نسخة تيس. محطات التدفئة (CHP)

محطة الطاقة الكهربائية هي محطة توليد الطاقة التي تحول الطاقة الطبيعية إلى طاقة كهربائية. وأكثرها شيوعًا هي محطات الطاقة الحرارية (TPPs)، التي تستخدم الطاقة الحرارية الناتجة عن حرق الوقود العضوي (الصلب والسائل والغازي).

تولد محطات الطاقة الحرارية حوالي 76% من الكهرباء المنتجة على كوكبنا. ويرجع ذلك إلى وجود الوقود الأحفوري في جميع مناطق كوكبنا تقريباً؛ إمكانية نقل الوقود العضوي من موقع الاستخراج إلى محطة توليد الكهرباء الواقعة بالقرب من مستهلكي الطاقة؛ التقدم التقني في محطات الطاقة الحرارية، وضمان بناء محطات الطاقة الحرارية ذات الطاقة العالية؛ إمكانية الاستفادة من الحرارة المهدرة من مائع العمل وتزويدها للمستهلكين، بالإضافة إلى الطاقة الكهربائية وأيضاً الطاقة الحرارية (بالبخار أو الماء الساخن) وغيرها.

لا يمكن ضمان مستوى تقني عالٍ من الطاقة إلا من خلال هيكل متناغم لقدرات التوليد: يجب أن يشمل نظام الطاقة محطات الطاقة النووية التي تولد الكهرباء الرخيصة، ولكن مع وجود قيود خطيرة على نطاق ومعدل تغير الأحمال، ومحطات الطاقة الحرارية التي تزود الطاقة. الحرارة والكهرباء، والتي تعتمد كميتها على الطلب على الطاقة الحرارية، ووحدات الطاقة التوربينية البخارية القوية التي تعمل بالوقود الثقيل، ووحدات توربينات الغاز المتنقلة المستقلة التي تغطي فترات الذروة قصيرة المدى.

1.1 أنواع محطات الطاقة الكهربائية وخصائصها.

في التين. يعرض 1 تصنيف محطات الطاقة الحرارية التي تستخدم الوقود الأحفوري.

رسم بياني 1. أنواع محطات الطاقة الحرارية التي تستخدم الوقود الأحفوري.

الشكل 2: رسم تخطيطي حراري لمحطة الطاقة الحرارية

1 – غلاية بخارية 2 - التوربينات. 3 – مولد كهربائي. 4 - مكثف. 5 – مضخة المكثفات. 6 – سخانات الضغط المنخفض. 7 - مزيل الهواء. 8 – مضخة التغذية . 9 – سخانات الضغط العالي. 10 – مضخة الصرف .

محطة الطاقة الحرارية عبارة عن مجموعة من المعدات والأجهزة التي تحول طاقة الوقود إلى طاقة كهربائية و (بشكل عام) حرارية.

تتميز محطات الطاقة الحرارية بالتنوع الكبير ويمكن تصنيفها وفق معايير مختلفة.

بناءً على الغرض منها ونوع الطاقة الموردة، تنقسم محطات الطاقة إلى إقليمية وصناعية.

محطات توليد الطاقة بالمنطقة هي محطات كهرباء عامة مستقلة تخدم جميع أنواع المستهلكين في المنطقة (المؤسسات الصناعية، النقل، السكان، إلخ). غالبًا ما تحتفظ محطات توليد الطاقة بالتكثيف في المناطق، والتي تولد الكهرباء بشكل أساسي، باسمها التاريخي - GRES (محطات توليد الطاقة في مناطق الولاية). تسمى محطات توليد الطاقة في المناطق التي تنتج الطاقة الكهربائية والحرارية (على شكل بخار أو ماء ساخن) بمحطات الطاقة والحرارة المشتركة (CHP). كقاعدة عامة، تبلغ قدرة محطات توليد الطاقة في المناطق الحكومية ومحطات الطاقة الحرارية في المناطق أكثر من مليون كيلوواط.

محطات الطاقة الصناعية هي محطات توليد الطاقة التي توفر الطاقة الحرارية والكهربائية لمؤسسات إنتاجية محددة أو مجمعاتها، على سبيل المثال مصنع إنتاج المواد الكيميائية. محطات الطاقة الصناعية هي جزء من المؤسسات الصناعية التي تخدمها. يتم تحديد قدرتها من خلال احتياجات المؤسسات الصناعية من الطاقة الحرارية والكهربائية، وكقاعدة عامة، فهي أقل بكثير من محطات الطاقة الحرارية بالمنطقة. في كثير من الأحيان تعمل محطات الطاقة الصناعية على الشبكة الكهربائية العامة، ولكنها ليست تابعة لمرسل نظام الطاقة.

بناءً على نوع الوقود المستخدم، تنقسم محطات الطاقة الحرارية إلى محطات تعمل بالوقود الأحفوري والوقود النووي.

محطات توليد الطاقة المكثفة التي تعمل بالوقود الأحفوري، في الوقت الذي لم تكن فيه محطات طاقة نووية (NPPs)، كانت تسمى تاريخياً محطات الطاقة الحرارية (TES - محطة الطاقة الحرارية). وبهذا المعنى سيتم استخدام هذا المصطلح أدناه، على الرغم من أن محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية ومحطات توليد الطاقة بتوربينات الغاز (GTPP) ومحطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة (CGPP) هي أيضًا محطات طاقة حرارية تعمل على مبدأ التحويل الحراري الطاقة إلى طاقة كهربائية.

يستخدم الوقود الغازي والسائل والصلب كوقود عضوي لمحطات الطاقة الحرارية. تستهلك معظم محطات الطاقة الحرارية في روسيا، وخاصة في الجزء الأوروبي، الغاز الطبيعي كوقود رئيسي، وزيت الوقود كوقود احتياطي، ولا يستخدم الأخير بسبب تكلفته العالية إلا في الحالات القصوى؛ تسمى محطات الطاقة الحرارية هذه بمحطات توليد الطاقة بالغاز والنفط. في العديد من المناطق، وخاصة في الجزء الآسيوي من روسيا، الوقود الرئيسي هو الفحم الحراري - الفحم منخفض السعرات الحرارية أو النفايات الناتجة عن استخراج الفحم عالي السعرات الحرارية (فحم الأنثراسيت - ASh). نظرًا لأنه قبل الاحتراق، يتم طحن هذا الفحم في مطاحن خاصة إلى حالة غبار، وتسمى محطات الطاقة الحرارية هذه بالفحم المسحوق.

بناءً على نوع محطات الطاقة الحرارية المستخدمة في محطات الطاقة الحرارية لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية لدوران دوارات الوحدات التوربينية، يتم التمييز بين التوربينات البخارية والتوربينات الغازية ومحطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة.

أساس محطات توليد الطاقة التوربينية البخارية هي وحدات التوربينات البخارية (STU)، التي تستخدم آلة الطاقة الأكثر تعقيدًا وأقوى وتقدمًا للغاية - التوربينات البخارية - لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية. PTU هو العنصر الرئيسي في محطات الطاقة الحرارية ومحطات الحرارة والطاقة المجمعة ومحطات الطاقة النووية.

تسمى محطات توليد الطاقة المتكثفة التي تحتوي على توربينات تكثيف كمحرك للمولدات الكهربائية ولا تستخدم حرارة بخار العادم لتزويد الطاقة الحرارية للمستهلكين الخارجيين بمحطات طاقة التكثيف. تسمى وحدات STU المجهزة بتوربينات التدفئة وإطلاق حرارة البخار العادم للمستهلكين الصناعيين أو البلديين بمحطات الحرارة والطاقة المشتركة (CHP).

تم تجهيز محطات الطاقة الحرارية لتوربينات الغاز (GTPPs) بوحدات توربينات غازية (GTUs) تعمل بالوقود الغازي، أو في الحالات القصوى، الوقود السائل (الديزل). نظرًا لأن درجة حرارة الغازات الموجودة خلف محطة توربينات الغاز مرتفعة جدًا، فيمكن استخدامها لتوفير الطاقة الحرارية للمستهلكين الخارجيين. تسمى محطات الطاقة هذه GTU-CHP. يوجد حاليًا في روسيا محطة واحدة لتوليد الطاقة بتوربينات الغاز (GRES-3 تحمل اسم كلاسون، إليكتروجورسك، منطقة موسكو) بقدرة 600 ميجاوات ومحطة توليد مشتركة لتوربينات الغاز (في مدينة إلكتروستال، منطقة موسكو).

وحدة توربينات الغاز التقليدية الحديثة (GTU) عبارة عن مزيج من ضاغط الهواء وغرفة الاحتراق وتوربينات الغاز، بالإضافة إلى الأنظمة المساعدة التي تضمن تشغيلها. يسمى الجمع بين وحدة توربينات الغاز والمولد الكهربائي بوحدة توربينات الغاز.

