3.1.1. Тепловые схемы тэс

Процесс преобразования тепловой энергии в электрическую энергию отражается на упрощенных (принципиальных) или полных тепловых схемах.

Принципиальная тепловая схема ТЭС показывает основные потоки теплоносителей, связанные с основ­ным и вспомогательным оборудова­нием в процессах преобразования теплоты сжигаемого топлива для выработки и отпуска электроэнергии и теплоты потребителям. Практически принципиальная тепловая схема сводится к схеме пароводяного тракта ТЭС (энергоблока), эле­менты которого обычно представляют в условных изображениях.

Упрощенная (принципиальная) тепловая схема теплоэнергетической установки, работающей на угле, представлена на рис. 3.1.

Уголь подается в топливный бункер 1, а из него — в дробильную установку 2, где превраща­ется в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых цир­кулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода

Рис. 3.1. Упрощенная тепловая схема паротурбинной

пылеугольной ТЭС и внешний вид колеса паровой турбины

нагревается, испаряется, а образовавшийся насы­щенный пар доводится в пароперегревателе до температуры 400—650 °С и под дав­лением 3…25 МПа поступает по паропроводу в паровую турби­ну 4. Параметры перегретого пара T₀, P₀ (температура и давление на входе в турбину) зависят от мощности агрегатов. На КЭС весь пар идет на выработку электроэнергии. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление, отбирается от промежуточной ступени турбины и исполь­зуется для теплоснабжения (на рис. 3.1 штриховая ли­ния). Конденсат насосом 7 через деаэра­тор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприя­тий в тепловой энергии.

Полная тепловая схема (ПТС) отличается от принципиальной тем, что на ней полностью отображаются оборудование, трубопроводы, запорная, регулирующая и защитная арматура. Полная тепловая схема энергоблока состоит из схем отдельных узлов, в том числе дается общестанционный узел (баки запасного конденсата с перекачивающими насосами, подпитка тепловой сети, подогрев сырой воды и т.п.). К вспомогательным трубопроводам относятся трубопроводы обводные, дренажные, сливные, вспомогательные, отсосов паровоздушной смеси. Обозначения линий и арматуры ПТС следующие:

3.1.1.1. Тепловые схемы кэс

Большинство КЭС нашей страны используют в ка­честве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВт∙ч электроэнергии затрачивается несколько сот грам­мов угля. В паровом котле свыше 90 % выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кине­тическая энергия струй пара пере­дается ротору (см. рис. 3.1). Вал турбины жестко соединен с валом генератора. Современные паровые турбины для ТЭС являются быстроходными (3000 об/мин) высокоэкономичными машинами с большим ресурсом работы.

КЭС большой мощности на органическом топливе строятся в настоящее время в основном на высокие начальные параметры пара и низкое конечное давление (глубокий вакуум). Это дает возможность уменьшить расход теплоты на единицу выработанной электроэнергии, так как, чем выше начальные параметры P₀ и T₀ перед турбиной и ниже конечное давление пара P_к, тем выше КПД установки. Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру – до 650 °С и давление – до 25 МПа.

На рисунке 3.2 представлены типичные упрощенные тепловые схемы КЭС на органическом топливе. По схеме рисунка 3.2, а подвод теплоты к циклу осуществляется только при генерации пара и подогреве его до выбранной температуры перегрева t_пер; по схеме рисунка 3.2, б наряду с передачей теплоты при этих условиях, теплота подводится к пару и после того, как он отработал в части высокого давлении турбины.

Первую схему называют схемой без промежуточного перегрева, вторую – схемой с промежуточным перегревом пара. Как известно из курса термодинамики, тепловая экономичность второй схемы при одних и тех же начальных и конечных параметрах и правильном выборе параметров промежуточного перегрева выше.

По обеим схемам пар из парового котла 1 направляется в турбину 2, находящуюся на одном валу с электрогенератором 3. Отработавший пар конденсируется в конденсаторе 4, охлаждаемом циркулирующей в трубках технической водой. Конденсат турбины конденсатным насосом 5 через регенеративные подогреватели 6 подается в деаэратор 8.

Деаэратор служит для удаления из воды растворенных в ней газов; одновременно в нем, так же как в регенеративных подогревателях, питательная вода подогревается паром, отбираемым для этого из отбора турбины. Деаэрация воды проводится для того, чтобы довести до допустимых значений содержание кислорода и углекислого газа в ней и тем самым понизить скорость коррозии металла в трактах воды и пара. В то же время, деаэратор в ряде тепловых схем КЭС может отсутствовать. При этом так называемом нейтрально–кислородном водном режиме в питательную воду подаются в определенном количестве кислород, пероксид водорода или воздух; деаэратор в схеме при этом не нужен.

Рис. 3.1. Типичные тепловые схемы паротурбинных

конденсационных установок на органическом топливе без

промежуточного перегрева пара (а) и с промежуточным

перегревом (б)

Деаэрированная вода питательным насосом 9 через подогреватели 10 подается в котельную установку. Конденсат греющего пара, образующийся в подогревателях 10, перепускает каскадно в деаэратор 8, а конденсат греющего пара подогревателей 6 подается дренажным насосом 7 в линию, по которой протекает конденсат из конденсатора 4.

Описанные тепловые схемы являются в значительной мере типовыми и незначительно меняются с ростом единичной мощности и начальных параметров пара.

Деаэратор и питательный насос делят схему регенеративного подогрева на группы ПВД (подогреватель высокого давления) и ПНД (подогреватель низкого давления). Группа ПВД состоит, как правило, из 2–3 подогревателей с каскадным сливом дренажей вплоть до деаэратора. Деаэратор питается паром того же отбора, что и предвключенный ПВД. Такая схема включения деаэратора по пару широко распространена. Поскольку в деаэраторе поддерживается постоянное давление пара, а давление в отборе снижается пропорционально снижению расхода пара на турбину, такая схема создает для отбора запас по давлению, который реализуется в предвключенном ПВД. Группа ПНД состоит из 3–5 регенеративных и 2–3 вспомогательных подогревателей. При наличии испарительной установки (градирни) конденсатор испарителя включается между ПНД.

КЭС, производящие только электричество, име­ют невысокий КПД (30 – 40 %), так как большое количество выработанного тепла сбрасывается в атмосферу через конденсаторы пара, градирни, теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора.