), но всички използват 3-4 вида гориво. Това са природен газ, въглища (каменни и кафяви), мазут и торф. Най-разпространените видове гориво са газ и въглища.
Да започнем с въглища. Въглищата са познати на човечеството от древни времена. Хората отопляват домовете си с него от много дълго време. Това се дължи преди всичко на наличието на самото гориво - някои находища на въглища стават достъпни, като буквално се отстрани 2-3 метра от горния слой на земята. Също така, дългогодишната употреба на въглища като гориво се дължи и на факта, че те могат лесно да се съхраняват. Нямате нужда от никакви фантастични устройства или сгради, просто го сложете на купчина.
Въглищата започват да се използват активно в промишлеността от края на 18 век. С развитието на железопътния транспорт там започват да се използват и въглища. Във всяко производствено помещение е важно да има балкон, от който да има преглед на предприятието. Балкон до ключ.
Първите електроцентрали, работещи с въглища, започват да се строят в края на 19 век, а въглищата все още се използват активно в топлоелектрическите централи.
В първите топлоелектрически централи въглищата се изгарят в котли върху решетки. Първо каминарите хвърляха въглища в горивната камера с лопати, а шлаката също беше отстранена ръчно. Тогава се появиха механизирани решетки. Върху тях се изсипаха въглища от горната част на бункера, решетката се премести и шлаката падна от другия край в шлакоприемника. Това значително улесни работата на кладачите.
Газови електроцентрали.
Газта е гориво, което, подобно на въглищата, се използва широко в топлоелектрическите централи. Газът, в сравнение с въглищата, има своите предимства.
Първо, като изгаряме газ, произвеждаме по-малко вредни емисии. На практика няма компоненти като пепел и шлака.
Второ, работата на топлоелектрическите централи е опростена, тъй като се елиминира работа като подготовка на прах. В допълнение към инсталациите за подготовка на прах, в . Газът практически не се нуждае от подготовка за изгаряне. Също така, топлоелектрическа централа, която работи на газ, е малко по-маневрена от топлоелектрическа централа, която работи на въглища по отношение на промените в натоварването.
Що се отнася до ефективността, можем да кажем, че съвременните топлоелектрически централи, работещи на цикъла CCGT (пара-газова централа), могат да работят само на газ. Инсталиран е CCGT и именно в него се изгаря горивото, а не в котела, както в старите електроцентрали. Там е невъзможно изгарянето на въглищен прах. Въпреки че си струва да се каже, че в момента е възможно да се получи синтетичен газ от въглища, на който вече могат да работят някои чуждестранни модели газови турбини.
Мазут, торф, дизел и други видове горива в ТЕЦ.
В средата на ХХ век някои топлоелектрически централи активно използват мазут като гориво. Понастоящем мазутът не се използва като основно гориво поради високата му цена. Но мазутът продължава да се използва като гориво за отопление в електроцентрали, работещи с въглища. По своите експлоатационни свойства мазутът се доближава до природния газ. Струва си да се отбележи, че при изгаряне на мазут се отделя много серен оксид, тъй като съдържа високо съдържание на сяра.
Освен това през миналия век някои топлоелектрически централи използваха торф като гориво. Но поради оперативните характеристики и икономическата нерентабилност, сега практически не се използва.
Дизеловото гориво се използва само там, където не са необходими големи количества електроенергия. Например в северните и островните територии на страната ни. Или където е необходимо временно захранване. Дизелът, както и мазутът, сега е скъп.
Можете също така да разгледате цялата Русия.
Топлоелектрическа централа е електроцентрала, която генерира електрическа енергия в резултат на преобразуване на топлинна енергия, отделена при изгарянето на органично гориво (фиг. E.1).
Има топлинни парни турбини (TPES), газотурбинни електроцентрали (GTPP) и централи с комбиниран цикъл (CGPP). Нека разгледаме по-отблизо TPES.
Фиг.D.1 Диаграма на ТЕЦ
В TPES топлинната енергия се използва в парогенератор за производство на водна пара под високо налягане, която задвижва ротор на парна турбина, свързан с ротор на електрически генератор. Горивото, използвано в такива топлоелектрически централи, е въглища, мазут, природен газ, лигнит (кафяви въглища), торф и шисти. Ефективността им достига 40%, мощността – 3 GW. TPES, които имат кондензационни турбини като задвижване на електрически генератори и не използват топлината на отработената пара за доставка на топлинна енергия до външни потребители, се наричат кондензационни електроцентрали (официалното име в Руската федерация е Държавната районна електрическа станция или GRES) . GRES произвежда около 2/3 от електроенергията, произведена в топлоелектрическите централи.
