные турбины с промежуточным отбором пара. В таких турбинах, после того как часть энергии пара израсходуется на приведение в движение турбины и параметры его понизятся, производится отбор не­которой доли пара для потребителей. Оставшаяся доля пара далее обычным порядком используется в турбине и затем поступает в кон­денсатор. Структурная схема ТЭЦ приведена на рис 4.9. Коммуналь­но-бытовые потребители обычно получают тепло от сетевых подогрева­телей (бойлеров) СП.

Рис.4.9. Структурная схема ТЭЦ:

ТС - тепловая сеть; ПП - пар для потребителей: ДГ - дымовые газы;