تم تجهيز محطات الطاقة الحرارية ذات الدورة المركبة بوحدات غازية ذات دورة مركبة (CCGs)، وهي عبارة عن مزيج من توربينات الغاز وتوربينات البخار، مما يسمح بكفاءة عالية. يمكن تصميم محطات CCGT-CHP كمحطات تكثيف (CCP-CHP) ومزودة بالطاقة الحرارية (CCP-CHP). حاليًا، تعمل أربع محطات جديدة تعمل بنظام CCGT-CHP في روسيا (شمال غرب CHPP في سانت بطرسبرغ وكالينينغراد وCHPP-27 في Mosenergo OJSC وSochinskaya)، كما تم بناء محطة توليد مشترك CCGT في Tyumen CHPP. في عام 2007، تم تشغيل Ivanovo CCGT-KES.

تتكون محطات الطاقة الحرارية المعيارية من محطات طاقة منفصلة، عادة من نفس النوع، - وحدات طاقة. في وحدة الطاقة، تقوم كل غلاية بتزويد البخار إلى توربينها فقط، والذي يعود منه بعد التكثيف إلى غلايتها فقط. يتم بناء جميع محطات توليد الطاقة ومحطات الطاقة الحرارية القوية في منطقة الولاية، والتي تحتوي على ما يسمى بالتسخين الفائق للبخار، وفقًا لمخطط الكتلة. يتم ضمان تشغيل الغلايات والتوربينات في محطات الطاقة الحرارية ذات الوصلات المتقاطعة بشكل مختلف: جميع غلايات محطة الطاقة الحرارية تزود البخار بخط بخار مشترك واحد (المجمع) ويتم تشغيل جميع التوربينات البخارية لمحطة الطاقة الحرارية منه. وفقًا لهذا المخطط، يتم بناء محطات CES دون ارتفاع درجة الحرارة المتوسطة وتقريباً جميع محطات CHP ذات معلمات البخار الأولية دون الحرجة.

بناءً على مستوى الضغط الأولي، يتم تمييز محطات الطاقة الحرارية للضغط دون الحرج والضغط فوق الحرج (SCP) والمعلمات فوق الحرجة (SSCP).

الضغط الحرج هو 22.1 ميجا باسكال (225.6 at). في صناعة الحرارة والطاقة الروسية، تم توحيد المعلمات الأولية: تم إنشاء محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة والحرارة المدمجة للضغط دون الحرج الذي يتراوح بين 8.8 و12.8 ميجا باسكال (90 و130 ضغط جوي)، وللضغط SKD - 23.5 ميجا باسكال (240 ضغط جوي) . لأسباب فنية، يتم تجديد محطات الطاقة الحرارية ذات المعلمات فوق الحرجة مع ارتفاع درجة الحرارة المتوسطة ووفقا لمخطط كتلة. تشتمل المعلمات فوق الحرجة تقليديًا على ضغط أكثر من 24 ميجا باسكال (حتى 35 ميجا باسكال) ودرجة حرارة تزيد عن 5600 درجة مئوية (حتى 6200 درجة مئوية)، والتي يتطلب استخدامها مواد جديدة وتصميمات معدات جديدة. في كثير من الأحيان، يتم بناء محطات الطاقة الحرارية أو محطات توليد الطاقة والحرارة المشتركة لمستويات مختلفة من المعلمات على عدة مراحل - في قوائم الانتظار، والتي تزداد معلماتها مع إدخال كل قائمة انتظار جديدة.

منذ أسبوعين، اختفى الماء الساخن من جميع صنابير نوفودفينسك - ليست هناك حاجة للبحث عن أي مكائد من الأعداء، فقط جاءت الاختبارات الهيدروليكية إلى نوفودفينسك، وهو إجراء ضروري لإعداد الطاقة والمرافق في المدينة لموسم الشرب الجديد . بدون ماء ساخن، شعرت على الفور وكأنني قروي - أواني بها ماء مغلي على الموقد - اغسل، أحلق، - اغسل الأطباق بالماء البارد، وما إلى ذلك.

وفي الوقت نفسه، نشأ سؤال في رأسي: كيف يتم "صنع" الماء الساخن، وكيف يصل إلى الصنابير في شققنا؟

بالطبع، يتم "تغذية" كل طاقة المدينة بواسطة مصنع أرخانجيلسك لللب والورق، وبشكل أكثر دقة في TPP-1، حيث ذهبت لمعرفة مصدر الماء الساخن والحرارة في شققنا. وافق أندريه بوريسوفيتش زوبوك، كبير مهندسي الطاقة في مصنع أرخانجيلسك لللب والورق، على مساعدتي في بحثي وأجاب على العديد من أسئلتي.

هنا، بالمناسبة، سطح المكتب لكبير مهندسي الطاقة في مصنع اللب والورق في أرخانجيلسك - شاشة يتم فيها عرض مجموعة متنوعة من البيانات، وهاتف متعدد القنوات رن مرارًا وتكرارًا أثناء محادثتنا، ومجموعة من المستندات. ..

أخبرني أندريه بوريسوفيتش كيف تعمل "نظريًا" TPP-1، محطة الطاقة الرئيسية للمحطة والمدينة. إن اختصار TPP - محطة الطاقة الحرارية - يعني أن المحطة لا تولد الكهرباء فحسب، بل تولد أيضًا الحرارة (الماء الساخن والتدفئة)، وربما يكون توليد الحرارة أكثر أولوية في مناخنا البارد.

مخطط تشغيل TPP-1:

تبدأ أي محطة للطاقة الحرارية بلوحة التحكم الرئيسية، حيث تتدفق جميع المعلومات حول العمليات التي تحدث في الغلايات، وتشغيل التوربينات، وما إلى ذلك.

هنا، يمكن رؤية تشغيل التوربينات والمولدات والغلايات على العديد من المؤشرات والأقراص. ومن هنا يتم التحكم في عملية إنتاج المحطة. وهذه العملية معقدة للغاية، من أجل فهم كل شيء، تحتاج إلى دراسة الكثير.

حسنًا، يوجد بالقرب قلب TPP-1 - الغلايات البخارية. هناك ثمانية منهم في TPP-1. وهي هياكل ضخمة يصل ارتفاعها إلى 32 مترا. وفيها تحدث العملية الرئيسية لتحويل الطاقة، والتي بفضلها تظهر الكهرباء والماء الساخن في منازلنا - إنتاج البخار.

ولكن في كل شيء يبدأ بالوقود. يمكن أن يعمل الفحم والغاز والخث كوقود في محطات الطاقة المختلفة. في TPP-1، الوقود الرئيسي هو الفحم، الذي يتم نقله هنا من فوركوتا بالسكك الحديدية.

يتم تخزين جزء منه، ويمر الجزء الآخر عبر الناقلات إلى المحطة، حيث يتم سحق الفحم نفسه أولاً إلى غبار ثم يتم تغذيته من خلال "أنابيب غبار" خاصة إلىفرن المراجل البخارية . لإشعال الغلاية، يتم استخدام زيت الوقود، وبعد ذلك، مع زيادة الضغط ودرجة الحرارة، يتم نقله إلى غبار الفحم.

غلاية البخار هي وحدة لإنتاج البخار عالي الضغط من مياه التغذية التي يتم تزويدها بها بشكل مستمر. يحدث هذا بسبب الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود. تبدو الغلاية نفسها مثيرة للإعجاب للغاية. يزن هذا الهيكل أكثر من 1000 طن! تبلغ سعة الغلاية 200 طن بخار في الساعة.

خارجيا، يشبه المرجل مجموعة متشابكة من الأنابيب والصمامات وبعض الآليات. الجو حار بجوار الغلاية، لأن درجة حرارة البخار الخارج من الغلاية تبلغ 540 درجة.

توجد أيضًا غلاية أخرى في TPP-1 - وهي غلاية Metso حديثة تم تركيبها منذ عدة سنوات مع شبكة Hybex. يتم التحكم في وحدة الطاقة هذه بواسطة جهاز تحكم عن بعد منفصل.

تعمل الوحدة باستخدام تقنية مبتكرة - احتراق الوقود في طبقة مميعة فقاعية (Hybex). لإنتاج البخار، يتم حرق وقود اللحاء (270 ألف طن سنويا) وحمأة الصرف الصحي (80 ألف طن سنويا) هنا من محطات معالجة مياه الصرف الصحي.

تعتبر الغلاية الحديثة أيضًا هيكلًا ضخمًا يزيد ارتفاعه عن 30 مترًا.

أو يدخل وقود اللحاء إلى المرجل من خلال هذه الناقلات.

ومن هنا، بعد التحضير، يذهب خليط الوقود مباشرة إلى فرن الغلاية.

يوجد مصعد في مبنى المرجل الجديد في TPP-1. ولكن لا توجد أرضيات بالشكل المألوف لسكان المدينة العاديين - فهي موجودةارتفاع علامة الخدمة- فينتقل المصعد من علامة إلى أخرى.

ويعمل في المحطة أكثر من 700 شخص. هناك ما يكفي من العمل للجميع - المعدات تتطلب الصيانةوالمراقبة المستمرة من قبل الموظفين. ظروف العمل في المحطة صعبة- ارتفاع درجات الحرارة، الرطوبة، الضوضاء، غبار الفحم.

وهنا يقوم العمال بإعداد موقع لبناء غلاية جديدة - وسيبدأ بنائه في العام المقبل.

