4.3. Повышение кпд тэс
Одной из важнейших проблем современных ТЭС является низкий КПД, составляющий всего 30,...,35 %. Наибольшие потери связаны с уносом тепла с охлаждающей водой.
Для повышения КПД используется технологическая схема комбинированного производства электроэнергии и тепла, отпускаемого потребителям для производственных нужд или для теплофикации и горячего водоснабжения. С этой целью в турбинах производится отбор пара необходимых параметров после соответствующих ступеней. При этом через конденсатор проходит гораздо меньше пара, что позволяет повысить КПД до 60,…,65 %. Электростанции такого типа называют ТЭЦ (тепло-электро-централь).
Повышение КПД может быть достигнуто и за счет подъема параметров острого пара. По оценкам специалистов повышение температуры пара до 600 оС позволит увеличить КПД примерно на 5 %, а подъем давления до 30 МПа – на 3,…,4%. Правда, для этого потребуется металл с более высокими показателями прочности. В 60-е годы прошлого века на Каширской ГРЭС был пущен экспериментальный блок СКР-100 с параметрами пара 31,5 МПа и 650 оС, но до промышленной эксплуатации его не удалось довести. Сегодня у нас отсутствуют даже опытно-промышленные образцы блоков на такие параметры, хотя за рубежом они разрабатываются.
Для существенного повышения КПД разработана и уже применяется технологическая схема бинарного цикла с использованием газовой и паровой турбин. Принципиальная схема такой установки показана на рисунке 4.8.
Рисунок 4.8. Принципиальная схема ПГУ
Простейшая газотурбинная установка (ГТУ) состоит из камеры сгорания (1), газовой турбины (2) и воздушного компрессора (3). Газовая турбина используется здесь для привода синхронного генератора (4) и компрессора. Принцип работы ГТУ прост: сжимаемый компрессором воздух нагнетается в камеру сгорания, в которую подается и газообразное или жидкое топливо. Образовавшиеся продукты сгорания направляются в турбину, для которой они являются рабочим телом. Отработавшие в турбине газы здесь не выбрасываются в атмосферу как в простой ГТУ, а поступают в котел-утилизатор (8), где их тепло используется для производства пара и обеспечения термодинамического цикла по обычной схеме. КПД паро-газовой установки (ПГУ) во многом определяется температурой Т1 продуктов сгорания на входе газовой турбины. При Т1=1300 оС достигается КПД около 53%. Освоение газовых турбин, способных надежно работать при Т1=1460 оС позволит поднять КПД ПГУ до 60 %. Для начального запуска ГТУ используется разгонный двигатель (9).
Сегодня в мировой практике более половины планируемых к вводу новых блоков на ТЭС будут работать по бинарному циклу. В США, например, уже работают 67 таких электростанций с общей мощностью 40,6 ГВт. Современные ПГУ значительно дешевле угольных ТЭС, дают меньше вредных выбросов, требуют меньше обслуживающего персонала. В России сегодня также вводятся ПГУ. Например, в 2014 г было введено 6 ПГУ-420 и три ПГУ- 230.
4.4. Проблемы экологии тэс
Технология производства электроэнергии на тепловых электрических станциях является многоотходной. Наряду с черной и цветной металлургией, а также транспортом ТЭС являются основными загрязнителями окружающей среды. Они оказывают вредное влияние на атмосферу, гидросферу и литосферу, расходуют в процессе сжигания топлива огромное количество кислорода.
Атмосфера страдает от выбросов через трубы продуктов сгорания топлива. В них содержатся твердые частицы золы и несгоревшего твердого топлива, углекислый газ СО2, оксиды серы SОx и азота NОx . Как показывают измерения концентрация СО2 в атмосфере постепенно растет, что является одной из причин повышения температуры поверхности Земли. Выбросы окислов азота даже в малых концентрациях раздражают органы дыхания, образуют удушливые смоги, приводят к коррозии оборудования. Оксиды серы вредно влияют на растения, особенно хвойных пород. При вымывании из атмосферы дождями из оксидов образуются кислоты, которые осаждаются в почве или попадают в мировой океан.
Среди продуктов сгорания содержатся и различные концерогены, провоцирующие серьезные заболевания, а также радиактивные частицы.
Гидросфера подвергается образованию кислот и, главным образом, температурному воздействию, меняющему естественный режим водоемов, что часто приводит к прогрессирующему росту водорослей и заболачиванию их.
Литосфера страдает от оседающих твердых выбросов, кислотных дождей и шлаковых отвалов, соседствующих с ТЭС, которые работают на твердом топливе.
Для защиты окружающей среды на ТЭС применяются различные решения, требующие значительны затрат.
Обогащение топлива, снижающее зольность и содержание серы.
Поставка основного оборудования совместно с природоохранным.
Применение фильтров механических, электрических и тканевых для очистки дымовых газов от твердых частиц.
Подавление образования оксидов азота путем регулирования процесса горения с помощью специальных горелок и рециркуляции дымовых газов.
Снижение выбросов оксидов серы мокрым или сухим известковым методом.
Использование шлака как сырья для производства строительных материалов и дорожных покрытий.
Решение проблем экологии ТЭС тем более необходимо, что сегодня ставится задача на постепенное повышение доли твердого топлива и вытеснения газовой составляющей в системе топливоснабжения.