TPES, оборудвани с нагревателни турбини и освобождаващи топлината на отработената пара към промишлени или общински потребители, се наричат комбинирани топлоелектрически централи (CHP); те генерират около 1/3 от електроенергията, произведена в топлоелектрическите централи.
Известни са четири вида въглища. По ред на нарастване на съдържанието на въглерод и следователно на калоричната стойност, тези видове са подредени, както следва: торф, кафяви въглища, битуминозни (мазни) въглища или каменни въглища и антрацит. При работата на топлоелектрическите централи се използват предимно първите два вида.
Въглищата не са химически чист въглерод; съдържат и неорганичен материал (кафявите въглища съдържат до 40% въглерод), който остава след изгарянето на въглищата под формата на пепел. Въглищата могат да съдържат сяра, понякога като железен сулфид и понякога като част от органичните компоненти на въглищата. Въглищата обикновено съдържат арсен, селен и радиоактивни елементи. Всъщност въглищата се оказват най-мръсните от всички изкопаеми горива.
При изгаряне на въглища се образуват въглероден диоксид, въглероден оксид, както и големи количества серни оксиди, суспендирани частици и азотни оксиди. Серните оксиди увреждат дървета, различни материали и имат вредно въздействие върху хората.
Частиците, отделяни в атмосферата при изгарянето на въглища в електроцентрали, се наричат „летлива пепел“. Емисиите на пепел са строго контролирани. Около 10% от суспендираните частици всъщност навлизат в атмосферата.
Въглищна централа с мощност 1000 MW изгаря 4-5 милиона тона въглища годишно.
Тъй като в Алтайския край няма добив на въглища, ще приемем, че той е донесен от други региони и за тази цел са построени пътища, като по този начин се променя природният пейзаж.
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
Електричеството се произвежда в електроцентрали, като се използва енергията, скрита в различни природни ресурси. Както се вижда от табл. 1.2 това се случва главно в топлоелектрическите централи (ТЕЦ) и атомните електроцентрали (АЕЦ), работещи според термичния цикъл.
Видове ТЕЦ
Въз основа на вида генерирана и отделена енергия топлоелектрическите централи се разделят на два основни типа: кондензационни централи (CHP), предназначени само за производство на електроенергия, и отоплителни централи или комбинирани топлоелектрически централи (CHP). Кондензационните електроцентрали, работещи с изкопаеми горива, се изграждат в близост до местата на неговото производство, а комбинираните топлинни и електрически централи са разположени в близост до потребителите на топлина - промишлени предприятия и жилищни райони. Когенерационните централи също работят с изкопаеми горива, но за разлика от CPP, те генерират както електрическа, така и топлинна енергия под формата на гореща вода и пара за производствени и отоплителни цели. Основните видове гориво на тези електроцентрали включват: твърдо - каменни въглища, антрацит, полуантрацит, кафяви въглища, торф, шисти; течни - мазут и газообразни - природни, коксови, доменни и др. газ.
Таблица 1.2. Производството на електроенергия в света
|
Индекс |
2010 (прогноза) |
||
|
Дял от общото производство на електроцентрали, % АЕЦ Газова ТЕЦ ТЕЦ на мазут |
|||
|
Производство на електроенергия по региони, % Западна Европа Източна Европа Азия и Австралия Америка Близкия изток и Африка |
|||
|
Инсталирана мощност на електроцентралите в света (общо), GW Включително, % АЕЦ Газова ТЕЦ ТЕЦ на мазут Топлоелектрически централи, използващи въглища и други видове гориво Водноелектрически централи и електроцентрали, използващи други видове възобновяеми горива |
|||
|
Производство на електроенергия (общо), милиарда kWh |
Атомните електроцентрали, предимно от кондензационен тип, използват енергията на ядреното гориво.
В зависимост от вида на топлоелектрическата централа за задвижване на електрически генератор, електроцентралите се разделят на парни турбини (STU), газови турбини (GTU), комбиниран цикъл (CCG) и електроцентрали с двигатели с вътрешно горене (ICE).
В зависимост от продължителността на работа ТЕЦ през цялата годинаВъз основа на обхвата на графиците за енергийно натоварване, характеризиращ се с броя часове на използване на инсталираната мощност τ на станцията, електроцентралите обикновено се класифицират на: основни (τ на станцията > 6000 h/годишно); полупик (τ на станция = 2000 – 5000 h/година); пик (τ при ст< 2000 ч/год).