هنا يتم تحضير الماء للغلاية. في الوضع التلقائي، يتم تخفيف الماء من أجل تقليل التأثير السلبي على شفرات الغلاية والتوربينات (بالفعل في الوقت الذي يتحول فيه الماء إلى بخار).

وهذه هي قاعة التوربينات - يأتي البخار من الغلايات هنا، وهنا يتم تشغيل توربينات قوية (هناك خمسة في المجموع).

رؤية جانبية:

في هذه القاعة يعمل البخار: مروراً بمسخنات فائقة، يتم تسخين البخار إلى درجة حرارة 545 درجة ويدخل إلى التوربين، حيث يدور دوار مولد التوربين تحت ضغطه، وبالتالي يتم توليد الكهرباء.

الكثير من أجهزة قياس الضغط.

ولكن ها هو - توربين حيث يعمل البخار و"يدير" المولد. هذا هو التوربين رقم 7 وبالتالي المولد رقم 7.

المولد الثامن والتوربين الثامن. وتختلف قوة المولدات، لكنها في المجمل قادرة على إنتاج حوالي 180 ميجاوات من الكهرباء - وهذه الكهرباء تكفي احتياجات المحطة نفسها (التي تبلغ حوالي 16%)، ولاحتياجات إنتاج المنطقة. مصنع أرخانجيلسك لللب والورق، ولتوفير "مستهلكي الطرف الثالث" (حوالي 5٪ من الطاقة المولدة).

تشابك الأنابيب رائع.

يتم الحصول على الماء الساخن للتدفئة (الشبكة) عن طريق تسخين الماء بالبخار في المبادلات الحرارية (الغلايات). يتم ضخها إلى الشبكة بواسطة هذه المضخات - يوجد ثمانية منها في TPP-1. بالمناسبة، يتم إعداد وتنقية المياه "للتدفئة" خصيصًا، وعند الخروج من المحطة تلبي متطلبات مياه الشرب. من الناحية النظرية يمكن شرب هذه المياه، لكن لا ينصح بشربها بسبب وجود عدد كبير من منتجات التآكلفي أنابيب التدفئة.

وفي هذه الأبراج - قسم من الورشة الكيميائية لـ TPP-1،- يتم تحضير الماء وإضافته إلى نظام التدفئة، لأنه يتم استهلاك جزء من الماء الساخن، وهو بحاجة إلى تجديده.

ثم يتدفق الماء الساخن (المبرد) عبر خطوط الأنابيب ذات المقاطع العرضية المختلفة، لأن TPP-1 لا يسخن المدينة فحسب، بل يسخن أيضًا المباني الصناعية للمصنع.

والكهرباء "تغادر" المحطة من خلالهامن خلال أجهزة التوزيع الكهربائية والمحولات ويتم نقلها إلى نظام الطاقة للمحطة والمدينة.

بالطبع، يوجد أنبوب في المحطة - نفس "مصنع السحابة". هناك ثلاثة أنابيب من هذا القبيل في TPP-1. الأعلى هو أكثر من 180 مترا. كما اتضح فيما بعد، فإن الأنبوب عبارة عن هيكل مجوف حيث تتلاقى قنوات الغاز من الغلايات المختلفة.قبل دخول المدخنة، تخضع غازات المداخن لنظام إزالة الرماد. يحدث هذا في الغلاية الجديدة في المرسب الكهربائي.الدرجة الفعالة لتنقية غاز المداخن هي 99.7%.في غلايات الفحم، يتم التنظيف بالماء - وهذا النظام أقل كفاءة، ولكن لا يزال يتم التقاط معظم "الانبعاثات".

اليوم، تجري أعمال التجديد على قدم وساق في TPP-1: وإذا كان من الممكن إصلاح المبنى في أي وقت...

لذلك، لا يمكن إجراء الإصلاحات الرئيسية للغلايات أو التوربينات إلا في فصل الصيف خلال فترات انخفاض الأحمال. بالمناسبة، هذا هو بالضبط سبب إجراء "الاختبارات الهيدروليكية". تعد الزيادة المبرمجة في الحمل على أنظمة الإمداد الحراري ضرورية، أولاً، للتحقق من موثوقية اتصالات المرافق، وثانيًا، تتاح لمهندسي الطاقة الفرصة "لتصريف" سائل التبريد من النظام واستبدال، على سبيل المثال، قسم من يضخ. يعد إصلاح معدات الطاقة مهمة مكلفة تتطلب مؤهلات خاصة وإذنًا من المتخصصين.

خارج المصنع، يتدفق الماء الساخن (المعروف أيضًا باسم المبرد) عبر الأنابيب - ثلاثة "مخارج" للمدينة تضمن التشغيل المتواصل لنظام التدفئة في المدينة. النظام مغلق، الماء يدور فيه باستمرار. في أبرد أوقات السنة - تبلغ درجة حرارة الماء الخارج من المحطة 110 درجة مئوية، ويعود المبرد بعد أن يبرد بمقدار 20-30 درجة. في الصيف تنخفض درجة حرارة الماء - المعيار عند الخروج من المحطة هو 65 درجة مئوية.

بالمناسبة، لا يتم إيقاف تشغيل الماء الساخن والتدفئة في محطات الطاقة الحرارية، ولكن مباشرة في المنازل - ويتم ذلك من قبل شركات الإدارة. تقوم محطة الطاقة الحرارية "بإيقاف" المياه مرة واحدة فقط - بعد الاختبارات الهيدروليكية، من أجل إجراء الإصلاحات. بعد الإصلاحات، يقوم مهندسو الطاقة بملء النظام تدريجيًا بالماء - لدى المدينة آليات خاصة لتصريف الهواء من النظام - تمامًا كما هو الحال في البطاريات الموجودة في مبنى سكني عادي.

النقطة الأخيرة للمياه الساخنة هي نفس الصنبور في أي من شقق المدينة، ولكن الآن لا يوجد ماء فيها - الاختبارات الهيدروليكية.

هذا هو مدى صعوبة "القيام" بشيء يصعب بدونه تخيل حياة أحد سكان المدينة الحديثة - الماء الساخن.

محطات التدفئة (CHP). غاية. أنواع

محطة الطاقة الحرارية التي تولد الطاقة الكهربائية نتيجة تحويل الطاقة الحرارية المنطلقة أثناء احتراق الوقود العضوي. من بين TPPs، تسود توربينات البخار الحرارية (TSPPs)، حيث يتم استخدام الطاقة الحرارية في مولد بخار لإنتاج بخار الماء عالي الضغط، والذي يقوم بتدوير دوار التوربين البخاري المتصل بدوار مولد كهربائي (عادة مولد متزامن). الوقود المستخدم في محطات الطاقة الحرارية هذه هو الفحم (بشكل رئيسي)، وزيت الوقود، والغاز الطبيعي، واللجنيت، والجفت، والصخر الزيتي.

تسمى TPES التي تحتوي على توربينات تكثيف كمحرك للمولدات الكهربائية ولا تستخدم حرارة بخار العادم لتزويد الطاقة الحرارية للمستهلكين الخارجيين بمحطات طاقة التكثيف. تنتج محطة توليد الكهرباء في منطقة الولاية نفس كمية الكهرباء التي تنتجها محطة الطاقة الحرارية. TPES، مجهزة بتوربينات التدفئة وإطلاق حرارة البخار العادم للمستهلكين الصناعيين أو البلديين، وتسمى محطات الحرارة والطاقة المشتركة (CHP)؛ أنها تولد حوالي الكهرباء المنتجة في محطات الطاقة الحرارية.

تسمى محطات الطاقة الحرارية التي تحتوي على مولد كهربائي يعمل بتوربينات غازية بمحطات توليد الطاقة بتوربينات الغاز (GTPP). يتم حرق الغاز أو الوقود السائل في غرفة الاحتراق في محطة توليد الكهرباء بتوربينات الغاز؛ تدخل منتجات الاحتراق بدرجة حرارة 750-900 درجة مئوية إلى توربينات غازية تقوم بتدوير مولد كهربائي. كفاءة محطات الطاقة الحرارية هذه عادة ما تكون 26-28٪، والطاقة تصل إلى عدة مئات ميغاواط. تُستخدم عادةً GTPPs لتغطية قمم الأحمال الكهربائية.

تسمى محطة الطاقة الحرارية التي تحتوي على وحدة توربينية بخارية وغازية، والتي تتكون من توربين بخاري ووحدة توربينية غازية، بمحطة توليد الطاقة ذات الدورة المركبة (CGPP). يمكن أن تصل كفاءتها إلى 42 - 43٪. يمكن لـ GTPPs و PHPPs أيضًا توفير الحرارة للمستهلكين الخارجيين، أي يمكنهم العمل كمحطة للطاقة الحرارية.

