2.2.2 Теплоэлектроцентрали

Кроме конденсационных электростанций широко используются тепловые электростанции с комбинированной выработкой как электрической, так и тепловой энергии. Их именуют теплофикационными электростанциями или теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Они предназначены, в частности, для централизованного теплоснабжения. Тепловая схема ТЭЦ показана на рис. 2.4. Принцип работы ТЭЦ в основном не отличается от КЭС, однако ее тепловая схема сложнее благодаря наличию в ней элемен­тов, обеспечиваю­щих снабжение тепловой энергией.

Паровая турбина позволяет отбирать часть пара в процессе его движения в проточной части турбины. Отбор возможен для двух целей: промышленный отбор пара с параметрами 1…2 МПа для обеспечения промышленных потребителей и отбор теплофикационный с параметрами 0,1…0,2 МПА для подогрева воды, используемой для целей отопления и горячего водоснабжения. Как видно из схемы турбина может работать как за счет отбора пара, так и с подачей отработанного пара в конденсатор в любых пропорциях. Кроме того, ТЭЦ должны иметь в своем составе системы подготовки воды для подогрева, схемы приема и обработки конденсата от промышленных потребителей пара, которые на рис. 2.4 не показаны.

На рис. 2.5 показана энергетическая диаграмма теплового баланса ТЭЦ. Легко видеть, что на выработку электроэнергии у нее используется значительно меньше тепловой энергии, получаемой при сжигании топлива. Однако благодаря тому, что очень значительная часть тепловой энергии используется на цели теплофикации, а не расходуется бесполезно в конденсаторе, суммарный КПД ТЭЦ, учитывающий выработку как электрической, так и тепловой энергии, оказывается существенно выше, чем у КЭС и может достигать 60…70%.

Теплофикационные электростанции (ТЭЦ) строят вблизи потребителей тепла, при этом используется обычно привозное топливо. Работают эти электростанции наиболее экономично при нагрузке, соответствующей номинальному тепловому потреблению и минимальному пропуску пара в конденсаторы. Единичная мощность агрегатов составляет 30…250 МВт. Станции с агрегатами до 60 МВт включительно выполняются в тепломеханической части с поперечными связями по пару и воде, в электрической части — со сборными шинами 6…10 кВ и выдачей значительной части мощности в местную распределительную сеть. Станции с агрегатами 100…250 МВт выполняются блочного типа с выдачей мощности в сети повышенного напряжения. ТЭЦ, как и КЭС существенно влияют на окружающую среду.

2.2.3 Паровые котлы

Рассмотрим один из основных элементов тепловой станции — паровой котел или парогенератор, в котором получают пар для питания турбины. Современный паро­генератор представляет собой сложное техническое сооружение больших размеров, высота которого соизме­рима с высотой пятиэтажного дома. В топке парогенера­тора сжигается превращенный в мелкую пыль уголь, газ или распыленный мазут при температуре 1500—2000°С. Для наиболее полного сжигания топлива с помощью вентилятора в больших количествах подается подогре­тый воздух. Появляющаяся в процессе сгорания топлива теплота нагревает воду, превращает ее в пар и увеличи­вает его температуру и давление до расчетных значений. Использованные горячие газы дымососами вытягиваются из парогенератора и подаются в очистительные устройст­ва, а затем направляются в дымовую трубу. Вода, пода­ваемая в парогенератор, предварительно очищается от примесей, содержание которых допускается в меньшем количестве, чем в питьевой воде. Очистка воды произво­дится в специальных устройствах — питателях. По конструктивному выполнению парогенераторы подразделяют на барабанные и прямоточные.

В барабанном парогенераторе (рис. 2.6а) имеется стальной барабан, в нижней части которого находится вода, а в верхней части — пар. По циркуляци­онной трубе вода поступает в подъемные трубы экрана, покры­вающие стенки топки. Трубы экрана выполняют стальными, небольшого диаметра (примерно 40 мм сна­ружи и 32 мм внутри), для того чтобы они смогли вы­держать большое давление пара. В крупном парогенера­торе каждый час испаряются сотни тонн воды и поэтому трубы могут иметь общую длину до 50 км.

Чтобы повысить эффективность работы парогенератора, вода перед подачей в барабан нагревается в эконо­майзере, а воздух перед подачей в топку подогревается горячими газами в воздухоподогревателе. Выходящий из барабана пар дополнительно нагревается в паропере­гревателе.