Основните електроцентрали са тези, които носят максимално възможното постоянно натоварване през по-голямата част от годината. В глобалната енергийна индустрия атомните електроцентрали, високоикономичните топлоелектрически централи и топлоелектрическите централи се използват като базови централи при работа по топлинен график. Пиковите натоварвания се покриват от водноелектрически централи, помпено-акумулиращи централи, газотурбинни централи, които имат маневреност и мобилност, т.е. бърз старт и стоп. Пиковите електроцентрали се включват в часовете, когато е необходимо да се покрие пиковата част от дневния график за електрически товари. Електроцентралите с половин пик, когато общото електрическо натоварване намалее, или се прехвърлят на намалена мощност, или се поставят в резерв.
Според технологичната структура топлоелектрическите централи се делят на блокови и неблокови. При блокова схема основното и спомагателното оборудване на парна турбина няма технологични връзки с оборудването на друга инсталация на електроцентралата. При електроцентралите с изкопаеми горива парата се подава към всяка турбина от един или два котела, свързани към нея. При неблокова схема на ТЕЦ парата от всички котли постъпва в обща магистрала и оттам се разпределя към отделни турбини.
В кондензационни електроцентрали, които са част от големи енергийни системи, се използват само блокови системи с междинно прегряване на парата. Използват се неблокови вериги с кръстосано свързване на пара и вода без междинно прегряване.
Принцип на действие и основни енергийни характеристики на ТЕЦ
Електричеството в електроцентралите се произвежда чрез използване на енергия, скрита в различни природни ресурси (въглища, газ, нефт, мазут, уран и др.), Съгласно доста прост принцип, прилагайки технология за преобразуване на енергия. Общата схема на топлоелектрическа централа (виж фиг. 1.1) отразява последователността на такова преобразуване на един вид енергия в друг и използването на работния флуид (вода, пара) в цикъла на топлоелектрическа централа. Горивото (в случая въглища) изгаря в котела, загрява водата и я превръща в пара. Парата се подава към турбини, които преобразуват топлинната енергия на парата в механична енергия и задвижват генератори, които произвеждат електричество (вижте раздел 4.1).
Модерната топлоелектрическа централа е сложно предприятие, което включва голям брой различно оборудване. Съставът на оборудването на електроцентралата зависи от избраната термична верига, вида на използваното гориво и вида на водоснабдителната система.
Основното оборудване на електроцентралата включва: котелни и турбинни агрегати с електрогенератор и кондензатор. Тези агрегати са стандартизирани по мощност, параметри на парата, производителност, напрежение и ток и др. Видът и количеството на основното оборудване на топлоелектрическата централа съответстват на зададената мощност и предвидения режим на работа. Има и спомагателно оборудване, използвано за доставяне на топлина на потребителите и използване на пара от турбината за загряване на захранващата вода на котела и задоволяване на собствените нужди на електроцентралата. Това включва оборудване за системи за подаване на гориво, деаерационно-захранващо устройство, кондензационно устройство, отоплително устройство (за топлоелектрически централи), системи за техническо водоснабдяване, системи за захранване с масло, регенеративно нагряване на захранваща вода, химическо пречистване на вода, разпределение и пренос електричество (вижте раздел 4).
Всички инсталации с парни турбини използват регенеративно нагряване на захранващата вода, което значително повишава топлинната и общата ефективност на електроцентралата, тъй като във вериги с регенеративно отопление потоците пара, отстранени от турбината към регенеративните нагреватели, извършват работа без загуби в източника на студ (кондензатор). В същото време, при същата електрическа мощност на турбогенератора, потокът на пара в кондензатора намалява и в резултат на това ефективността инсталациите растат.
Типът на използвания парен котел (виж раздел 2) зависи от вида на горивото, използвано в електроцентралата. За най-разпространените горива (изкопаеми въглища, газ, мазут, торф) се използват котли с U-образно, Т-образно и кулообразно оформление и горивна камера, проектирана спрямо определен вид гориво. За горива с нискотопима пепел се използват котли с течно отстраняване на пепелта. В същото време се постига високо (до 90%) събиране на пепел в горивната камера и се намалява абразивното износване на нагревателните повърхности. По същите причини парните котли с четириходова схема се използват за горива с висока пепел, като например шисти и отпадъци от обработка на въглища. Топлоелектрическите централи обикновено използват барабанни или директни котли.