تستخدم محطات الطاقة الحرارية موارد الوقود المتوفرة على نطاق واسع، وتتواجد في أماكن حرة نسبيًا، وتكون قادرة على توليد الكهرباء دون تقلبات موسمية. يتم تنفيذ بنائها بسرعة ويتطلب تكاليف عمالة ومواد أقل. لكن الشراكة عبر المحيط الهادئ لها عيوب كبيرة. فهي تستخدم موارد غير متجددة، ولها كفاءة منخفضة (30-35٪)، ولها تأثير سلبي للغاية على البيئة. تطلق محطات الطاقة الحرارية في هذا العالم سنويًا ما بين 200 إلى 250 مليون طن من الرماد وحوالي 60 مليون طن من أنهيدريد الكبريت في الغلاف الجوي، وتمتص أيضًا كميات هائلة من الأكسجين. لقد ثبت أن الفحم بجرعات صغيرة يحتوي دائمًا تقريبًا على U238 وTh232 ونظير الكربون المشع. معظم محطات الطاقة الحرارية في روسيا غير مجهزة بأنظمة فعالة لتنقية غازات المداخن من أكاسيد الكبريت والنيتروجين. على الرغم من أن المنشآت التي تعمل بالغاز الطبيعي أنظف بكثير من الناحية البيئية من محطات الفحم والصخر الزيتي وزيت الوقود، إلا أن تركيب خطوط أنابيب الغاز (خاصة في المناطق الشمالية) يضر بالبيئة.

تلعب محطات توليد الطاقة بالتكثيف (CPS) الدور الأساسي بين المنشآت الحرارية. وهي تنجذب نحو كل من مصادر الوقود والمستهلكين، وبالتالي فهي منتشرة على نطاق واسع.

كلما كانت IES أكبر، كلما زادت قدرتها على نقل الكهرباء، أي. ومع زيادة القوة، يزداد تأثير عامل الوقود والطاقة. ويحدث التركيز على قواعد الوقود في حالة وجود موارد وقود رخيصة وغير قابلة للنقل (الفحم البني في حوض كانسك-آشينسك) أو في حالة محطات توليد الطاقة التي تستخدم الخث والصخر الزيتي وزيت الوقود (عادةً ما ترتبط هذه الطاقة الإنتاجية بمراكز تكرير النفط ).

CHP (محطات الحرارة والطاقة المشتركة) هي منشآت للإنتاج المشترك للكهرباء والحرارة. وتصل كفاءتها إلى 70% مقابل 30-35% في IES. ترتبط مصانع CHP بالمستهلكين، لأن نصف قطر نقل الحرارة (البخار والماء الساخن) هو 15-20 كم. الطاقة القصوى لمحطة CHP أقل من طاقة CPP.

في الآونة الأخيرة، ظهرت منشآت جديدة بشكل أساسي:

منشآت توربينات الغاز (GT)، التي تستخدم فيها توربينات الغاز بدلاً من التوربينات البخارية، مما يزيل مشكلة إمدادات المياه (في كراسنودار وشاتورسكايا GRES)؛
التوربينات البخارية والغازية (CCGT)، حيث تُستخدم حرارة غازات العادم لتسخين المياه وإنتاج بخار منخفض الضغط (في نيفينوميسك وكارمانوفسكايا GRES)؛
المولدات الديناميكية المغناطيسية (مولدات MHD)، التي تحول الحرارة مباشرة إلى طاقة كهربائية (في CHPP-21 Mosenergo ومحطة توليد الكهرباء في مقاطعة ريازان).

في روسيا، تم بناء محطات قوية (2 مليون كيلوواط أو أكثر) في المنطقة الوسطى ومنطقة الفولغا والأورال وسيبيريا الشرقية.

يتم إنشاء مجمع قوي للوقود والطاقة (KATEK) على أساس حوض كانسك-أتشينسك. ينص المشروع على بناء ثماني محطات كهرباء على مستوى الولاية بقدرة 6.4 مليون كيلووات لكل منها. في عام 1989، تم تشغيل الوحدة الأولى من Berezovskaya GRES-1 (0.8 مليون كيلوواط).

ما هو وما هي مبادئ تشغيل محطات الطاقة الحرارية؟ التعريف العام لمثل هذه الأشياء يبدو تقريبًا على النحو التالي - هذه هي محطات توليد الطاقة التي تعالج الطاقة الطبيعية إلى طاقة كهربائية. ويستخدم الوقود ذو الأصل الطبيعي أيضًا لهذه الأغراض.

مبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية. وصف قصير

اليوم، في مثل هذه المرافق على وجه التحديد، يكون الاحتراق هو الأكثر انتشارًا والذي يطلق الطاقة الحرارية. ومهمة محطات الطاقة الحرارية هي استخدام هذه الطاقة لإنتاج الطاقة الكهربائية.

مبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية لا يقتصر على توليد الطاقة الحرارية فحسب، بل أيضًا على إنتاجها، والتي يتم توفيرها أيضًا للمستهلكين على شكل مياه ساخنة، على سبيل المثال. وبالإضافة إلى ذلك، تولد منشآت الطاقة هذه حوالي 76% من إجمالي الكهرباء. يرجع هذا الاستخدام الواسع النطاق إلى حقيقة أن توفر الوقود الأحفوري لتشغيل المحطة مرتفع جدًا. والسبب الثاني هو أن نقل الوقود من مكان استخراجه إلى المحطة نفسها عملية بسيطة ومبسطة إلى حد ما. تم تصميم مبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية بحيث يمكن استخدام الحرارة المهدرة لسائل العمل لتزويده الثانوي بالمستهلك.

فصل المحطات حسب النوع

ومن الجدير بالذكر أنه يمكن تقسيم المحطات الحرارية إلى أنواع حسب نوع الحرارة التي تنتجها. إذا كان مبدأ تشغيل محطة الطاقة الحرارية هو إنتاج الطاقة الكهربائية فقط (أي أنها لا توفر الطاقة الحرارية للمستهلك)، فإنها تسمى محطة طاقة التكثيف (CES).

المنشآت المخصصة لإنتاج الطاقة الكهربائية، لتزويد البخار، وكذلك إمداد المستهلك بالمياه الساخنة، تحتوي على توربينات بخارية بدلاً من توربينات التكثيف. يوجد أيضًا في عناصر المحطة هذه جهاز استخلاص بخار وسيط أو جهاز ضغط خلفي. الميزة الرئيسية ومبدأ التشغيل لهذا النوع من محطات الطاقة الحرارية (CHP) هو أن بخار النفايات يستخدم أيضًا كمصدر للحرارة ويتم توفيره للمستهلكين. وهذا يقلل من فقدان الحرارة وكمية مياه التبريد.

مبادئ التشغيل الأساسية لمحطات الطاقة الحرارية

قبل الانتقال إلى النظر في مبدأ التشغيل نفسه، من الضروري أن نفهم ما هي المحطة التي نتحدث عنها. يشتمل التصميم القياسي لهذه المرافق على نظام مثل التسخين المتوسط للبخار. إنه ضروري لأن الكفاءة الحرارية للدائرة ذات التسخين الزائد المتوسط ستكون أعلى منها في النظام الذي لا يحتوي عليها. بكلمات بسيطة، فإن مبدأ تشغيل محطة الطاقة الحرارية بمثل هذا المخطط سيكون أكثر كفاءة مع نفس المعلمات الأولية والنهائية المحددة من دونه. ومن كل هذا يمكننا أن نستنتج أن أساس تشغيل المحطة هو الوقود العضوي والهواء الساخن.

مخطط العمل

تم بناء مبدأ تشغيل محطة الطاقة الحرارية على النحو التالي. يتم توفير مادة الوقود، وكذلك المؤكسد، الذي يلعب دوره في أغلب الأحيان عن طريق الهواء الساخن، في تدفق مستمر إلى فرن الغلاية. يمكن أن تعمل مواد مثل الفحم والنفط وزيت الوقود والغاز والصخر الزيتي والجفت كوقود. إذا كنا نتحدث عن الوقود الأكثر شيوعا على أراضي الاتحاد الروسي، فهو غبار الفحم. علاوة على ذلك، تم إنشاء مبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية بحيث تقوم الحرارة الناتجة عن حرق الوقود بتسخين الماء في المراجل البخارية. ونتيجة للتسخين، يتحول السائل إلى بخار مشبع، والذي يدخل إلى التوربين البخاري من خلال مخرج البخار. الغرض الرئيسي من هذا الجهاز في المحطة هو تحويل طاقة البخار الوارد إلى طاقة ميكانيكية.

ترتبط جميع عناصر التوربين التي يمكن أن تتحرك بشكل وثيق بالعمود، ونتيجة لذلك تدور كآلية واحدة. ولجعل العمود يدور، تنقل التوربينة البخارية الطاقة الحركية للبخار إلى الدوار.

