7. Тес як промислове підприємство. Функціональна схема теплової електростанції.

тепловые электростанции – это электростанции, вырабатывающие электроэнергию посредством преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

Первые ТЭС появились еще в конце XIX века в Нью-Йорке (1882 год), а в 1883 году первая тепловая электростанция была построена в России (С.Петербург). С момента своего появление, именно ТЭС получили наибольшее распространение, учитывая все увеличивающуюся энергетическую потребность наступившего техногенного века. Вплоть до середины 70-х годов прошлого века, именно эксплуатация ТЭС являлась доминирующим способом получения электроэнергии. К примеру, в США и СССР доля ТЭС среди всей получаемой электроэнергии составляла 80%, а во всем мире – порядка 73-75%.

Данное выше определение хоть и емкое, но не всегда понятное. Попытаемся своими словами объяснить общий принцип работы тепловых электростанций любого типа.

Выработка электричества в ТЭС происходить при участии множества последовательных этапов, но общий принцип её работы очень прост. Вначале топливо сжигается в специальной камере сгорания (паровом котле), при этом выделяется большое количество тепла, которое превращает воду, циркулирующую по специальным системам труб расположенным внутри котла, в пар. Постоянно нарастающее давление пара вращает ротор турбины, которая передает энергию вращения на вал генератора, и в результате вырабатывается электрический ток.

Система пар/вода замкнута. Пар, после прохождения через турбину, конденсируется и вновь превращается в воду, которая дополнительно проходит через систему подогревателей и вновь попадает в паровой котел.

Тепловые электростанции могут быть разных видов: паротурбинные, парогазотурбинные, газотурбинные. Наиболее распространены сегодня паротурбинные. В таких электростанциях энергия сжигаемого топлива используется в парогенераторе, в котором достигается достаточно высокое давление пара, приводящее в движение турбинный ротор, и, соответственно, генератор. Основной плюс таких станций – возможность использования разного вида топлива: природного газа, торфа, мазута и др. В газотурбинных электростанциях вращение генератора достигается посредством газовой турбины. Парогазотурбинные электростанции представляют собой комбинацию из паротурбинных и газотурбинных механизмов. КПД таких станций достигает 40-44%.

функциональная (полная или развернутая) схема ТЭС и АЭС содержит все основное и вспомогательное оборудование, все агрегаты и системы – рабочие, резервные и вспомогательные, а также трубопроводы с арматурой и устройствами, обеспечивающими превращение тепловой энергии в электрическую. Здесь в соответствии с технологическим процессом и функциональным назначением указываются все возможные подключения и переключения однотипного (основного, вспомогательного и резервного) оборудования.

Функциональная схема определяет количество основного и вспомогательного оборудования, арматуры, байпасных линий, пусковых и аварийных систем, их типоразмеры и сопровождается соответствующей спецификацией.

Полная схема и ее спецификация характеризуют надежность и уровень технического совершенства ТЭС и АЭС и предусматривают возможность работы на всех режимах, включая операции пуска, останова и перехода с одного режима на другой.

Для обеспечения надежности ТЭС и АЭС отдельные виды оборудования, включая паропроводы, насосы и т.п. дублируются. Например, при установке одного питательного насоса с турбоприводом, рассчитанного на номинальный расход питательной воды, устанавливается резервный электроприводный питательный насос 50-% подачи.

По функциональному назначению и влиянию на надежность работы энергоблока или электростанции в целом все элементы и системы функциональной схемы можно разделить на четыре группы.

К 1-ой группе относятся элементы и системы, отказ которых приводит к полному останову основного блока. Такими элементами являются: реактор, котел, турбина, главные паропроводы с их арматурой, конденсационное устройство и др.

Во 2-ю группу включают элементы и системы, отказ которых приводит к частичному отказу энергоблока, т.е. пропорциональному уменьшению электрической мощности и отпускаемой теплоты. К таким элементам относятся тягодутьевые машины, питательные и конденсатные насосы, котлы в дубль-блочных схемах и др.

В 3-ю группу включают элементы, отказ которых приводит к понижению экономичности энергоблока или электростанции без ущерба выработки электрической и тепловой энергии, например, регенеративные воздухоподогреватели.

К 4-ой группе относятся элементы и системы, обеспечивающие предотвращение и локализацию аварий и радиационную безопасность на АЭС. Сюда относится оборудование системы циркуляции теплоносителя для отвода остаточного тепловыделения в реакторе после его остановки, оборудование систем управления и аварийной защиты.

Надежность работы всех указанных групп оказывается взаимосвязанной.

Расчет количественных показателей надежности сложных технических систем, таких как ТЭС и АЭС, требует составления структурных (логических) схем, которые, в отличие от функциональных, отражают не физические, а логические связи.

Рис.2. Функциональная схема паротурбинного блока

Структурные схемы позволяют определить такое количество или такую комбинацию отказавших элементов схемы, которые приводят к отказу всей системы. Для функциональной схемы паротурбинного блока: 1 – котел; 2 – паровая турбина; 3 – электрогенератор; 4 – конденсатные насосы; 5 – деаэратор; 6 – питательные насосы