Турбините и електрическите генератори се съпоставят по мощностна скала. Всяка турбина има определен тип генератор. За блоковите ТЕЦ мощността на турбините съответства на мощността на блоковете, а броят на блоковете се определя от зададената мощност на централата. Съвременните агрегати използват 150, 200, 300, 500, 800 и 1200 MW кондензационни турбини с повторно нагряване на пара.
Топлоелектрическите централи използват турбини (вижте подраздел 4.2) с обратно налягане (тип P), с кондензация и промишлено извличане на пара (тип P), с кондензация и едно или две извличане на топлина (тип T), както и с кондензация, промишлени и нагревателна екстракционна двойка (PT тип). PT турбините също могат да имат един или два изхода за отопление. Изборът на тип турбина зависи от големината и съотношението на топлинните натоварвания. Ако преобладава топлинният товар, тогава в допълнение към PT турбините могат да се монтират турбини тип T с топлинна екстракция, а ако преобладава индустриалният товар, могат да се монтират тип PR и R турбини с промишлена екстракция и обратно налягане.
В момента в топлоелектрическите централи най-често срещаните са инсталации с електрическа мощност от 100 и 50 MW, работещи при начални параметри от 12,7 MPa, 540–560 ° C. За топлоелектрически централи в големите градове са създадени инсталации с електрическа мощност от 175–185 MW и 250 MW (с турбина T-250-240). Инсталациите с турбини Т-250-240 са модулни и работят при свръхкритични начални параметри (23,5 MPa, 540/540°C).
Характеристика на работата на електроцентралите в мрежата е, че общото количество електроенергия, генерирана от тях във всеки момент от време, трябва напълно да съответства на консумираната енергия. Основната част от централите работят паралелно в единната енергийна система, като покриват общия електрически товар на системата, а ТЕЦ едновременно покрива топлинния товар на своята площ. Има местни електроцентрали, предназначени да обслужват района и не са свързани към общата електрическа мрежа.
Извиква се графично представяне на зависимостта на консумацията на енергия във времето графика на електрическия товар. Ежедневните графики на електрическото натоварване (фиг. 1.5) варират в зависимост от времето на годината, деня от седмицата и обикновено се характеризират с минимално натоварване през нощта и максимално натоварване по време на пиковите часове (пиковата част на графиката). Наред с дневните графики, от голямо значение са годишните графики на електрическия товар (фиг. 1.6), които са изградени въз основа на данни от дневните графики.
Графиките на електрическите натоварвания се използват при планиране на електрическите натоварвания на електроцентрали и системи, разпределение на товарите между отделните електроцентрали и блокове, при изчисления за избор на състав на работно и резервно оборудване, определяне на необходимата инсталирана мощност и необходимия резерв, броя и агрегата мощност на агрегати, при разработване на планове за ремонт на оборудването и определяне на ремонтния резерв и др.
При работа при пълно натоварване оборудването на електроцентралата развива своя номинален или възможно най-дългомощност (производителност), която е основната паспортна характеристика на устройството. При тази максимална мощност (производителност) устройството трябва да работи дълго време при номиналните стойности на основните параметри. Една от основните характеристики на електроцентралата е нейната инсталирана мощност, която се определя като сумата от номиналните мощности на всички електрически генератори и отоплителни съоръжения, като се вземе предвид резервът.
Работата на електроцентралата се характеризира и с броя часове на използване инсталиран капацитет, което зависи от режима, в който работи централата. За електроцентрали, носещи базов товар, броят на часовете на използване на инсталираната мощност е 6000–7500 h/година, а за тези, работещи в режим на покритие на върхово натоварване – по-малко от 2000–3000 h/година.
Натоварването, при което устройството работи с най-голяма ефективност, се нарича икономично натоварване. Номиналният дългосрочен товар може да бъде равен на икономическия товар. Понякога е възможно оборудването да работи за кратко време с товар с 10–20% по-висок от номиналния товар при по-ниска ефективност. Ако оборудването на електроцентралата работи стабилно с проектното натоварване при номиналните стойности на основните параметри или когато те се променят в приемливи граници, тогава този режим се нарича стационарен.
Режимите на работа с постоянни натоварвания, но различни от проектните, или с нестационарни натоварвания се наричат. нестационарниили променливи режими. При променливи режими някои параметри остават непроменени и имат номинални стойности, докато други се променят в определени допустими граници. Така при частично натоварване на блока налягането и температурата на парата пред турбината могат да останат номинални, докато вакуумът в кондензатора и параметрите на парата в отвежданията ще се променят пропорционално на натоварването. Възможни са и нестационарни режими, когато се променят всички основни параметри. Такива режими възникват например при стартиране и спиране на оборудване, изхвърляне и увеличаване на натоварването на турбогенератора, при работа на плъзгащи се параметри и се наричат нестационарни.