الجزء الميكانيكي للمحطة

يرتبط تصميم ومبدأ تشغيل محطة الطاقة الحرارية في الجزء الميكانيكي بتشغيل الدوار. البخار الذي يأتي من التوربين لديه ضغط ودرجة حرارة عالية جدًا. ولهذا السبب، يتم إنشاء طاقة داخلية عالية من البخار، والتي تتدفق من المرجل إلى فوهات التوربينات. تعمل نفاثات البخار، التي تمر عبر الفوهة بتدفق مستمر، وبسرعة عالية، والتي غالبًا ما تكون أعلى من سرعة الصوت، على شفرات التوربينات. يتم تثبيت هذه العناصر بشكل صارم على القرص، والذي بدوره يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالعمود. في هذا الوقت، يتم تحويل الطاقة الميكانيكية للبخار إلى طاقة ميكانيكية للتوربينات الدوارة. إذا تحدثنا بشكل أكثر دقة عن مبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية، فإن التأثير الميكانيكي يؤثر على دوار المولد التوربيني. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن عمود الدوار التقليدي والمولد مرتبطان بإحكام ببعضهما البعض. ثم هناك عملية معروفة وبسيطة ومفهومة إلى حد ما لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية في جهاز مثل المولد.

حركة البخار بعد الدوار

بعد مرور بخار الماء بالتوربين، ينخفض ضغطه ودرجة حرارته بشكل ملحوظ، ويدخل إلى الجزء التالي من المحطة - المكثف. داخل هذا العنصر، يتم تحويل البخار مرة أخرى إلى سائل. وللقيام بهذه المهمة يوجد داخل المكثف ماء تبريد يتم إمداده هناك من خلال أنابيب تجري داخل جدران الجهاز. بعد تحويل البخار مرة أخرى إلى ماء، يتم ضخه بواسطة مضخة مكثفة ويدخل إلى الحجرة التالية - جهاز إزالة الهواء. ومن المهم أيضًا ملاحظة أن المياه التي يتم ضخها تمر عبر سخانات متجددة.

وتتمثل المهمة الرئيسية لجهاز نزع الهواء في إزالة الغازات من المياه الواردة. بالتزامن مع عملية التنظيف، يتم تسخين السائل بنفس الطريقة كما في السخانات المتجددة. وتستخدم لهذا الغرض حرارة البخار المأخوذ مما يدخل إلى التوربين. الغرض الرئيسي من عملية نزع الهواء هو تقليل محتوى الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في السائل إلى قيم مقبولة. وهذا يساعد على تقليل معدل التآكل على المسارات التي يتم من خلالها إمداد الماء والبخار.

محطات الفحم

هناك اعتماد كبير لمبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية على نوع الوقود المستخدم. من وجهة نظر تكنولوجية، فإن المادة الأكثر صعوبة في التنفيذ هي الفحم. وعلى الرغم من ذلك، فإن المواد الخام هي المصدر الرئيسي للطاقة في هذه المرافق، والتي يبلغ عددها حوالي 30% من إجمالي حصة المحطات. بالإضافة إلى ذلك، من المخطط زيادة عدد هذه الكائنات. ومن الجدير بالذكر أيضًا أن عدد الأجزاء الوظيفية المطلوبة لتشغيل المحطة أكبر بكثير من عدد الأنواع الأخرى.

كيف تعمل محطات الطاقة الحرارية بوقود الفحم؟

ولكي تعمل المحطة بشكل مستمر، يتم جلب الفحم باستمرار على طول خطوط السكك الحديدية، ويتم تفريغه باستخدام أجهزة تفريغ خاصة. ثم هناك عناصر مثل التي يتم من خلالها توفير الفحم المفرغ إلى المستودع. بعد ذلك، يدخل الوقود إلى محطة التكسير. إذا لزم الأمر، فمن الممكن تجاوز عملية تسليم الفحم إلى المستودع ونقله مباشرة إلى الكسارات من أجهزة التفريغ. بعد اجتياز هذه المرحلة، تدخل المواد الخام المسحوقة إلى مستودع الفحم الخام. والخطوة التالية هي توريد المواد من خلال مغذيات لمطاحن الفحم المسحوق. بعد ذلك، يتم تغذية غبار الفحم، باستخدام طريقة النقل الهوائي، إلى مستودع غبار الفحم. على طول هذا المسار، تتجاوز المادة عناصر مثل الفاصل والإعصار، ومن القادوس تتدفق بالفعل عبر وحدات التغذية مباشرة إلى الشعلات. يتم امتصاص الهواء الذي يمر عبر الإعصار بواسطة مروحة الطاحونة ثم يتم تغذيته إلى غرفة الاحتراق بالغلاية.

علاوة على ذلك، تبدو حركة الغاز تقريبًا كما يلي. تمر المادة المتطايرة المتكونة في غرفة غلاية الاحتراق بالتتابع عبر أجهزة مثل قنوات الغاز في محطة الغلاية، ثم، في حالة استخدام نظام إعادة التسخين بالبخار، يتم توفير الغاز إلى جهاز التسخين الأساسي والثانوي. في هذه الحجرة، وكذلك في موفر الماء، يتخلى الغاز عن حرارته لتسخين سائل التشغيل. بعد ذلك، يتم تثبيت عنصر يسمى سخان الهواء. هنا يتم استخدام الطاقة الحرارية للغاز لتسخين الهواء الوارد. وبعد المرور عبر كل هذه العناصر، تمر المادة المتطايرة إلى مجمع الرماد، حيث يتم تنظيفه من الرماد. بعد ذلك، تقوم مضخات الدخان بسحب الغاز إلى الخارج وإطلاقه في الغلاف الجوي، باستخدام أنبوب غاز لهذا الغرض.

محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية

في كثير من الأحيان يُطرح السؤال حول ما هو مشترك بين محطات الطاقة الحرارية وما إذا كانت هناك أوجه تشابه في مبادئ تشغيل محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية.

إذا تحدثنا عن أوجه التشابه بينهما، فهناك العديد منها. أولاً، تم بناء كلاهما بطريقة تجعلهما يستخدمان في عملهما موردًا طبيعيًا أحفوريًا ومفرزًا. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن الإشارة إلى أن كلا الجسمين يهدفان إلى توليد ليس فقط الطاقة الكهربائية، ولكن أيضا الطاقة الحرارية. تكمن أوجه التشابه في مبادئ التشغيل أيضًا في حقيقة أن محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية تحتوي على توربينات ومولدات بخار تشارك في عملية التشغيل. علاوة على ذلك لا يوجد سوى بعض الاختلافات. وتشمل هذه حقيقة أن تكلفة البناء والكهرباء التي يتم الحصول عليها من محطات الطاقة الحرارية، على سبيل المثال، أقل بكثير من محطات الطاقة النووية. لكن من ناحية أخرى فإن محطات الطاقة النووية لا تلوث الغلاف الجوي طالما يتم التخلص من النفايات بشكل صحيح وعدم وقوع أي حوادث. في حين أن محطات الطاقة الحرارية، بسبب مبدأ تشغيلها، تنبعث منها باستمرار مواد ضارة في الغلاف الجوي.

وهنا يكمن الاختلاف الرئيسي في تشغيل محطات الطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية. إذا كانت الطاقة الحرارية الناتجة عن احتراق الوقود يتم تحويلها في أغلب الأحيان في المنشآت الحرارية إلى ماء أو تحويلها إلى بخار، فإن الطاقة في محطات الطاقة النووية تؤخذ من انشطار ذرات اليورانيوم. تُستخدم الطاقة الناتجة لتسخين مجموعة متنوعة من المواد، ونادرًا ما يتم استخدام الماء هنا. وبالإضافة إلى ذلك، فإن جميع المواد موجودة في دوائر مغلقة ومغلقة.

التدفئة المركزية

في بعض محطات الطاقة الحرارية، قد يتضمن تصميمها نظامًا يتعامل مع تدفئة محطة الطاقة نفسها، بالإضافة إلى القرية المجاورة، إذا كان هناك واحدة. إلى سخانات الشبكة لهذا التثبيت، يتم أخذ البخار من التوربينات، وهناك أيضا خط خاص لإزالة المكثفات. يتم توفير المياه وتصريفها من خلال نظام خطوط أنابيب خاص. تتم إزالة الطاقة الكهربائية التي سيتم توليدها بهذه الطريقة من المولد الكهربائي ونقلها إلى المستهلك، مروراً بمحولات تصاعدية.

المعدات الأساسية

إذا تحدثنا عن العناصر الرئيسية التي تعمل في محطات الطاقة الحرارية، فهي بيوت الغلايات، وكذلك وحدات التوربينات المقترنة بمولد كهربائي ومكثف. والفرق الرئيسي بين المعدات الرئيسية والمعدات الإضافية هو أن لها معايير قياسية من حيث الطاقة والإنتاجية ومعلمات البخار وكذلك الجهد والتيار وما إلى ذلك. ويمكن أيضًا ملاحظة أن نوع وعدد العناصر الرئيسية يتم اختيارها اعتمادًا على مقدار الطاقة التي يجب الحصول عليها من محطة طاقة حرارية واحدة، بالإضافة إلى وضع التشغيل الخاص بها. يمكن أن تساعد الرسوم المتحركة لمبدأ تشغيل محطات الطاقة الحرارية في فهم هذه المشكلة بمزيد من التفصيل.

النوع الرئيسي من محطات الطاقة في روسيا هو محطات الطاقة الحرارية (CHP). تولد هذه المنشآت حوالي 67% من الكهرباء في روسيا. يتأثر موضعهم بعوامل الوقود والمستهلك. توجد أقوى محطات توليد الطاقة في الأماكن التي يتم فيها إنتاج الوقود. تستهدف محطات الطاقة الحرارية التي تستخدم الوقود عالي السعرات الحرارية والقابل للنقل المستهلكين.

