2.3. Принципиальные схемы работы электростанций различных типов
Тепловые электростанции являются основой электроснабжения страны. На долю ТЭС приходится в настоящее время около 80 % всей вырабатываемой электроэнергии России. Как было отмечено ранее, ТЭС включают конденсационные электростанции (КЭС), предназначенные только для выработки электроэнергии, а также теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые помимо электроэнергии обеспечивают потребителей паром и горячей водой.
Принципиальная тепловая схема КЭС, работающей на органическом топливе, представлена на рис. 2.5.
На этой схеме пар из котла 1 направляется по паропроводу в турбину 2, «сидящую» на одном валу с электрическим генератором 3. Отработавший пар в турбине конденсируется в конденсаторе 4, охлаждаемом циркулирующей в трубках технической водой. Конденсат турбины насосом 5 через регенеративные подогреватели 6 подается вновь в котел 1.
Кинетическая энергия пара приводит во вращение турбину, на одном валу с которой находится электрический генератор. Выработанная электрическая энергия отводится от этого генератора к внешним потребителям через повышающие трансформаторы.
Рис. 2.5. Принципиальная тепловая схема КЭС
Электростанции на органическом топливе в настоящее время используют перегретый пар. Температура перегрева выбирается в зависимости от конструкционных материалов, применяемых для изготовления пароперегревателей, паропроводов и некоторых элементов турбины. В настоящее время температура пара перед турбиной обычно принимается равной 540 °С при давлении пара перед турбиной до 23,5 МПа.
Паровые котлы и паровые турбины являются основными агрегатами тепловой электростанции.
Принципиальная схема газотурбинной установки
Простейшая газотурбинная установка (ГТУ) состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины, которая служит для привода электрического генератора и компрессора (рис. 2.6).
Принцип работы ГТУ следующий: атмосферный воздух в компрессоре сжимается и под давлением поступает в камеру сгорания, куда подается также газообразное или жидкое топливо. Образовавшиеся продукты сгорания направляются из камеры сгорания в газовую турбину, для которой они служат рабочим телом. Отработавшие в турбине продукты сгорания выбрасываются в атмосферу.
Рис 2.6. Принципиальная схема ГТУ
Большая часть мощности газовой турбины (до 65 %) передается электрическому генератору, остальная потребляется воздушным компрессором.
Газотурбинные установки имеют следующий принцип работы. Воздух из атмосферы поступает в компрессор низкого давления 4 и сжимается. Для снижения температуры воздуха используется воздухоохладитель 7. После этого для повышения давления воздух подается в компрессор высокого давления 1 и далее поступает в камеру сгорания 2, куда одновременно подводится топливо.
Большое количество воздуха в этой установке необходимо для снижения температуры продуктов сгорания до необходимых пределов, определяемых жаропрочностью лопаток турбины.
После камер сгорания 2 и 3 газы поступают в газовую турбину высокого и низкого давления 8 и 6. Там они, расширяясь, совершают работу, вращая вал турбины. На одном валу с турбиной низкого давления находится электрический генератор 5, вырабатывающий электрическую энергию.
Электростанции с ГТУ обладают следующими преимуществами:
1) за счет повышения средней температуры подвода тепла к турбине (температура газа на входе турбины находится в пределах 750 — 1500 °С) эти электростанции имеют повышенные значения КПД.
Благодаря тому, что в этих установках отсутствует необходимость передачи тепла сжигаемого топлива рабочему телу, которым являются сами продукты сгорания, отпадает нужда в парогенерирующих поверхностях нагрева, работающих при высоких температурах в парогенераторах;
2) электростанции с газотурбинными установками имеют более низкие удельные показатели стоимости по сравнению с обычными ТЭС за счет снижения габаритных размеров зданий станции и стоимости оборудования;
3) сроки строительства таких станций вдвое меньше, чем паротурбинных электростанций;
4) газотурбинные установки обладают повышенной эксплуатационной маневренностью. Благодаря этому имеется возможность быстрого пуска и подъема нагрузки на этих станциях. Поэтому ГТУ можно успешно использовать в пиковых режимах, а также в аварийных ситуациях в системе;
5) таким электростанциям нужно значительно меньшее количество охлаждающей воды.
В то же время электростанции с газотурбинными установками не получили широкого распространения в электроэнергетических системах, что объясняется некоторыми их недостатками:
1) тепловая экономичность ГТУ в настоящее время пока не велика и не превышает 33 %;
2) в настоящее время имеются ограниченные возможности повышения единичной мощности таких установок. Единичная мощность ГТУ составляет не более 100―150 МВт;
3) электростанции с ГТУ имеют повышенные расходы на собственные нужды, а также повышенные мощности вспомогательных механизмов.
В настоящее время ГТУ используются в пиковых и полупиковых режимах с временем работы 1000―1500 ч/год. ГТУ применяются на ТЭЦ, а также на металлургических и химических заводах в качестве дополнительного источника энергии.