Топлинният товар на централата се използва за технологични процеси и промишлени инсталации, за отопление и вентилация на промишлени, жилищни и обществени сгради, климатизация и битови нужди. За производствени цели обикновено се изисква налягане на парата от 0,15 до 1,6 MPa. Въпреки това, за да се намалят загубите по време на транспортиране и да се избегне необходимостта от непрекъснато оттичане на вода от комуникациите, парата се отделя от електроцентралата донякъде прегрята. Обикновено топлоелектрическата централа доставя топла вода с температура от 70 до 180°C за отопление, вентилация и битови нужди.
Топлинният товар, определен от потреблението на топлина за производствени процеси и битови нужди (горещо водоснабдяване), зависи от температурата на външния въздух. В условията на Украйна през лятото това натоварване (както и електрическо) е по-малко, отколкото през зимата. Промишлените и битовите топлинни товари се променят през деня, освен това средното дневно топлинно натоварване на електроцентралата, изразходвано за битови нужди, се променя през делничните дни и почивните дни. Типичните графики на промените в дневния топлинен товар на промишлените предприятия и захранването с топла вода в жилищна зона са показани на фигури 1.7 и 1.8.
Ефективността на работа на топлоелектрическите централи се характеризира с различни технически и икономически показатели, някои от които оценяват съвършенството на топлинните процеси (ефективност, разход на топлина и гориво), докато други характеризират условията, в които работи топлоелектрическата централа. Например на фиг. 1.9 (a,b) показва приблизителни топлинни баланси на ТЕЦ и ТЕЦ.
Както се вижда от фигурите, комбинираното производство на електрическа и топлинна енергия осигурява значително повишаване на топлинната ефективност на електроцентралите поради намаляване на топлинните загуби в кондензаторите на турбините.
Най-важните и пълни показатели за работата на топлоелектрическите централи са разходите за електроенергия и топлинна енергия.
Топлоелектрическите централи имат както предимства, така и недостатъци в сравнение с други видове електроцентрали. Могат да се посочат следните предимства на ТЕЦ:
- относително свободно териториално разпределение, свързано с широко разпределение на горивните ресурси;
- способността (за разлика от водноелектрическите централи) да генерира енергия без сезонни колебания на мощността;
- площта на отчуждаване и изтегляне от икономическия оборот на земя за изграждане и експлоатация на топлоелектрически централи като правило е много по-малка от тази, необходима за атомни електроцентрали и водноелектрически централи;
- Топлоелектрическите централи се изграждат много по-бързо от водноелектрическите централи или атомните електроцентрали, а тяхната специфична цена на единица инсталирана мощност е по-ниска в сравнение с атомните електроцентрали.
- В същото време топлоелектрическите централи имат големи недостатъци:
- експлоатацията на топлоелектрическите централи обикновено изисква много повече персонал от водноелектрическите централи, което е свързано с поддържането на много мащабен горивен цикъл;
- работата на топлоелектрическите централи зависи от доставката на горивни ресурси (въглища, мазут, газ, торф, нефтени шисти);
- променливите режими на работа на топлоелектрическите централи намаляват ефективността, увеличават разхода на гориво и водят до повишено износване на оборудването;
- съществуващите топлоелектрически централи се характеризират с относително ниска ефективност. (предимно до 40%);
- Топлоелектрическите централи имат пряко и неблагоприятно въздействие върху околната среда и не са екологични източници на електроенергия.
- Най-големи щети върху околната среда на околните региони нанасят електроцентралите, работещи с въглища, особено въглища с висока пепел. Сред топлоелектрическите централи „най-чисти” са тези, които използват природен газ в технологичния си процес.
Според експерти топлоелектрическите централи по света отделят годишно около 200–250 милиона тона пепел, повече от 60 милиона тона серен диоксид, големи количества азотни оксиди и въглероден диоксид (причиняващи така наречения парников ефект и водещи до дълго -термин глобално изменение на климата), поглъщайки големи количества кислород. Освен това вече е установено, че свръхрадиационният фон около топлоелектрическите централи, работещи на въглища, е средно 100 пъти по-висок в света, отколкото в близост до атомни електроцентрали със същата мощност (въглищата почти винаги съдържат уран, торий и радиоактивен изотоп на въглерода като следи от примеси). Въпреки това, добре развитите технологии за изграждане, оборудване и експлоатация на топлоелектрически централи, както и по-ниската цена на тяхното изграждане, водят до факта, че топлоелектрическите централи представляват по-голямата част от световното производство на електроенергия. Поради тази причина се обръща голямо внимание на подобряването на технологиите за ТЕЦ и намаляването на тяхното отрицателно въздействие върху околната среда по света (виж раздел 6).