تستخدم محطات الطاقة الحرارية موارد الوقود المتوفرة على نطاق واسع، وتتواجد في أماكن حرة نسبيًا، وتكون قادرة على توليد الكهرباء دون تقلبات موسمية. يتم تنفيذ بنائها بسرعة ويتطلب تكاليف عمالة ومواد أقل. لكن الشراكة عبر المحيط الهادئ لها عيوب كبيرة. فهي تستخدم موارد غير متجددة، ولها كفاءة منخفضة (30-35٪)، ولها تأثير سلبي للغاية على البيئة. تطلق محطات الطاقة الحرارية في جميع أنحاء العالم سنويًا ما بين 200 إلى 250 مليون طن من الرماد وحوالي 60 مليون طن من ثاني أكسيد الكبريت 6 في الغلاف الجوي، وتمتص أيضًا كميات هائلة من الأكسجين. لقد ثبت أن الفحم بجرعات صغيرة يحتوي دائمًا تقريبًا على U 238 وTh 232 ونظير الكربون المشع. معظم محطات الطاقة الحرارية في روسيا غير مجهزة بأنظمة فعالة لتنقية غازات المداخن من أكاسيد الكبريت والنيتروجين. على الرغم من أن المنشآت التي تعمل بالغاز الطبيعي أنظف بكثير من الناحية البيئية من محطات الفحم والصخر الزيتي وزيت الوقود، إلا أن تركيب خطوط أنابيب الغاز (خاصة في المناطق الشمالية) يضر بالبيئة.

محطة توليد الطاقة الحراريةعبارة عن مجموعة من المعدات والأجهزة التي تحول طاقة الوقود إلى طاقة كهربائية و (بشكل عام) حرارية.

تتميز محطات الطاقة الحرارية بالتنوع الكبير ويمكن تصنيفها وفق معايير مختلفة.

1. حسب الغرض ونوع الطاقة الموردة، تنقسم محطات الطاقة إلى إقليمية وصناعية.

محطات توليد الطاقة بالمنطقة هي محطات كهرباء عامة مستقلة تخدم جميع أنواع المستهلكين في المنطقة (المؤسسات الصناعية، النقل، السكان، إلخ). غالبًا ما تحتفظ محطات توليد الطاقة بالتكثيف في المناطق، والتي تولد الكهرباء بشكل أساسي، باسمها التاريخي - GRES (محطات توليد الطاقة في مناطق الولاية). تسمى محطات توليد الطاقة في المناطق التي تنتج الطاقة الكهربائية والحرارية (على شكل بخار أو ماء ساخن) بمحطات الطاقة والحرارة المشتركة (CHP). محطات CHP هي منشآت للإنتاج المشترك للكهرباء والحرارة. وتصل كفاءتها إلى 70% مقابل 30-35% في IES. ترتبط مصانع CHP بالمستهلكين، لأن نصف قطر نقل الحرارة (البخار والماء الساخن) هو 15-20 كم. الطاقة القصوى لمحطة CHP أقل من طاقة CPP.

كقاعدة عامة، تبلغ قدرة محطات توليد الطاقة في المناطق الحكومية ومحطات الطاقة الحرارية في المناطق أكثر من مليون كيلوواط.

2. بناءً على نوع الوقود المستخدم تنقسم محطات الطاقة الحرارية إلى محطات تعمل بالوقود العضوي والوقود النووي.

تسمى محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالوقود الأحفوري محطات توليد الطاقة بالتكثيف (CPS). يستخدم الوقود النووي في محطات الطاقة النووية (NPPs). وبهذا المعنى سيتم استخدام هذا المصطلح أدناه، على الرغم من أن محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة النووية ومحطات توليد الطاقة بتوربينات الغاز (GTPP) ومحطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة (CGPP) هي أيضًا محطات طاقة حرارية تعمل على مبدأ التحويل الحراري الطاقة إلى طاقة كهربائية.

تلعب محطات توليد الطاقة بالتكثيف (CPS) الدور الأساسي بين المنشآت الحرارية. وهي تنجذب نحو كل من مصادر الوقود والمستهلكين، وبالتالي فهي منتشرة على نطاق واسع. كلما كانت IES أكبر، كلما زادت قدرتها على نقل الكهرباء، أي. ومع زيادة القوة، يزداد تأثير عامل الوقود والطاقة.

يستخدم الوقود الغازي والسائل والصلب كوقود عضوي لمحطات الطاقة الحرارية. ويحدث التركيز على قواعد الوقود في حالة وجود موارد وقود رخيصة وغير قابلة للنقل (الفحم البني في حوض كانسك-آشينسك) أو في حالة محطات توليد الطاقة التي تستخدم الخث والصخر الزيتي وزيت الوقود (عادةً ما ترتبط هذه الطاقة الإنتاجية بمراكز تكرير النفط ). تستهلك معظم محطات الطاقة الحرارية في روسيا، وخاصة في الجزء الأوروبي، الغاز الطبيعي كوقود رئيسي، وزيت الوقود كوقود احتياطي، ولا يستخدم الأخير بسبب تكلفته العالية إلا في الحالات القصوى؛ تسمى محطات الطاقة الحرارية هذه بمحطات توليد الطاقة بالغاز والنفط. في العديد من المناطق، وخاصة في الجزء الآسيوي من روسيا، الوقود الرئيسي هو الفحم الحراري - الفحم منخفض السعرات الحرارية أو نفايات الفحم ذات السعرات الحرارية العالية (فحم الأنثراسيت - AS). نظرًا لأنه قبل الاحتراق، يتم طحن هذا الفحم في مطاحن خاصة إلى حالة غبار، وتسمى محطات الطاقة الحرارية هذه بالفحم المسحوق.

3. بناءً على نوع محطات الطاقة الحرارية المستخدمة في محطات الطاقة الحرارية لتحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية لدوران دوارات الوحدات التوربينية، يتم التمييز بين التوربينات البخارية والتوربينات الغازية ومحطات توليد الطاقة ذات الدورة المركبة.

محطات الطاقة الحرارية لتوربينات الغاز (GTPP)مجهزة بوحدات توربينات غازية (GTUs) تعمل بالوقود الغازي، أو في الحالات القصوى، بالوقود السائل (الديزل). نظرًا لأن درجة حرارة الغازات الموجودة خلف محطة توربينات الغاز مرتفعة جدًا، فيمكن استخدامها لتوفير الطاقة الحرارية للمستهلكين الخارجيين. تسمى محطات الطاقة هذه GTU-CHP. يوجد حاليًا في روسيا محطة واحدة لتوليد الطاقة بتوربينات الغاز (GRES-3 تحمل اسم كلاسون، إليكتروجورسك، منطقة موسكو) بقدرة 600 ميجاوات ومحطة توليد مشتركة لتوربينات الغاز (في مدينة إلكتروستال، منطقة موسكو).

محطات الطاقة الحرارية ذات الدورة المركبةمجهزة بوحدات توربينات غازية ذات دورة مركبة (CCGTs)، وهي عبارة عن مزيج من وحدات توربينات الغاز ووحدات توربينات البخار، مما يسمح بكفاءة عالية. يمكن تصميم محطات CCGT-CHP كمحطات تكثيف (CCP-CHP) ومزودة بالطاقة الحرارية (CCP-CHP). يوجد في روسيا محرك واحد فقط يعمل بنظام CCGT-CHP (PGU-450T) بقدرة 450 ميجاوات. تعمل محطة توليد الكهرباء في منطقة نيفينوميسك الحكومية على تشغيل وحدة طاقة PGU-170 بسعة 170 ميجاوات، وفي محطة الطاقة الحرارية الجنوبية في سانت بطرسبرغ توجد وحدة طاقة PGU-300 بسعة 300 ميجاوات.

4. وفقًا للمخطط التكنولوجي لخطوط أنابيب البخار، تنقسم محطات الطاقة الحرارية إلى محطات طاقة حرارية ومحطات طاقة حرارية ذات وصلات متقاطعة.

5. بناءً على مستوى الضغط الأولي، يتم تمييز محطات الطاقة الحرارية ذات الضغط دون الحرج والضغط فوق الحرج (SCP).

لنفكر في محطة طاقة حرارية تكثيفية نموذجية تعمل بالوقود العضوي (الشكل 3.1).