В барабанном парогенераторе происходит естествен­ная циркуляция воды и пароводяной смеси за счет их разных плотностей.Такая система позволяет получить докритические параметры пара (критической называется точка состояния, в которой исчезает различие в свойствах жидкости и пара): давление до 22,5 МПа, а практически не более 20 МПа; температура до 374°C(без пароперегревателя).С увеличением температуры и дав­ления пара уменьшается разность в плотностях воды и пара, что нарушает их циркуляцию. Котлы данного типа используются в энергоблоках мощностью до 500 МВт при паропроизводителъности до 1600 тонн в час.

В прямоточном парогенераторе (рис. 2.6б) барабана нет. Циркуляция воды и пара создается насосами. Питательная вода насосом через подогреватель-экономайзер подается в трубы-испарители, расположенные в топке, и превращается в пар, который затем поступает в пароперегреватель и далее в турбину. В подогревателе воздуха происходит подо­грев воздуха перед подачей его в топку. Отсутствие барабана и принудительная циркуляция воды и пара позволяют получить сверхкритические параметры пара: давление до 30 МПа и температуру до 590°С. Это соответствует энергоблокам мощностью до 1200 МВт и паропроизводителъности до 4000 тонн в час.

Прямоточные парогенераторы являются практически безынерционными, поэтому они требуют качественного регулирования подачи воды. Кроме того, к питательной воде, используе­мой в парогенераторах этого типа, предъявляют очень высокие требования в отношении ее химической чистоты.

Системы топливоприготовления и топливоподачи паровых котлов зависят от вида применяемого топлива. Эти системы наиболее сложны для котлов, работающих на твердом топливе (угле).

Уголь с угольного склада направляется на дробилку, где производится его очистка и дробление до размера 15…20 мм, после чего он поступает в бункер сырого угля. Сырой дробленый уголь подается в мельницу, где размалывается до требуемой тонкости (порядка 0,5 мм). Поток горячего воздуха, поступающего из воздухоподогревателя котла, выносит угольную пыль в сепаратор, в котором идет отделение готовой пыли. Готовая угольная пыль потоком воздуха уносится в циклон, а грубые недомолотые фракции снова подаются на вход мельницы. Из циклона угольная пыль вместе с потоком воздуха с помощью вентилятора направляется к горелкам.

При подготовке мазута к сжиганию осуществляется несколько операций: обезвоживание путем подогрева всего мазута в баке; отстаивание, дренаж и испарение влаги; удаление посторонних твердых включений пропуском мазута через грубые, а затем — тонкие механические фильтры; подогрев мазута паром в подогревателе для уменьшения вязкости до необходимого уровня; компрессия мазута до значения давления, необходимого для его распыления.

Обычно применяют двухступенчатую схему подачи мазута: в первой ступени подача осуществляется при давлении около 1 МПа с помощью насоса низкого давления, во второй ступени насосы высокого давления создают давление 3,5…4,5 МПа, при котором происходит распыл мазута в форсунках.

Газ поступает на электростанцию от магистрального газопровода или газораспределительной стации под давлением 0,7…1,3 МПа.

Подготовка природного газа к сжиганию на ТЭС состоит в очистке его от твердых механических примесей и поддержании постоянного давления перед горелочными устройствами (0,13…0,2 МПа), путем дросселирования поступающего из магистрали газа.

В том случае, когда электростанция в качестве основного топлива использует газ (что характерно для ТЭЦ), в качестве резервного топлива используется мазут. В этом случае устанавливают газомазутные котлы с комбинированными горелками, допускающими использование и того, и другого топлива.

Газовоздушный тракт. Система шлакозолоудаления.Воздух, необходимый для горения, подается в воздухоподогреватели парового котла дутьевым вентилятором. Забирается воздух обычно из верхней части котельной и (при паровых котлах большой производительности) снаружи котельного отделения.

Газы, образующиеся при горении в топочной камере, после выхода из нее проходят последовательно газоходы котельной установки, где в пароперегревателе (первичном и вторичном, если осуществляется цикл с промежуточным перегревом пара) и водяном экономайзере отдают теплоту рабочему телу, а в воздухоподогревателе – подаваемому в паровой котел воздуху. Затем в золоуловителях (электрофильтрах) газы очищаются от летучей золы и через дымовую трубу дымососами выбрасываются в атмосферу.

Шлак и зола, выпадающие под топочной камерой, воздухоподогревателем и золоуловителями, смываются водой и по каналам поступают к багерным насосам, которые перекачивают их в отвалы.