Според общоприетото определение, топлоелектрически централи- това са електроцентрали, които генерират електричество чрез преобразуване на химическата енергия на горивото в механична енергия на въртене на вала на електрогенератора.
Първо ТЕЦсе появява в края на 19 век в Ню Йорк (1882 г.), а през 1883 г. е построена първата топлоелектрическа централа в Русия (Санкт Петербург). От появата си най-широко разпространени са топлоелектрическите централи, като се има предвид непрекъснато нарастващото търсене на енергия от настъпването на техногенната ера. До средата на 70-те години на миналия век работата на топлоелектрическите централи е доминиращ метод за производство на електроенергия. Например в САЩ и СССР делът на топлоелектрическите централи от цялата получена електроенергия е 80%, а в целия свят - около 73-75%.
Даденото по-горе определение, макар и обширно, не винаги е ясно. Ще се опитаме да обясним със собствените си думи общия принцип на работа на топлоелектрическите централи от всякакъв тип.
Производство на електроенергия в ТЕЦпротича през много последователни етапи, но общият принцип на действието му е много прост. Първо, горивото се изгаря в специална горивна камера (парен котел), при което се отделя голямо количество топлина, което превръща водата, циркулираща през специални тръбни системи, разположени вътре в котела, в пара. Постоянно нарастващото налягане на парата завърта ротора на турбината, който предава ротационна енергия на вала на генератора и в резултат на това се генерира електрически ток.
Системата пара/вода е затворена. Парата след преминаване през турбината кондензира и се превръща обратно във вода, която допълнително преминава през нагревателната система и отново постъпва в парния котел.
Има няколко вида топлоелектрически централи. В момента сред топлоелектрическите централи най-много термични парни турбини (TPES). В електроцентралите от този тип топлинната енергия на изгореното гориво се използва в парогенератор, където се постига много високо налягане на водните пари, задвижващи ротора на турбината и съответно генератора. Като гориво такива топлоелектрически централи използват мазут или дизел, както и природен газ, въглища, торф, шисти, с други думи, всички видове гориво. Ефективността на TPES е около 40%, а мощността им може да достигне 3-6 GW.
GRES (държавна районна електроцентрала)- доста добре известно и познато име. Това не е нищо повече от топлинна парна турбина, оборудвана със специални кондензационни турбини, които не използват енергията на отработените газове и не я превръщат в топлина, например за отопление на сгради. Такива електроцентрали се наричат още кондензационни електроцентрали.
В същия случай, ако TPESоборудвани със специални нагревателни турбини, които преобразуват вторичната енергия на отработената пара в топлинна енергия, използвана за нуждите на общински или промишлени услуги, тогава това са комбинирани топлоелектрически централи или комбинирани топлоелектрически централи. Например в СССР държавните районни електроцентрали представляват около 65% от електроенергията, генерирана от парни турбини, и съответно 35% - за топлоелектрически централи.
Има и други видове топлоелектрически централи. В електроцентралите с газови турбини или GTPP генераторът се върти от газова турбина. Като гориво в такива топлоелектрически централи се използва природен газ или течно гориво (дизел, мазут). Ефективността на такива електроцентрали обаче не е много висока, около 27-29%, така че те се използват главно като резервни източници на електроенергия за покриване на пикови натоварвания на електрическата мрежа или за захранване с електроенергия на малки населени места.
Топлоелектрически централи с парна и газова турбина (ПГЕЦ). Това са комбинирани електроцентрали. Оборудвани са с паротурбинни и газотурбинни механизми, като ефективността им достига 41-44%. Тези електроцентрали също така позволяват възстановяването на топлината и превръщането й в топлинна енергия, използвана за отопление на сгради.
Основният недостатък на всички топлоелектрически централи е видът на използваното гориво. Всички видове горива, които се използват в топлоелектрическите централи са незаменими природни ресурси, които бавно, но постепенно се изчерпват. Ето защо в момента, наред с използването на атомни електроцентрали, се разработва механизъм за производство на електроенергия от възобновяеми или други алтернативни енергийни източници.