أرز. 3.1. التوازن الحراري لزيت الغاز و

الفحم المسحوق (الأرقام بين قوسين) محطة الطاقة الحرارية

يتم توفير الوقود للغلاية ولحرقه، يتم توفير عامل مؤكسد هنا - الهواء الذي يحتوي على الأكسجين. يتم أخذ الهواء من الغلاف الجوي. اعتمادًا على تركيبة الاحتراق وحرارته، يتطلب الاحتراق الكامل لـ 1 كجم من الوقود 10-15 كجم من الهواء، وبالتالي، يعد الهواء أيضًا "مادة خام" طبيعية لإنتاج الكهرباء، والتي يتم توصيلها إلى الاحتراق في المنطقة، من الضروري أن يكون لديك شواحن فائقة قوية وعالية الأداء. نتيجة لتفاعل الاحتراق الكيميائي، حيث يتم تحويل الكربون C من الوقود إلى أكاسيد CO 2 وCO، والهيدروجين H 2 إلى بخار الماء H 2 O، والكبريت S إلى أكاسيد SO 2 وSO 3، وما إلى ذلك، احتراق الوقود يتم تشكيل المنتجات - خليط من الغازات المختلفة ذات درجة الحرارة العالية. إن الطاقة الحرارية لمنتجات احتراق الوقود هي مصدر الكهرباء المولدة من محطات الطاقة الحرارية.

بعد ذلك، داخل الغلاية، يتم نقل الحرارة من غازات المداخن إلى الماء المتحرك داخل الأنابيب. ولسوء الحظ، لا يمكن تحويل كل الطاقة الحرارية المنطلقة نتيجة احتراق الوقود إلى الماء لأسباب فنية واقتصادية. تخرج منتجات احتراق الوقود (غازات المداخن)، المبردة إلى درجة حرارة 130-160 درجة مئوية، من محطة الطاقة الحرارية عبر المدخنة. إن جزء الحرارة الذي تحمله غازات المداخن، اعتمادًا على نوع الوقود المستخدم وطريقة التشغيل وجودة التشغيل، هو 5-15٪.

جزء من الطاقة الحرارية المتبقية داخل الغلاية والتي يتم نقلها إلى الماء يضمن تكوين البخار بمعايير أولية عالية. يتم إرسال هذا البخار إلى التوربينات البخارية. عند مخرج التوربين، يتم الحفاظ على فراغ عميق باستخدام جهاز يسمى المكثف: الضغط خلف التوربين البخاري هو 3-8 كيلو باسكال (تذكر أن الضغط الجوي عند مستوى 100 كيلو باسكال). لذلك، ينتقل البخار، الذي يدخل التوربينات بضغط مرتفع، إلى المكثف، حيث يكون الضغط منخفضًا، ويتوسع. إن تمدد البخار هو الذي يضمن تحويل طاقته الكامنة إلى عمل ميكانيكي. تم تصميم التوربين البخاري بحيث يتم تحويل طاقة تمدد البخار إلى دوران للدوار. يرتبط دوار التوربين بدوار المولد الكهربائي، حيث يتم توليد الطاقة الكهربائية في اللفات الثابتة، وهو المنتج المفيد النهائي (الجيد) لتشغيل محطة الطاقة الحرارية.

المكثف، الذي لا يوفر ضغطًا منخفضًا خلف التوربين فحسب، بل يتسبب أيضًا في تكثيف البخار (تحوله إلى ماء)، يتطلب كميات كبيرة من الماء البارد لتشغيله. وهذا هو النوع الثالث من “المواد الخام” التي تزود بها محطات الطاقة الحرارية، وهي لا تقل أهمية عن الوقود لتشغيل محطات الطاقة الحرارية. ولذلك يتم بناء محطات الطاقة الحرارية إما بالقرب من مصادر المياه الطبيعية الموجودة (نهر، بحر)، أو بناء مصادر صناعية (بركة تبريد، أبراج تبريد الهواء، وغيرها).

يحدث فقدان الحرارة الرئيسي في محطات الطاقة الحرارية بسبب نقل حرارة التكثيف إلى ماء التبريد، والذي يطلقها بعد ذلك إلى البيئة. يتم فقدان أكثر من 50% من الحرارة التي تزود بها محطة الطاقة الحرارية بالوقود مع حرارة مياه التبريد. وبالإضافة إلى ذلك، فإن النتيجة هي التلوث الحراري للبيئة.

يتم استهلاك جزء من الطاقة الحرارية للوقود داخل محطة الطاقة الحرارية إما على شكل حرارة (على سبيل المثال، لتسخين زيت الوقود المورد إلى محطة الطاقة الحرارية بشكل سميك في صهاريج السكك الحديدية) أو على شكل كهرباء ( على سبيل المثال، لتشغيل المحركات الكهربائية للمضخات لأغراض مختلفة). هذا الجزء من الخسائر يسمى الاحتياجات الخاصة.

للتشغيل العادي لمحطات الطاقة الحرارية، بالإضافة إلى "المواد الخام" (الوقود، مياه التبريد، الهواء)، هناك حاجة إلى الكثير من المواد الأخرى: النفط لتشغيل أنظمة التشحيم، وتنظيم وحماية التوربينات، والكواشف (الراتنجات) لتنظيف سائل العمل، العديد من مواد الإصلاح.

أخيرًا، تتم خدمة محطات الطاقة الحرارية القوية من قبل عدد كبير من الموظفين الذين يوفرون التشغيل المستمر وصيانة المعدات وتحليل المؤشرات الفنية والاقتصادية والإمداد والإدارة وما إلى ذلك. تقريبًا، يمكننا أن نفترض أن 1 ميجاوات من القدرة المركبة تتطلب شخصًا واحدًا، وبالتالي فإن طاقم محطة الطاقة الحرارية القوية يبلغ عدة آلاف من الأشخاص. تتضمن أي محطة طاقة توربينية بخارية تكثيفية أربعة عناصر إلزامية:

· غلاية الطاقة، أو مجرد غلاية، حيث يتم توفير مياه التغذية تحت ضغط عالٍ، والوقود والهواء الجوي للاحتراق. تتم عملية الاحتراق في فرن الغلاية - حيث يتم تحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حرارية وإشعاعية. تتدفق مياه التغذية من خلال نظام الأنابيب الموجود داخل المرجل. يعد الوقود المحترق مصدرًا قويًا للحرارة، والذي يتم نقله إلى مياه التغذية. يتم تسخين الأخير إلى درجة الغليان ويتبخر. يتم تسخين البخار الناتج في نفس الغلاية فوق نقطة الغليان. يتم توفير هذا البخار، الذي تبلغ درجة حرارته 540 درجة مئوية وضغطه 13-24 ميجا باسكال، إلى توربين بخاري من خلال خط أنابيب واحد أو أكثر؛

· وحدة توربينية تتكون من توربين بخاري ومولد كهربائي ومثير. تعمل التوربينة البخارية، التي يتم فيها تمدد البخار إلى ضغط منخفض جدًا (حوالي 20 مرة أقل من الضغط الجوي)، على تحويل الطاقة الكامنة للبخار المضغوط والمسخن إلى طاقة حركية لدوران دوار التوربين. يقوم التوربين بتشغيل مولد كهربائي، والذي يحول الطاقة الحركية لدوران المولد إلى تيار كهربائي. يتكون المولد الكهربائي من الجزء الثابت، الذي يتم توليد تيار في لفاته الكهربائية، والدوار، وهو مغناطيس كهربائي دوار مدعوم من المثير؛

· يعمل المكثف على تكثيف البخار القادم من التوربين وخلق فراغ عميق. وهذا يجعل من الممكن تقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير للضغط اللاحق للمياه الناتجة وفي نفس الوقت زيادة كفاءة البخار، أي. الحصول على المزيد من الطاقة من البخار الناتج عن الغلاية؛

· مضخة التغذية لتزويد الغلاية بمياه التغذية وخلق ضغط مرتفع أمام التوربين.

وهكذا، في وحدة PTU، تحدث دورة مستمرة لتحويل الطاقة الكيميائية للوقود المحترق إلى طاقة كهربائية فوق مائع العمل.

بالإضافة إلى العناصر المدرجة، تحتوي محطة STP الحقيقية أيضًا على عدد كبير من المضخات والمبادلات الحرارية والأجهزة الأخرى اللازمة لزيادة كفاءتها. تظهر العملية التكنولوجية لإنتاج الكهرباء في محطة للطاقة الحرارية تعمل بالغاز في الشكل. 3.2.

العناصر الرئيسية لمحطة الطاقة قيد النظر (الشكل 3.2) هي محطة غلايات تنتج بخارًا عالي المعلمات. وحدة توربينية أو توربينية بخارية تعمل على تحويل حرارة البخار إلى طاقة ميكانيكية لدوران دوار التوربينات، والأجهزة الكهربائية (مولد كهربائي، محول، إلخ) التي توفر توليد الكهرباء.

العنصر الرئيسي في تركيب الغلاية هو المرجل. يتم إمداد الغاز لتشغيل الغلايات من محطة توزيع غاز متصلة بخط أنابيب الغاز الرئيسي (غير موضح في الشكل) إلى نقطة توزيع الغاز (GDP) 1. وهنا يتم تقليل ضغطه إلى عدة أجواء ويتم إمداده إلى الشعلات 2 تقع في الجزء السفلي من المرجل (وتسمى هذه الشعلات شعلات الموقد).