Нека направим обиколка на Cheboksary CHPP-2 и да видим как се генерират електричество и топлина:
Между другото, нека ви напомня, че тръбата е най-високата индустриална структура в Чебоксари. Цели 250 метра!
Нека започнем с общи въпроси, които включват предимно сигурността.
Разбира се, ТЕЦ, както и водноелектрическата централа, са чувствително предприятие и не се допускат просто така.
И ако ви допуснат, дори и на обиколка, пак ще трябва да преминете инструктаж за безопасност:
Е, това не е необичайно за нас (както и самата ТЕЦ не е необичайна, работил съм там преди около 30 години;)).
Да, още едно грубо предупреждение, не мога да го пренебрегна:
технология
Основното работно вещество във всички топлоелектрически централи е, колкото и да е странно, водата.
Защото лесно се превръща в пара и обратно.
Технологията е една и съща за всички: трябва да получите пара, която ще върти турбината. На оста на турбината е поставен генератор.
В атомните електроцентрали водата се нагрява чрез отделянето на топлина по време на разпадането на радиоактивното гориво.
А в топлинните - поради изгарянето на газ, мазут и дори доскоро въглища.
Къде да поставите отпадъчната пара? Обаче обратно във водата и обратно в казана!
Къде да отделя топлината от отработената пара? Да, за загряване на водата, влизаща в котела - за повишаване на ефективността на цялата инсталация като цяло.
И за подгряване на вода в топлопреносната мрежа и водоснабдяване (топла вода)!
Така през отоплителния сезон се получават двойни ползи от топлоцентралата - електричество и топлина. Съответно такова комбинирано производство се нарича комбинирана топлоелектрическа централа (CHP).
Но през лятото не е възможно да се използва изгодно цялата топлина, така че парата, излизаща от турбината, се охлажда, превръщайки се във вода, в охладителни кули, след което водата се връща в затворения производствен цикъл. А в топлите басейни на охладителните кули отглеждат и риби;)
За да се предотврати износването на отоплителните мрежи и котела, водата се подлага на специална подготовка в химическия цех:
А циркулационните помпи циркулират водата в порочния кръг:
Нашите котли могат да работят както на газ (жълти тръбопроводи), така и на мазут (черни). От 1994 г. са на газ. Да, имаме 5 котела!
За горене горелките изискват подаване на въздух (сини тръби).
Водата кипи, а парата (червени паропроводи) преминава през специални топлообменници - паропрегреватели, които повишават температурата на парата до 565 градуса, а налягането съответно до 130 атмосфери. Това не е тенджера под налягане в кухнята! Една малка дупка в паропровода ще доведе до голяма авария; тънка струя прегрята пара реже метала като масло!
И такава пара вече се подава към турбините (в големите станции няколко котела могат да работят на общ парен колектор, от който се захранват няколко турбини).
Котелният цех винаги е шумен, тъй като горенето и кипенето са много бурни процеси.
А самите котли (TGME-464) са грандиозни конструкции с височината на двадесететажна сграда и могат да бъдат показани изцяло само в панорама от много кадри:
Друг изглед към мазето:
Контролният панел на котела изглежда така:
На далечната стена има мнемосхема на целия технически процес със светлини, показващи състоянието на вентилите, класически инструменти със записващи устройства на хартиена лента, алармени табла и други индикатори.
А на самото дистанционно управление класическите бутони и клавиши са до компютърен дисплей, където се върти системата за управление (SCADA). Има и най-важните превключватели, защитени с червени корпуси: „Стоп на котела“ и „Главен парен клапан“ (MSV):
Турбини
Имаме 4 турбини.
Те имат много сложен дизайн, за да не пропуснат и най-малката част от кинетичната енергия на прегрятата пара.
Но нищо не се вижда отвън - всичко е покрито с празен корпус:
Необходим е сериозен защитен кожух - турбината се върти с висока скорост от 3000 об./мин. Освен това през него минава прегрята пара (по-горе казах колко е опасно!). И има много линии за пара около турбината:
В тези топлообменници мрежовата вода се нагрява с отпадъчна пара:
Между другото, на снимката имам най-старата турбина на CHPP-2, така че не се изненадвайте от бруталния външен вид на устройствата, които ще бъдат показани по-долу:
Това е механизмът за управление на турбината (TCM), който регулира подаването на пара и съответно контролира натоварването. Някога се въртеше на ръка:
А това е спирателният клапан (трябва да се задейства ръчно дълго време след задействане):
Малките турбини се състоят от един така наречен цилиндър (набор от лопатки), средните - от два, големите - от три (цилиндри с високо, средно и ниско налягане).