أرز. 3.2. العملية التكنولوجية لإنتاج الكهرباء في محطات الطاقة الحرارية التي تعمل بالغاز

المرجل نفسه عبارة عن هيكل على شكل حرف U مع قنوات غاز ذات مقطع عرضي مستطيل. الجزء الأيسر منه يسمى صندوق الاحتراق. الجزء الداخلي من صندوق الاحتراق مجاني، ويحترق فيه الوقود، وهو الغاز في هذه الحالة. للقيام بذلك، يقوم منفاخ خاص 28 بتزويد الشعلات بالهواء الساخن بشكل مستمر، ويتم تسخينه في سخان الهواء 25. في الشكل. يوضح الشكل 3.2 ما يسمى بسخان الهواء الدوار، حيث يتم تسخين العبوة المخزنة للحرارة بواسطة غازات مداخن العادم في النصف الأول من الدورة، وفي النصف الثاني من الدورة تقوم بتسخين الهواء القادم من الغلاف الجوي. لزيادة درجة حرارة الهواء، يتم استخدام إعادة التدوير: يتم استخدام جزء من غازات المداخن الخارجة من المرجل بواسطة مروحة إعادة تدوير خاصة 29 يتم إمداده بالهواء الرئيسي وخلطه معه. يتم خلط الهواء الساخن بالغاز ويتم تغذيته من خلال شعلات الغلاية إلى صندوق الاحتراق الخاص بها - الغرفة التي يحترق فيها الوقود. عند حرقها، يتم تشكيل الشعلة، وهي مصدر قوي للطاقة المشعة. وهكذا، عندما يحترق الوقود، تتحول طاقته الكيميائية إلى طاقة حرارية وإشعاعية للشعلة.

جدران الفرن مبطنة بشاشات 19 - الأنابيب التي يتم توفير مياه التغذية لها من المقتصد 24. يُظهر الرسم التخطيطي ما يسمى بغلاية التدفق المباشر، والتي يتم في شاشاتها تغذية المياه، والتي تمر عبر نظام أنابيب الغلاية مرة واحدة فقط ، حيث يتم تسخينه وتبخيره، ليتحول إلى بخار جاف مشبع. يتم استخدام غلايات الأسطوانة على نطاق واسع، حيث يتم تدوير مياه التغذية بشكل متكرر في الشاشات، ويتم فصل البخار عن ماء الغلاية في الأسطوانة.

تمتلئ المساحة الموجودة خلف صندوق نيران الغلاية بكثافة كبيرة بالأنابيب التي يتحرك بداخلها البخار أو الماء. ومن الخارج، يتم غسل هذه الأنابيب بواسطة غازات المداخن الساخنة، والتي تبرد تدريجياً أثناء تحركها نحو المدخنة 26.

يدخل البخار المشبع الجاف إلى جهاز التسخين الرئيسي المكون من السقف 20 والشاشة 21 والحمل الحراري 22 عنصرًا. في جهاز التسخين الرئيسي، تزيد درجة حرارته وبالتالي تزيد الطاقة الكامنة. يخرج البخار عالي المعلمة الذي يتم الحصول عليه عند مخرج المسخن الحراري من المرجل ويدخل إلى التوربين البخاري من خلال خط البخار.

تتكون التوربينات البخارية القوية عادة من عدة توربينات منفصلة - أسطوانات.

يتم إمداد البخار 17 إلى الأسطوانة الأولى - أسطوانة الضغط العالي (HPC) مباشرة من المرجل، وبالتالي فهي تتمتع بمعاملات عالية (بالنسبة لتوربينات SKD - 23.5 ميجا باسكال، 540 درجة مئوية، أي 240 عند/540 درجة مئوية). عند الخروج من HPC، يكون ضغط البخار 3-3.5 ميجا باسكال (30-35 درجة)، ودرجة الحرارة 300-340 درجة مئوية. إذا استمر البخار في التوسع في التوربين بما يتجاوز هذه المعلمات إلى الضغط في المكثف، فسيصبح رطبًا جدًا بحيث يصبح تشغيل التوربين على المدى الطويل مستحيلًا بسبب التآكل التآكل لأجزائه في الأسطوانة الأخيرة. لذلك، من HPC، يعود البخار البارد نسبيًا إلى المرجل في ما يسمى بالسخان المتوسط 23. وفيه، يقع البخار مرة أخرى تحت تأثير الغازات الساخنة للغلاية، وترتفع درجة حرارته إلى درجة الحرارة الأولية (540). درجة مئوية). يتم إرسال البخار الناتج إلى أسطوانة الضغط المتوسط (MPC) 16. بعد التمدد في MPC إلى ضغط يتراوح بين 0.2-0.3 ميجا باسكال (2-3 at) يدخل البخار في واحدة أو أكثر من أسطوانات الضغط المنخفض المتطابقة (LPC) 15.

وبالتالي، يتوسع البخار في التوربينات، ويقوم بتدوير الدوار الخاص به، المتصل بدوار المولد الكهربائي 14، في اللفات الثابتة التي يتم توليد تيار كهربائي منها. يقوم المحول بزيادة جهده لتقليل الفاقد في خطوط الكهرباء، وينقل جزءًا من الطاقة المولدة لتشغيل احتياجات محطة الطاقة الحرارية الخاصة، ويطلق بقية الكهرباء في نظام الطاقة.

لا يمكن تشغيل كل من الغلاية والتوربين إلا باستخدام مياه تغذية وبخار عالي الجودة، مما يسمح فقط بوجود شوائب ضئيلة من المواد الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، فإن استهلاك البخار هائل (على سبيل المثال، في وحدة طاقة بقدرة 1200 ميجاوات، يتبخر أكثر من طن واحد من الماء، ويمر عبر التوربينات ويتكثف في ثانية واحدة). ولذلك، فإن التشغيل العادي لوحدة الطاقة لا يمكن تحقيقه إلا عن طريق إنشاء دورة تداول مغلقة لسائل العمل عالي النقاء.

يدخل البخار الخارج من توربين LPC إلى المكثف 12 - مبادل حراري، من خلال الأنابيب التي يتدفق منها ماء التبريد باستمرار، والذي يتم توفيره بواسطة مضخة دوران 9 من نهر أو خزان أو جهاز تبريد خاص (برج التبريد).

برج التبريد عبارة عن برج عادم مجوف من الخرسانة المسلحة (الشكل 3.3) يصل ارتفاعه إلى 150 مترًا وقطر مخرج يتراوح بين 40-70 مترًا، مما يخلق جاذبية للهواء الداخل من الأسفل عبر ألواح توجيه الهواء.

يتم تركيب جهاز الري (الرش) داخل برج التبريد على ارتفاع 10-20 م. يتسبب الهواء المتحرك للأعلى في تبخر بعض القطيرات (حوالي 1.5-2%)، وبالتالي تبريد الماء القادم من المكثف وتسخينه. يتم جمع الماء المبرد أدناه في حوض السباحة، ويتدفق إلى الحجرة الأمامية 10، ومن هناك يتم إمداده إلى المكثف 12 بواسطة مضخة الدوران 9 (الشكل 3.2).

أرز. 3.3. تصميم برج تبريد بسحب طبيعي

أرز. 3.4. منظر خارجي لبرج التبريد

جنبا إلى جنب مع المياه المتداولة، يتم استخدام إمدادات المياه ذات التدفق المباشر، حيث يدخل ماء التبريد إلى المكثف من النهر ويتم تصريفه فيه في اتجاه مجرى النهر. يتكثف البخار القادم من التوربين إلى حلقة المكثف ويتدفق إلى الأسفل؛ يتم إمداد المكثف الناتج بواسطة مضخة مكثف 6 من خلال مجموعة من السخانات المتجددة ذات الضغط المنخفض (LPH) 3 إلى مزيل الهواء 8. في LPH، تزداد درجة حرارة المكثف بسبب حرارة تكثيف البخار المأخوذ من عنفة. وهذا يجعل من الممكن تقليل استهلاك الوقود في المرجل وزيادة كفاءة محطة توليد الكهرباء. في جهاز نزع الهواء 8، يحدث نزع الهواء - إزالة الغازات المذابة فيه من المكثفات والتي تعطل تشغيل المرجل. في نفس الوقت، خزان نزع الهواء عبارة عن حاوية لمياه تغذية الغلايات.

من جهاز نزع الهواء، يتم توفير مياه التغذية لمجموعة من سخانات الضغط العالي (HPH) بواسطة مضخة تغذية 7 مدفوعة بمحرك كهربائي أو توربين بخاري خاص.

يعد التسخين المتجدد للمكثفات في HDPE وHDPE الطريقة الرئيسية والمربحة للغاية لزيادة كفاءة محطات الطاقة الحرارية. البخار الذي تمدد في التوربين من المدخل إلى خط الاستخلاص، يولد طاقة معينة، وعندما يدخل إلى السخان المتجدد، ينقل حرارة تكثفه إلى ماء التغذية (وليس ماء التبريد!)، مما يزيد من درجة حرارته وبالتالي توفير استهلاك الوقود في الغلاية. درجة حرارة الماء الذي يغذي الغلاية خلف HPH، أي. قبل دخول المرجل، هو 240-280 درجة مئوية، اعتمادا على المعلمات الأولية. يؤدي هذا إلى إغلاق دورة الماء والبخار التكنولوجية لتحويل الطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة ميكانيكية لدوران دوار التوربين.