От всеки цилиндър парата отива в междинни екстракции и се изпраща към топлообменници - бойлери:
И трябва да има вакуум в опашката на турбината - колкото е по-добър, толкова по-висока е ефективността на турбината:
Вакуумът се образува поради кондензацията на останалата пара в кондензационния агрегат.
Така изминахме цялата водна пътека до ТЕЦ-а. Моля, обърнете внимание и на частта от парата, която отива за загряване на мрежовата вода за потребителя (PSG):
Друг изглед с куп контролни точки. Не забравяйте, че е необходимо да се контролират много налягания и температури на турбината, не само на парата, но и на маслото в лагерите на всяка част:
Да, и ето го дистанционното управление. Обикновено се намира в същата стая като котлите. Въпреки факта, че самите котли и турбини са разположени в различни помещения, управлението на котелно-турбинния цех не може да бъде разделено на отделни части - всичко е твърде свързано с прегрята пара!
На дистанционното управление между другото виждаме чифт средни турбини с два цилиндъра.
Автоматизация
За разлика от тях, процесите в топлоелектрическите централи са по-бързи и по-отговорни (между другото, всички ли си спомнят силния шум, който се чува във всички части на града, подобно на самолет? Значи това е парният клапан, който от време на време работи, изпускайки излишни налягане на парата. Представете си как чувате това отблизо!).
Следователно автоматизацията тук все още закъснява и се ограничава основно до събиране на данни. И на контролните панели виждаме смесица от различни SCADA и индустриални контролери, участващи в местното регулиране. Но процесът е в ход!
Електричество
Нека отново да разгледаме общия изглед на турбинния магазин:
Моля, обърнете внимание, че отляво под жълтия корпус има електрически генератори.
Какво се случва с електричеството след това?
Изпраща се до федерални мрежи чрез редица разпределителни устройства:
Електрическият магазин е много трудно място. Просто погледнете панорамата на контролния панел:
Релейната защита и автоматика са нашето всичко!
На този етап обиколката на забележителностите може да бъде завършена и да кажете няколко думи за належащите проблеми.
Топлинни и битови технологии
И така, разбрахме, че CHP произвежда електричество и топлина. И двете, разбира се, се доставят на потребителите. Сега ще ни интересува главно топлината.
След перестройката, приватизацията и разделянето на цялата единна съветска индустрия на отделни части, на много места се оказа, че електроцентралите остават под управлението на Чубайс, а градските отоплителни мрежи стават общински. И образуваха посредник, който взема пари за пренос на топлина. А как се харчат тези пари за годишен ремонт на 70% износени отоплителни инсталации едва ли си струва да се разказва.
И така, поради многомилионните дългове на посредника NOVEK в Новочебоксарск, TGK-5 вече премина към директни договори с потребителите.
В Чебоксари все още не е така. Освен това Cheboksary „Utility Technologies“ в момента има проект за развитие на своите котелни и отоплителни мрежи за цели 38 милиарда (TGK-5 може да се справи само с три).
Всички тези милиарди по един или друг начин ще бъдат включени в тарифите за топлинна енергия, които се определят от градската администрация „от съображения за социална справедливост“. Междувременно сега цената на топлината, генерирана от CHPP-2, е 1,5 пъти по-малка, отколкото в котелните KT. И тази ситуация трябва да продължи и в бъдеще, тъй като колкото по-голяма е електроцентралата, толкова по-ефективна е тя (по-специално по-ниски експлоатационни разходи + възстановяване на топлината поради производството на електроенергия).
Какво ще кажете от екологична гледна точка?
Разбира се, една голяма топлоелектрическа централа с висок комин е по-добра от гледна точка на околната среда от дузина малки котелни с малки комини, димът от които практически ще остане в града.
Най-лошото от гледна точка на екологията е популярното сега индивидуално отопление.
Малките домашни котли не осигуряват такова пълно изгаряне на гориво като големите топлоелектрически централи и всички отработени газове остават не само в града, но буквално над прозорците.
Освен това малко хора мислят за повишената опасност от допълнително газово оборудване, инсталирано във всеки апартамент.
Кой изход?
В много страни се използват апартаментни регулатори за централно отопление, които позволяват по-икономична консумация на топлина.
За съжаление, при сегашните апетити на посредниците и износването на топлопреносните мрежи, предимствата на централното отопление изчезват. Но все пак, от глобална гледна точка, индивидуалното отопление е по-подходящо във вили.
Други публикации в индустрията: